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1、YCF正版可修改PPT（中职）多媒体技术应用模块3 多媒体信息处理技术教学课件模块模块3 多媒体信息处理技术多媒体信息处理技术任务任务1 音频处理技术音频处理技术任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术任务任务4 多媒体动画处理基础多媒体动画处理基础任务任务1 音频处理技术音频处理技术3.1.1声音的基本概念声音的基本概念1.声音的本质声音的本质 声音的本质是机械振动或气流扰动引起周围弹性物质发生波声音的本质是机械振动或气流扰动引起周围弹性物质发生波动。声音可以沿着弹性物质向外传播，因此在物理学上，声动。声音可以沿着弹性物质向外传播，因此在物理
2、学上，声音又被称为声波或弹性波。引起声波的物体称为声源。声波音又被称为声波或弹性波。引起声波的物体称为声源。声波所及的空间范围称为声场。所及的空间范围称为声场。声音是一种常见的物理现象。既然声音是一种波，那么它就声音是一种常见的物理现象。既然声音是一种波，那么它就具有一般波动现象所具有的特性。具有一般波动现象所具有的特性。简单的机械振动是简谐振简单的机械振动是简谐振动，在数学上可以用一个正弦函数来描述。对于单一频率的动，在数学上可以用一个正弦函数来描述。对于单一频率的声音来说也是一个简谐振动，将其称为简谐声。简谐声的图声音来说也是一个简谐振动，将其称为简谐声。简谐声的图像如像如图图3-1所示。
3、所示。下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术2.人对声音强弱的感觉人对声音强弱的感觉声压级声压级 人对声音强弱的感觉，就是人们平时说的声音的大小。人对人对声音强弱的感觉，就是人们平时说的声音的大小。人对声音强弱的感觉与外界声音的强弱成正相关的关系，但是人声音强弱的感觉与外界声音的强弱成正相关的关系，但是人对声音的感觉与声音的强度并不是成正比的，它们之间的关对声音的感觉与声音的强度并不是成正比的，它们之间的关系是非线性的。通过实验发现，人对声音的感觉与对声音的系是非线性的。通过实验发现，人对声音的感觉与对声音的强度值取对数后基本呈线性关系，所以通常将声强值取对数强度值取对数后基本呈线性关
4、系，所以通常将声强值取对数来表示声音的强弱。这种表示声音强弱的数值，称为声压级来表示声音的强弱。这种表示声音强弱的数值，称为声压级或声强级，单位是分贝，用或声强级，单位是分贝，用dB表示。表示。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术3.人对声音频率的感觉人对声音频率的感觉音高和音阶音高和音阶人们对声音频率的感觉，就是人们平时说的声音粗和细。人人们对声音频率的感觉，就是人们平时说的声音粗和细。人对声音频率的感觉在声学上称为音调的高低，在音乐中称为对声音频率的感觉在声学上称为音调的高低，在音乐中称为音高。声音的频率越高，人感觉到的声音就越细，即音调越音高。声音的频率越高，人感觉到的
5、声音就越细，即音调越高高;反之，则越粗，即音调越低。反之，则越粗，即音调越低。图图3-2是在一个倍频程是在一个倍频程(8度音度音)的频率范围内按频率的对数的频率范围内按频率的对数刻度分成刻度分成12个等分而得到的音阶，称之为个等分而得到的音阶，称之为12平均律。平均律。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术 4.人类听觉的频率响应人类听觉的频率响应人耳对不同频率的声音所感觉到的强弱是不同的。人类对声人耳对不同频率的声音所感觉到的强弱是不同的。人类对声音的频率有一个响应的范围，即人听觉频率响应不是平直的。音的频率有一个响应的范围，即人听觉频率响应不是平直的。此外，当声压级不同时人
6、的频率响应也不同，如此外，当声压级不同时人的频率响应也不同，如图图3-3所示。所示。5.几种声音的频率范围与带宽几种声音的频率范围与带宽1)声音的频率范围声音的频率范围频率范围是衡量声音质量的重要指标。现在，常将声音质量频率范围是衡量声音质量的重要指标。现在，常将声音质量分为四个等级，见分为四个等级，见表表3-2。2)带宽带宽带宽是无线电技术、通信工程和计算机网络技术中的术语，带宽是无线电技术、通信工程和计算机网络技术中的术语，是指频率的覆盖范围。带宽表示一条通信线路是指频率的覆盖范围。带宽表示一条通信线路(包括有线和无包括有线和无线线)可以传输的载波频率范围。可以传输的载波频率范围。上一页
7、下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术3.1.2音频数据的压缩与编码音频数据的压缩与编码1.音频信号的冗余度音频信号的冗余度1)频域冗余度频域冗余度(1)非均匀长时功率谱密度。在较长的时间间隔内对音频信非均匀长时功率谱密度。在较长的时间间隔内对音频信号进行平均统计，可以得到音频信号的功率谱密度函数。通号进行平均统计，可以得到音频信号的功率谱密度函数。通过对该函数的分析，可以发现音频信号的功率谱是非常不平过对该函数的分析，可以发现音频信号的功率谱是非常不平坦的，就是说音频信号在给定的频段上呈现出非常的不均匀坦的，就是说音频信号在给定的频段上呈现出非常的不均匀性。这说明音频信号存在着固有的
8、冗余度。性。这说明音频信号存在着固有的冗余度。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术(2)语音信号特有的短时功率谱密度。人类语音信号在短时语音信号特有的短时功率谱密度。人类语音信号在短时功率谱上有着非常强烈的不均匀性。在某些频率上出现峰值，功率谱上有着非常强烈的不均匀性。在某些频率上出现峰值，在另外一些频率上则出现低谷。出现峰值的频率称为共振峰在另外一些频率上则出现低谷。出现峰值的频率称为共振峰频率。在给定的频段上会出现几个这样的共振峰频率。这些频率。在给定的频段上会出现几个这样的共振峰频率。这些共振峰频率决定了不同的语音特征。由于共振峰频率的峰值共振峰频率决定了不同的语音特征
9、。由于共振峰频率的峰值随着频率的升高递减，所以前两个共振峰频率谱决定了语音随着频率的升高递减，所以前两个共振峰频率谱决定了语音特征。这说明，可以对语音信号的高频部分进行适当地压缩。特征。这说明，可以对语音信号的高频部分进行适当地压缩。2)时域冗余度时域冗余度(1)样本间相关样本间相关(2)幅度的非均匀分布。幅度的非均匀分布。(3)静止系数。静止系数。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术(4)周期之间的相关性。周期之间的相关性。(5)基音之间的相关性。基音之间的相关性。2.音频信号压缩编码的分类音频信号压缩编码的分类通过上述对音频信号冗余度的分析，可以知道对于音频信号通过上述对
10、音频信号冗余度的分析，可以知道对于音频信号来说，有很多对音频信号进行压缩编码的切入点。因此音频来说，有很多对音频信号进行压缩编码的切入点。因此音频信号压缩编码就可分为很多不同的类型。信号压缩编码就可分为很多不同的类型。1)根据压缩编码对语音信号的质量是否有损失对语音压缩编根据压缩编码对语音信号的质量是否有损失对语音压缩编码进行分类码进行分类(1)无损压缩无损压缩:音频信号的压缩仅仅根据可完全恢复的冗余度音频信号的压缩仅仅根据可完全恢复的冗余度进行。进行。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术(2)有损压缩有损压缩:音频信号的压缩不仅仅根据可完全恢复的冗余音频信号的压缩不仅仅根据
11、可完全恢复的冗余度进行，还可以基于各种声学参数、相关性等进行压缩。度进行，还可以基于各种声学参数、相关性等进行压缩。2)根据压缩编码的理论和方法的不同时，语音压缩编码进行根据压缩编码的理论和方法的不同时，语音压缩编码进行分类分类(1)基于统计特性的压缩基于统计特性的压缩:通过对音频信号进行抽样统计分析，通过对音频信号进行抽样统计分析，得出音频幅度的分布规律和相邻样本所具有的相关性，从而得出音频幅度的分布规律和相邻样本所具有的相关性，从而找出压缩算法。找出压缩算法。(2)基于声学参数的压缩基于声学参数的压缩:通过对音频的参数，如共振峰、线通过对音频的参数，如共振峰、线性预测系数、滤波器组等的分析
12、，对音频信号进行压缩编码。性预测系数、滤波器组等的分析，对音频信号进行压缩编码。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术(3)基于人类听觉特性的压缩基于人类听觉特性的压缩:利用人类听觉系统的特点和人利用人类听觉系统的特点和人类听觉心理特点以及掩蔽效应等讲行压缩编码，可以得到很类听觉心理特点以及掩蔽效应等讲行压缩编码，可以得到很高的压缩效率。高的压缩效率。3.1.3音乐设备数字接口技术音乐设备数字接口技术1.MIDI技术简介技术简介 人们在说到多媒体音频技术时总会提起人们在说到多媒体音频技术时总会提起MIDI(Musical Instrument Digital Interface
13、,音乐设备数字接口音乐设备数字接口)音音频技术。这里所说的音乐设备一般指的是带有键盘的电子乐频技术。这里所说的音乐设备一般指的是带有键盘的电子乐器。器。MIDI是由音乐家制定的播放录制电子音乐的国际标准。是由音乐家制定的播放录制电子音乐的国际标准。MIDI为各种电子乐器与各种计算机的连接建立了一个共同为各种电子乐器与各种计算机的连接建立了一个共同的软件和硬件标准。的软件和硬件标准。上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术 MIDI标准的建立和推广给电子乐器的应用和计算机多媒体标准的建立和推广给电子乐器的应用和计算机多媒体技术的进一步发展创造了条件。技术的进一步发展创造了条件。MI
14、DI接口和计算机音频卜接口和计算机音频卜的声音合成能力为音乐创作、存储、传输和播放都带来了极的声音合成能力为音乐创作、存储、传输和播放都带来了极大的好处和方便。大的好处和方便。MIDI并不仅仅是一个简单的接口标准，应该说它代表着计并不仅仅是一个简单的接口标准，应该说它代表着计算机电子音乐子系统的构成。以算机电子音乐子系统的构成。以MIDI为接口标准的计算机为接口标准的计算机电子音乐子系统的配置示意如电子音乐子系统的配置示意如图图3-4所示。所示。2.MIDI音乐的合成方式音乐的合成方式1)调频合成方式调频合成方式2)波表合成方式波表合成方式上一页 下一页返回任务任务1 音频处理技术音频处理技术
15、 3.MIDI消息与消息与MIDI文件文件MIDI传送的信息不是声音波形本身，而是电子乐器操作指传送的信息不是声音波形本身，而是电子乐器操作指令和控制代码。令和控制代码。MIDI文件是由一系列文件是由一系列MIDI指令组成的。一个指令组成的。一个MIDI指令通指令通常由常由3个字节组成，其中第一个字节是指令状态字节，状态字个字节组成，其中第一个字节是指令状态字节，状态字节后面紧跟着两个数据字节。状态字节的最高有效级被设置节后面紧跟着两个数据字节。状态字节的最高有效级被设置为为“1”，低，低4位是通道信息，一共可以表示位是通道信息，一共可以表示16个通道个通道;其余其余3位表示消息的类型。位表示
16、消息的类型。MIDI的消息类型如的消息类型如图图3-5所示。所示。上一页 返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术3.2.1计算机图形技术基本知识计算机图形技术基本知识1.计算机图形的定义计算机图形的定义计算机图形的基本定义是计算机图形的基本定义是:使用计算机通过特定的算法和程序，使用计算机通过特定的算法和程序，在显示设备上构造出视觉形象来。在显示设备上构造出视觉形象来。2.计算机图形系统的基本功能计算机图形系统的基本功能计算机图形系统至少应该具备以下计算机图形系统至少应该具备以下5个基本功能：计算、存储、个基本功能：计算、存储、输入、输出、对活。这输入、输出、对活。这5个功能之间的
17、关系如个功能之间的关系如图图3-6所示。所示。下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术3.计算机图形系统的组成部分计算机图形系统的组成部分计算机图形系统由硬件设备和软件系统组成。计算机图形系统由硬件设备和软件系统组成。计算机图形系统的硬件设备包括主机、图形显示器以及一些计算机图形系统的硬件设备包括主机、图形显示器以及一些图形输入输出设备，如图形的数字化输入板、绘图机、图形图形输入输出设备，如图形的数字化输入板、绘图机、图形打印机等。打印机等。计算机图形系统的软件系统包括支持图形格式的操作系统、计算机图形系统的软件系统包括支持图形格式的操作系统、图形生成和编辑软件、图形应用软件。
18、如图形生成和编辑软件、图形应用软件。如图图3-7所示为计算所示为计算机图形系统的软硬件结构示意图。机图形系统的软硬件结构示意图。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(1)计算机图形系统的输入设备。图形输入设备可以将用户计算机图形系统的输入设备。图形输入设备可以将用户所需的图形数据以及各种命令转换成计算机所能识别的符号，所需的图形数据以及各种命令转换成计算机所能识别的符号，并且输送到计算机。并且输送到计算机。(2)计算机图形系统的输出设备。图形输出设备的功能是将计算机图形系统的输出设备。图形输出设备的功能是将图形软件系统制作的图形结果显示出来或制作成硬拷贝得以图形软件
19、系统制作的图形结果显示出来或制作成硬拷贝得以长期保留。常见的图形输出设备有计算机显示器、图形打印长期保留。常见的图形输出设备有计算机显示器、图形打印机机(激光打印机和喷墨打印机激光打印机和喷墨打印机)、绘图机等。、绘图机等。3.2.2数字图像的基本概念数字图像的基本概念1.数字图像的定义数字图像的定义图像这个概念很难用简单的形象文字来解释或定义。图像这个概念很难用简单的形象文字来解释或定义。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术一般而言，图像可以定义为一般而言，图像可以定义为:用某一种技术方法获取，并可以用某一种技术方法获取，并可以重现于二维媒体上的视觉信息。数字图像
20、可以进一步定义为重现于二维媒体上的视觉信息。数字图像可以进一步定义为:以数字的形式记录和存储的图像。数字图像处理以数字的形式记录和存储的图像。数字图像处理(Digital Image Processing)是指用数学方法，利用计算机技术对是指用数学方法，利用计算机技术对数字图像进行各种图像信息提取、图像变换和图像识别等操数字图像进行各种图像信息提取、图像变换和图像识别等操作。作。2.数字图像的属性数字图像的属性1)分辨率分辨率经常遇到的分辨率有两种经常遇到的分辨率有两种:显示分辨率和图像分辨率。显示分辨率和图像分辨率。(1)显示分辨率。显示分辨率是指显示器上能够显示出的像显示分辨率。显示分辨率
21、是指显示器上能够显示出的像素数目。素数目。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)图像分辨率。图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度图像分辨率。图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。的度量方法。显示分辨率与图像分辨的区别如下。显示分辨率与图像分辨的区别如下。图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目确定组成一幅图像的像素数目;而显示分辨率是确定显示图像而显示分辨率是确定显示图像的区域大小。图像分辨率由图像获取时的分辨率决定。的区域大小。图像分辨率由图像获取时的分辨率决定
22、。2)像素深度像素深度(1)像素深度的概念及表示。像素深度是指存储每个像素所像素深度的概念及表示。像素深度是指存储每个像素所用的二进制位数，它也是反映图像分辨率的指标之一。像素用的二进制位数，它也是反映图像分辨率的指标之一。像素深度决定彩色图像的每个像素可以表示的颜色数量，或者确深度决定彩色图像的每个像素可以表示的颜色数量，或者确定灰度图像的每个像素可以表示的灰度等级数量。定灰度图像的每个像素可以表示的灰度等级数量。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)图像像素的属性位。在用二进制数表示彩色图像的像素图像像素的属性位。在用二进制数表示彩色图像的像素时，除时，除R
23、,G,B分量用固定位数表示外，往往还增加分量用固定位数表示外，往往还增加1位或几位或几位作为属性位作为属性(Attribute)位。位。属性位用于指定该像素应具有的性质。属性位用于指定该像素应具有的性质。用这种办法定义一个像素的属性在实际中很有用。如在一幅用这种办法定义一个像素的属性在实际中很有用。如在一幅彩色图像上面加文字说明，而又不想让文字把图像盖掉，就彩色图像上面加文字说明，而又不想让文字把图像盖掉，就可以用这种办法来定义像素，而该像素显示的颜色又有人把可以用这种办法来定义像素，而该像素显示的颜色又有人把它称为混合色它称为混合色(Key Color)。上一页 下一页返回任务任务2 图形图
24、形/图像处理技术图像处理技术3)真真/伪彩色伪彩色(1)真彩色真彩色(true color)。真彩色是指在组成一幅彩色图像。真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有的每个像素值中，有R,G,B三个基色分量，每个基色分量直三个基色分量，每个基色分量直接确定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。接确定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。灰度图像灰度图像黑白图像黑白图像彩色图像彩色图像256色色(彩色索引彩色索引)彩色图像的每个像素用一个字节表示，它彩色图像的每个像素用一个字节表示，它不是直接表示颜色的像素值，而是一个彩色调色板的入口地不是直接表示颜色的像素值，而是一个彩色调
25、色板的入口地址址(索引号索引号)。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)伪彩色伪彩色(pseudo color)。伪彩色图像是每个像素的颜。伪彩色图像是每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表彩色查找表(Color Look Up Table,CLUT)的表项入口的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的地址，去查找一个显示图像时使用的R,G,B强度值，用查找强度值，用查找出的出的R,G,B强度值确定显示设备的基色强度，这样产生的彩强度值确定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称
26、为伪彩色。色称为伪彩色。3.数字图像系统的硬件设备数字图像系统的硬件设备由于数字图像处理的数据量非常大，计算又非常复杂，因此由于数字图像处理的数据量非常大，计算又非常复杂，因此对计算机系统的要求很高。随着个人计算机的图像处理能力对计算机系统的要求很高。随着个人计算机的图像处理能力的发展，各种图像处理软件也相继开发出来。从最基础的操的发展，各种图像处理软件也相继开发出来。从最基础的操作系统能够支持图像处理，到各种各样的图像处理软件应有作系统能够支持图像处理，到各种各样的图像处理软件应有尽有。典型的数字图像处理系统的硬件配置如尽有。典型的数字图像处理系统的硬件配置如图图3-8所示。所示。上一页 下
27、一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术3.2.3图像处理技术基本知识图像处理技术基本知识1.图像的几何处理图像的几何处理图像的几何处理主要是指对图像的几何形状进行改变。常见图像的几何处理主要是指对图像的几何形状进行改变。常见的图像几何处理包括图像的放大、缩小、裁剪、坐标平移、的图像几何处理包括图像的放大、缩小、裁剪、坐标平移、拼接、旋转等。从数学角度而言，图像的几何变换一般来说拼接、旋转等。从数学角度而言，图像的几何变换一般来说是比较简单的变换，其中相对复杂一些的是图像的旋转处理。是比较简单的变换，其中相对复杂一些的是图像的旋转处理。2.图像的灰度变换图像的灰度变换图像的灰度变
28、换是图像处理中最基本的内容。图像的灰度变图像的灰度变换是图像处理中最基本的内容。图像的灰度变换也包括了对彩色图像的变换。因为如果将彩色图像红、绿、换也包括了对彩色图像的变换。因为如果将彩色图像红、绿、蓝三个基色的每一个颜色的数据都看成一幅单独图像的话，蓝三个基色的每一个颜色的数据都看成一幅单独图像的话，那么每一个颜色的图像就是一幅灰度图像。因此，就可以把那么每一个颜色的图像就是一幅灰度图像。因此，就可以把它们当作一幅独立的灰度图像来处理。它们当作一幅独立的灰度图像来处理。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术3.2.4数字图像压缩技术与文件格式数字图像压缩技术与文件格
29、式1.数字图像的压缩技术数字图像的压缩技术1)图像数据的冗余度图像数据的冗余度与音频数据压缩的情况类似，现在有了对图像数据进行压缩与音频数据压缩的情况类似，现在有了对图像数据进行压缩的需求，但是还要讨论一下图像数据压缩的可能性，即讨论的需求，但是还要讨论一下图像数据压缩的可能性，即讨论图像数据的冗余度。只有图像数据具有足够的冗余度才有压图像数据的冗余度。只有图像数据具有足够的冗余度才有压缩的可能和意义。就一般情况而言，大部分图像数据是有冗缩的可能和意义。就一般情况而言，大部分图像数据是有冗余度的。图像数据的冗余度主要表现在下列几个方面。余度的。图像数据的冗余度主要表现在下列几个方面。(1)空间
30、冗余。空间冗余。(2)信息熵冗余。信息熵冗余。(3)人眼的视觉冗余。人眼的视觉冗余。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术2)图像数据的压缩方法图像数据的压缩方法根据图像数据被压缩后是否有信息的损失，可以将图像数据根据图像数据被压缩后是否有信息的损失，可以将图像数据的压缩分为有损压缩和无损压缩。的压缩分为有损压缩和无损压缩。(1)图像数据的无损压缩。无损压缩也被称为可逆压缩、无图像数据的无损压缩。无损压缩也被称为可逆压缩、无失真压缩等。无损压缩的原理是去掉或减少那些可能是后来失真压缩等。无损压缩的原理是去掉或减少那些可能是后来插入的数据冗余度。常用的无损压缩编码方法有
31、以下几种。插入的数据冗余度。常用的无损压缩编码方法有以下几种。游程编码：游程编码是最简单的压缩方法之一。它的工作原游程编码：游程编码是最简单的压缩方法之一。它的工作原理是在给定的数据中寻找重复的数据，然后用两个字节值取理是在给定的数据中寻找重复的数据，然后用两个字节值取代这些重复的数值。代这些重复的数值。Huffman编码编码:这种编码方法也是一种比较常用的压缩方法。这种编码方法也是一种比较常用的压缩方法。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术LZW编码编码(字典压缩方法字典压缩方法):LZW编码最初是用于文本文件的编码最初是用于文本文件的压缩，后来经过发展，也可以用
32、于图像数据的压缩。压缩，后来经过发展，也可以用于图像数据的压缩。算术编码算术编码:算术编码与算术编码与Huffman编码的基本思想相似，都是编码的基本思想相似，都是利用比较短的代码取代图像数据中出现比较频繁的数据。利用比较短的代码取代图像数据中出现比较频繁的数据。(2)图像数据的有损压缩。有损压缩也称不可逆压缩，在信图像数据的有损压缩。有损压缩也称不可逆压缩，在信息论中称为嫡压缩。由于信息嫡被压缩，所以减少的信息是息论中称为嫡压缩。由于信息嫡被压缩，所以减少的信息是不能再恢复的。在进行图像有损压缩时要监测取样值，对取不能再恢复的。在进行图像有损压缩时要监测取样值，对取样值设置一个门限值，只有当
33、取样值超过这个门限值时，才样值设置一个门限值，只有当取样值超过这个门限值时，才传输数据。传输数据。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术3)压缩方法小结压缩方法小结无论哪种压缩算法，其压缩效率都与原始图像数据的分布特无论哪种压缩算法，其压缩效率都与原始图像数据的分布特点密切相关。实际上没有哪一种压缩算法对任何图像数据的点密切相关。实际上没有哪一种压缩算法对任何图像数据的压缩效率都是最好的。每种算法都有它适合压缩的数据类型，压缩效率都是最好的。每种算法都有它适合压缩的数据类型，也有不适合它压缩的数据类型，任何方法都不是万能的。也有不适合它压缩的数据类型，任何方法都不是万
34、能的。2.数字图像的文件格式数字图像的文件格式1)位图文件格式位图文件格式(1)位图文件位图文件(BMP)简介。简介。BMP图像文件格式是美国微软图像文件格式是美国微软公司为其公司为其Windows系列操作系统环境设置的标准图像格式。系列操作系统环境设置的标准图像格式。在在Windows系统中包含了一系列支持系统中包含了一系列支持BMP图像处理的应用图像处理的应用编程接口函数。编程接口函数。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术由于由于Windows操作系在操作系在PC机上占有绝对的优势，所以在机上占有绝对的优势，所以在PC机上运行的绝大多数图像软件都支持机上运行的绝
35、大多数图像软件都支持BMP格式的图像文格式的图像文件。件。(2)文件结构。文件结构。BMP格式文件由四部分组成，即位图文件头格式文件由四部分组成，即位图文件头字、位图信息头字、调色板和位图的字节数据阵列。它们的字、位图信息头字、调色板和位图的字节数据阵列。它们的名称和符号见名称和符号见表表3-5。(3)调色板。当调色板。当BMP位图存储的是位图存储的是8位位256色图像数据时，色图像数据时，BMP格式文件必须有一个调色板。这时的位图字节数据阵列格式文件必须有一个调色板。这时的位图字节数据阵列中的每个字节并不代表一个真实的颜色或灰度，它只是一个中的每个字节并不代表一个真实的颜色或灰度，它只是一个
36、调色板的索引值，它以自己的数值作为调色板的地址指向调调色板的索引值，它以自己的数值作为调色板的地址指向调色板的某个存储空间。而真正显示在显示器上的颜色是调色色板的某个存储空间。而真正显示在显示器上的颜色是调色板该地址空间内存储的数据值。板该地址空间内存储的数据值。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(4)位图数据。在调色板位图数据。在调色板(如果有的话如果有的话)后面紧跟着图像数据后面紧跟着图像数据的字节阵列。图像数据按行、列的顺序排列。即一个扫描的的字节阵列。图像数据按行、列的顺序排列。即一个扫描的数据连续排列，然后排列第数据连续排列，然后排列第2行的数据，这样一
37、行一行地排列行的数据，这样一行一行地排列下去，直到最后一行数据为止。下去，直到最后一行数据为止。2)GIF文件格式文件格式(1)GIF文件简介。文件简介。GIF(Graphics Interchange Format)是是CompuServer公司公司1987年开发的图像文件年开发的图像文件格式。格式。GIF格式文件最初是为方便网络以及格式文件最初是为方便网络以及BBS用户而设计用户而设计的。目前，大多数图像软件都支持的。目前，大多数图像软件都支持GIF格式文件。格式文件。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)文件结构。文件结构。GIF文件由文件由5个主要部分组
38、成，这个主要部分组成，这5个组成部个组成部分都是由一个或多个数据块组成的。每个数据块的第一个字分都是由一个或多个数据块组成的。每个数据块的第一个字节是该数据块的标识符节是该数据块的标识符(也称特征码也称特征码)。标识符代表该数据块。标识符代表该数据块属于哪个类型的数据区。这属于哪个类型的数据区。这5个部分在文件中是按照固定的顺个部分在文件中是按照固定的顺序排列的。序排列的。3)TIFF文件格式文件格式(1)TIFF文件简介。文件简介。TIFF(Tagged Image File Format)格式文件是目前最常用的位映射图像格式之一。格式文件是目前最常用的位映射图像格式之一。TIFF格式文件是
39、格式文件是1986年由年由Aldus公司推出的。公司推出的。TIFF格式格式支持从单色图像到支持从单色图像到24位真彩色的任何图像，而且很容易在不位真彩色的任何图像，而且很容易在不同的硬件之间进行修改和转换，所以同的硬件之间进行修改和转换，所以TIFF格式文件也被大多格式文件也被大多数图像软件所支持。数图像软件所支持。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)文件结构。文件结构。TIFF文件一般由文件一般由3个部分组成个部分组成:文件头、标识文件头、标识信息区、图像数据区。信息区、图像数据区。4)JPEG文件格式文件格式(1)JPEG文件简介。文件简介。JPEG文件
40、格式是一种比较复杂的文件文件格式是一种比较复杂的文件格式。无论是图形文件格式的内容，还是图像文件格式的编格式。无论是图形文件格式的内容，还是图像文件格式的编码方式，它都比码方式，它都比GIF,BMP要复杂得多。要复杂得多。JPEG文件采用的文件采用的编码方式是有损压缩方式。编码方式是有损压缩方式。JPEG格式可以适用于大部分图格式可以适用于大部分图像类型。像类型。上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术(2)文件格式。文件格式。JPE;文件有两种格式文件有两种格式:一种是一种是JPEG-in-TIFF格式，这种格式实际上是格式，这种格式实际上是TIFF的一种子格式。它可
41、以的一种子格式。它可以将一幅将一幅JPEG图像格式文件压缩存储到一个图像格式文件压缩存储到一个TIFF文件中，但文件中，但是由于某些历史的原因，在存储和使用时会受到很多外部条是由于某些历史的原因，在存储和使用时会受到很多外部条件的限制和影响，所以这种格式存在不少缺陷。件的限制和影响，所以这种格式存在不少缺陷。(3)文件结构。文件结构。JFIF文件格式直接使用了文件格式直接使用了JPEG标准为应用标准为应用程序定义了许多标记，因此程序定义了许多标记，因此JFIF格式成了事实上格式成了事实上JPEG文件文件交换格式的标准。交换格式的标准。JPEG文件由下面文件由下面8个部分组成，每个部分个部分组成
42、，每个部分都有自己的标记。都有自己的标记。图像开始标记图像开始标记APPO标记标记上一页 下一页返回任务任务2 图形图形/图像处理技术图像处理技术APPn标记标记一个或多个量化表一个或多个量化表帧图像开始帧图像开始一个或多个一个或多个Huffman表表扫描开始扫描开始图像结束图像结束上一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术3.3.1视频技术的基础知识视频技术的基础知识 根据研究和实验，人眼的视觉暂留现象可以维持根据研究和实验，人眼的视觉暂留现象可以维持0.10.2 s。在确定电影拍摄和播放标准时，结合了人的视觉感受、技。在确定电影拍摄和播放标准时，结合了人的视觉感受、技术上实现的
43、可能和电影的成本，最后确定以术上实现的可能和电影的成本，最后确定以1m拍摄拍摄24帧的帧的速度作为标准。以这个速度拍摄和播放的电影可以满足人对速度作为标准。以这个速度拍摄和播放的电影可以满足人对绝大部分动态场景的视觉需求，即保证了画面的连续性和无绝大部分动态场景的视觉需求，即保证了画面的连续性和无跳动感。跳动感。1.视频的扫描与同步视频的扫描与同步下一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术1)电子束扫描电子束扫描 在发射电视信号的演播室，将一个画面投射到一个受光板上。在发射电视信号的演播室，将一个画面投射到一个受光板上。电子扫描的定义是电子扫描的定义是:用电子束按从左到右，从上到下
44、的顺序接用电子束按从左到右，从上到下的顺序接通受光板上的每一点通受光板上的每一点(像素像素)，并连续地把它们的亮度转换为，并连续地把它们的亮度转换为电信号，这种方法称为电子扫描。电信号，这种方法称为电子扫描。2)扫描同步与电视信号扫描同步与电视信号 当行扫描从左到右扫描完一行时，在水平方向上，电子束要当行扫描从左到右扫描完一行时，在水平方向上，电子束要返回屏幕的左端，这时场扫描就需要将电子束的垂直位置向返回屏幕的左端，这时场扫描就需要将电子束的垂直位置向下移下移2行，以保证正确地进行下一行扫描。当场扫描从上到下行，以保证正确地进行下一行扫描。当场扫描从上到下扫描完一场时，在垂直方向上，电子束要
45、返回屏幕的顶端扫描完一场时，在垂直方向上，电子束要返回屏幕的顶端;同同时在水平方向上，电子束还要返回屏幕的左端或中部。这些时在水平方向上，电子束还要返回屏幕的左端或中部。这些对电子束的控制是保证电视画面准确、稳定所必须的，对电子束的控制是保证电视画面准确、稳定所必须的，上一页 下一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术必须的，而且这些对电子束的控制在摄像管和显示管中要完必须的，而且这些对电子束的控制在摄像管和显示管中要完全一致，在扫描技术上称为同步。所以在传输电视信号时，全一致，在扫描技术上称为同步。所以在传输电视信号时，除了电视画面信号除了电视画面信号(亮度信号和彩色信号亮度信号
46、和彩色信号)外，还需要控制电外，还需要控制电子束的同步信号。控制行扫描的同步信号称为行同步信号，子束的同步信号。控制行扫描的同步信号称为行同步信号，控制场扫描的同步信号称为场同步信号。将行扫描信号和场控制场扫描的同步信号称为场同步信号。将行扫描信号和场扫描信号合成在一起，就构成了简单的复合同步信号，如扫描信号合成在一起，就构成了简单的复合同步信号，如图图3-10所示。所示。2.电视的制式电视的制式1)PAL制电视的特点制电视的特点PAL制电视的主要扫描特性如下。制电视的主要扫描特性如下。水平扫描特性水平扫描特性:625垂直扫描行数垂直扫描行数/帧帧:行扫描频率行扫描频率15 625 Hz上一页
47、 下一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术垂直扫描特性垂直扫描特性:25帧帧/s,2场场/帧帧;场扫描频率场扫描频率50 Hz，帧扫描，帧扫描频率频率25 Hz。宽高比宽高比:4:3。扫描方式扫描方式:隔行扫描隔行扫描312.5行行/场。场。颜色变换模型颜色变换模型:YUV。2)NTSC制电视的特点制电视的特点NTSC(National Television Systems Committee,美国国家电视制式委员会美国国家电视制式委员会)制电视的主要扫描特性如下。制电视的主要扫描特性如下。水平扫描特性水平扫描特性:525垂直扫描行数垂直扫描行数/帧，行扫描频率帧，行扫描频率15
48、 734 Hz上一页 下一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术垂直扫描特性垂直扫描特性:30帧帧/s,2场场/帧，场扫描频率帧，场扫描频率60 Hz，帧扫，帧扫描频率描频率30 Hz。宽高比宽高比:4:3。扫描方式扫描方式:隔行扫描，隔行扫描，262.5行行/场。场。颜色变换模型颜色变换模型:YIQ。3)SECAM制电视的特点制电视的特点SECAM(Sequential Couleur Avec Memoire，顺序，顺序与存储彩色电视制式与存储彩色电视制式)是法国开发的一种彩色电视广播标准。是法国开发的一种彩色电视广播标准。SECAM制的扫描特性与制的扫描特性与PAL制相似，区
49、别是制相似，区别是SECAM制中制中的色度信号是调频的，而的色度信号是调频的，而PAL制是调幅的。另外制是调幅的。另外SECAM制制的色差信号按照行的顺序传输。的色差信号按照行的顺序传输。SECAM制主要在法国、俄制主要在法国、俄罗斯、东欧及中东一些国家使用。罗斯、东欧及中东一些国家使用。上一页 下一页返回任务任务3 数字视频处理技术数字视频处理技术SECAM制电视的主要扫描特性与制电视的主要扫描特性与PAL值基本一样，但是值基本一样，但是SECAM制所占的带宽比制所占的带宽比PAL制要大，其电视信号带宽为制要大，其电视信号带宽为6 MHz，总带宽为，总带宽为8 MHz。以上以上3种电视制式的
50、国际标准见种电视制式的国际标准见表表3-6。3.3.2视频图像的数字化视频图像的数字化1.电视数字化的需求电视数字化的需求 1)电视技术的发展对数字化的要求电视技术的发展对数字化的要求20世纪世纪80年代以后，各种新型的电视技术设备逐渐采用了年代以后，各种新型的电视技术设备逐渐采用了数字技术。到数字技术。到20世纪世纪90年代中后期，几乎全部摄像、编辑、年代中后期，几乎全部摄像、编辑、制作设备都已经实现了数字化。与传统的模拟电视技术比较，制作设备都已经实现了数字化。与传统的模拟电视技术比较，数字化电视技术的优点是非常明显的。数字化电视技术的优点是非常明显的。上一页 下一页返回任务任务3 数字视