【正文】 ．音頻的數(shù)字化過(guò)程 音頻媒體在數(shù)、模轉(zhuǎn)換模塊中完成數(shù)字化的過(guò)程，是經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程，如圖 79 所示。人耳的分辨率很有限 ,所以太高的頻率就分辨不出好壞來(lái)。采樣位數(shù)客觀地反映了數(shù)字聲音信號(hào)對(duì)輸入聲音信號(hào)描述的準(zhǔn)確程度。如圖 710 中 CD 的采樣率比數(shù)字電話(huà)的采樣率高近 5 倍，量化標(biāo)尺高 200 多倍，其音質(zhì)也比電話(huà)好得多。 音頻數(shù)字化后其存儲(chǔ)空間可以這樣計(jì)算： 音頻存 儲(chǔ)空間 =采樣頻率 ?量化位 ?聲道數(shù) ?時(shí)間 ?8 如某 CD 上 1 秒鐘的數(shù)據(jù)量： CD 采樣率為 44100Hz， 16 位量化位，立體聲 44100?16?2?8=176400(字節(jié) ) 即 1 秒種的 CD 立體聲音頻的數(shù)據(jù)量約為 172KB 音頻文件的格式及其特點(diǎn) 目前較流行的音頻文件有 CD、 WAV、 MP WMA、 RA、 MID 等。 一個(gè) CD 音頻文件是一個(gè) *.cda 文件，這只是一個(gè)索引信息，并不是真正的包含聲音信息，所以不論 CD 音樂(lè)的長(zhǎng)短，在電腦上看到的 “ *.cda 文件 ” 都是 44 字節(jié)長(zhǎng)。根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼處理的不同分為 3 層，分別對(duì)應(yīng)“*.mp1/“*.mp2”/“*.mp3” 這 3 種聲音文件。 WMA 格式是以減少數(shù)據(jù)流量但保持音質(zhì)的方法來(lái)達(dá)到更高的壓縮率目的，其壓縮率一般可以達(dá)到 1:18，生成的文件大小只有相應(yīng) MP3 文件的一半。和 MP3相同，它也是為了解決網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬資源而設(shè)計(jì)的，因此主要目標(biāo)是壓縮比和容錯(cuò)性，其次才是音質(zhì)。 MIDI 文件格式并不記載聲音本身的波形數(shù)據(jù)，而是將聲音的特征數(shù)據(jù)用數(shù)字形式記下來(lái)，在 MIDI 文件中，只包含產(chǎn)生某種聲音的指令，這些指令包括合用什么 MIDI 樂(lè)器、樂(lè)器的音色、聲音的強(qiáng)弱、聲音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短等。另外 MIDI 音樂(lè)缺乏重現(xiàn)真實(shí)自然聲音的能力，電子音樂(lè)味道太濃。 總之，如果有專(zhuān)業(yè)的音源設(shè)備，那么要聽(tīng)同一首曲子的高保真程度依次是 : 原聲樂(lè)器演奏 MIDI CD 唱片 MOD 所謂聲卡上的 MIDI CMF，而 MP3及 RA 要看它的節(jié)目源是采用 MIDI、 CD 還是 MOD 了 。 模擬視頻是指使用 錄像機(jī) 、攝像機(jī)拍攝下來(lái)的，可以直接在電視中看到的動(dòng)態(tài)畫(huà)面。 另一種方式是使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝實(shí)際景物而得。 AVI 格式允許視頻和音頻交錯(cuò)在一起同步播放，支持 256 色和 RLE 壓縮，但 AVI文件并未直接限定壓縮表轉(zhuǎn)，因此， AVI 文件格式只是作為控制界面上的標(biāo)準(zhǔn)，不具有兼容性，用不同壓縮算法生成的 AVI 文件，必須使用相應(yīng)的解壓縮算法才能播放出來(lái)。 QuickTime 文件格式支持 25 位彩色，支持 RLE、 JPEG 等領(lǐng)先的集成壓縮技術(shù)，提供 150 多中視頻效果，并配有提供了 200 多種 MIDI 兼容音響和設(shè)備的聲音裝置。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）已選擇 QuickTime 文件格式作為開(kāi)發(fā) MPEG4 規(guī)范的同意數(shù)字媒體存儲(chǔ)格式。 MPEG 的平均壓縮比為 50： 1，最高可達(dá) 200： 1， 壓縮效率非常高，同時(shí) 圖像 和音響的質(zhì)量也非常好，并且在計(jì)算機(jī)上有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式，兼容性好。這樣在保證了靜止畫(huà)面 質(zhì)量的前提下，大幅地提高了運(yùn)動(dòng)圖像的畫(huà)面質(zhì)量，從而圖像質(zhì)量和文件大小之間就達(dá)到了微妙的平衡。 6） ASF 格式 ASF 的 英文 全稱(chēng) 為 Advanced Streaming format ， 它是 微軟 為了 和現(xiàn) 在 的Real Player 競(jìng)爭(zhēng)而推出的一種視頻格式，用戶(hù)可以直接使用 Windows 自帶的Windows Media Player 對(duì)其進(jìn)行播放。 動(dòng)畫(huà)信息的數(shù)字化 1．動(dòng)畫(huà)的定義與原理 動(dòng)畫(huà)是多幅按一定頻率連續(xù)播放的靜態(tài)圖像，它應(yīng)用了人類(lèi)眼睛的“視覺(jué)停留效應(yīng)”，即當(dāng) 動(dòng)畫(huà)畫(huà)面刷新率 在 24 幀 /s 以上時(shí)， 人眼 就可以 看到連續(xù)的畫(huà)面效果 。 1）幀動(dòng)畫(huà) 幀動(dòng)畫(huà)是由多幀內(nèi)容不同但又相互聯(lián)系的畫(huà)面，連續(xù)播放面形成的視覺(jué)效果。這種動(dòng)畫(huà)效果有時(shí)候是驚人的，適用于場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換、特技處理等影視動(dòng)畫(huà)制作中。 常用的二維動(dòng)畫(huà)制作軟件有： Animator Studio 和 Flash。 創(chuàng)作一個(gè)三維動(dòng)畫(huà)的過(guò)程 有建模 、 材質(zhì) 、 動(dòng)畫(huà) 。 圖 711 基于三角形面和四邊形面形成的立體模型 ? 材質(zhì) 在三維動(dòng)畫(huà)中，往往把物體的色彩、光澤和紋理稱(chēng)為材質(zhì)，將材質(zhì)覆蓋在三維模型上，就可以表現(xiàn)物體的真實(shí)感。 常用的三維動(dòng)畫(huà)制作軟件有： CAD 和 3DS MAX。假定需要還原的模擬聲音頻率是 22050Hz，這個(gè)頻率已經(jīng)達(dá)到人耳聽(tīng)覺(jué)的上 限，則數(shù)字采樣頻率取 44100Hz，采樣精度為 16bit，雙聲道立體聲模式， 1 分鐘所需的數(shù)據(jù)量為 : 44100Hz 2B(16bit 采樣 ) 2(雙聲道 ) 60S=10MB/min 按照一音樂(lè)曲或歌曲的長(zhǎng)度為 4min 計(jì)算對(duì)應(yīng)的音頻數(shù)據(jù)量約 40MB。 播音員的播音語(yǔ)速一般為每分鐘 180 字，由于計(jì)算機(jī)中用兩個(gè)字節(jié)表示一 個(gè)漢字，因此，播音員一分鐘閱讀的漢字共占用 360 個(gè)字節(jié)。 2．冗余分類(lèi) 對(duì)于多 媒體數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，有著很大的壓縮潛力，因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)中存在著多種數(shù)據(jù)冗余。這就是說(shuō)，墻面所有象素與相鄰顏色信息完全相同，在統(tǒng)計(jì)上是冗余的。例如，電視中播放講座類(lèi)節(jié)目時(shí)，背景在大部份時(shí)間內(nèi)是不發(fā)生變化的，只有人在動(dòng)，這種情況下視頻數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)冗余。 4）結(jié)構(gòu)冗余 在數(shù)字化圖像中，具有規(guī)則紋理的表面、大面積相互重疊的相同圖案，規(guī)則有序排列的圖形等結(jié)構(gòu)，都存在數(shù)據(jù)冗余，這種結(jié)構(gòu)上的冗余叫做“結(jié)構(gòu)冗余”。圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有關(guān)。 數(shù)據(jù)壓縮的核心是計(jì)算方法。 1）無(wú)損壓縮 無(wú)損壓縮是為保留原始多媒體對(duì)象（包括圖像、語(yǔ)音和視頻）而設(shè)計(jì)的。 ? 行程 長(zhǎng)度（ RLE） 編碼 行程 長(zhǎng)度（ RLE） 編碼 是將數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)的字符用單一記號(hào)來(lái)表 示。 ? 哈夫曼 （ Huffman） 編碼 哈夫曼編碼較為復(fù)雜，它的編碼原理是：先統(tǒng)計(jì)數(shù)字中各字符出現(xiàn)的概率，再按字符出現(xiàn)概率的高低，分別賦予由長(zhǎng)到短的代碼，從而保證了數(shù)據(jù)文件中大部分字符是由較短的編碼構(gòu)成。另外， GIF 和 TIF 格式的圖像文件也是采用這種方法存儲(chǔ)的。 有損壓縮編碼 算法有：預(yù)測(cè)編碼、 PCM 編碼、量化與向量量化編碼、頻段劃分編碼、變換編碼、分形壓縮、小波變換等 3）混合壓縮 混合壓縮利用了各種單一壓縮方法的長(zhǎng)處，在壓縮比、壓縮效率及保真度之間取得最佳折衷。 ? 實(shí)現(xiàn)壓縮的算法要簡(jiǎn)單，壓縮、解壓速度快，盡可能地做到實(shí)時(shí)壓縮、解壓。利用其廣泛的作圖工具，可以更有效的進(jìn)行圖片編輯工作。最近的幾個(gè)版本已捆綁了一個(gè)獨(dú)立的軟件 ImageReady，大大加強(qiáng)了 Photoshop 對(duì)網(wǎng)絡(luò)圖像的支持功能。 其具有以下特點(diǎn)： ? 方便的繪圖工具：提供許多全新的設(shè)計(jì)工具方便美術(shù)設(shè)計(jì)師使用。 ? 加強(qiáng)點(diǎn)陣圖處理：加強(qiáng)了對(duì)點(diǎn)陣圖的處理功能，除了可利用變形工具把任何點(diǎn)陣圖隨意變形外，還可把整個(gè)圖片作為 Illustrator 內(nèi)的 Symbol 筆刷，即時(shí)通過(guò)復(fù)制工具，在畫(huà)面上 使用相同的圖片，制作更精彩的美術(shù)設(shè)計(jì)。 Flash 前身是 Future Wave 公司開(kāi)發(fā)的 FutureSplash Animator，是一個(gè)基于。 ? 支持 Flash 格式：可以直接導(dǎo)出 swf 格式。通過(guò)利用這些工具，可以很快繪畫(huà)出一些比較復(fù)雜的圖形。適用于生產(chǎn)印刷出版線(xiàn)稿的設(shè)計(jì)者和專(zhuān)業(yè)插畫(huà)家、生產(chǎn)多媒體圖像的藝術(shù)家、互聯(lián)網(wǎng)頁(yè)或在線(xiàn)內(nèi)容的制作者。對(duì)各種濾鏡的支持更我們能夠輕松的創(chuàng)造出各種奇幻的效果。它提供了色彩調(diào)整、圖像修飾、和各種濾鏡效果等功能。 壓縮技術(shù)的性能指標(biāo) 衡量 一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的好壞有三個(gè)重要的指標(biāo)： ? 壓縮比要大。有損壓縮會(huì)造成一些信號(hào)的損失，關(guān)鍵問(wèn)題是看這種損失對(duì)圖像 或聲音 質(zhì)量帶來(lái)的影響 ， 只要這種損失被 限制在允許的范圍內(nèi)，有損壓縮就是可接受的 ， 有損壓縮的壓縮比一般可達(dá)到幾倍到上百倍。它讀入待壓縮的數(shù)據(jù)，并 與一個(gè)字典庫(kù)中的字符串相對(duì)比，如有匹配的字符串，則輸出該字符串在字典庫(kù)中的位置索引，否則將該字符串插入到字典中。 行程 長(zhǎng)度（ RLE） 編 碼的壓縮效果不太好，但由于其簡(jiǎn)單直觀，編碼 /解碼速度快，因此仍然得到廣泛的應(yīng)用。無(wú)損壓縮的壓縮率受到冗余理論的限制，一般能達(dá)到 2:1到 5:1 之間， 無(wú) 損壓縮廣泛應(yīng)用于文本數(shù)據(jù)、程序和特殊應(yīng)用的圖像數(shù)據(jù)的壓縮。 1. 數(shù)據(jù) 壓縮算法分類(lèi) 數(shù)據(jù)的壓縮都可以看成是一種變換，解壓縮（恢復(fù)數(shù)據(jù)）就是一種逆變換，變換的實(shí)現(xiàn)方法即編碼技術(shù)，每一種編碼方法都是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的具體操作，對(duì)于不同的多媒體數(shù)據(jù)，可以有選擇地采取某種編碼方法。二是解碼過(guò)程，該過(guò)程將壓縮編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，還原成原始數(shù)據(jù)，提供使用。 6）知識(shí)冗余 知識(shí)是人類(lèi)獨(dú)有的，是認(rèn)知自然、總結(jié)規(guī)律而得到的。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，往往采用統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)概率的辦法來(lái)鑒別空間冗余和時(shí)間冗余，因此空間冗余和時(shí)間冗 余具有統(tǒng)計(jì)特性。 2）時(shí)間冗余 視頻圖像和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的前后有很強(qiáng)的相關(guān)性，經(jīng)常產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)冗余。 1）空間冗余 規(guī)則物體的表面具有物理相關(guān)性，將其表面數(shù)字化后表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。這就是說(shuō)，一般播音員的播音頻率為 4KHz，采樣頻率即為 8KHz。 多媒體數(shù)據(jù)的冗余 1．冗余的基本概念 冗余是指信息所具有的各種性質(zhì)中多余的無(wú)用空間，其多余的程度叫做“冗余度”，一般而言，圖像和語(yǔ)音的數(shù)據(jù)冗余度很大。下面分別以文本、圖像、聲音和視頻等數(shù)字化信息為例，計(jì)算出它們的理論數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。 ? 動(dòng)畫(huà) 動(dòng)畫(huà)是三維創(chuàng)作中最難的部分。這種建模 方式是基于三角形面和四邊形面的拼接而形成立體模型，如圖 711 所示。三維動(dòng)畫(huà)是一種矢量動(dòng)畫(huà)形式，但是它融合了變形動(dòng)畫(huà)和幀動(dòng)畫(huà)的優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)三維動(dòng)畫(huà)是真正的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)。二維動(dòng)畫(huà) 是指 平面上的畫(huà)面 ， 三維動(dòng)畫(huà) 是指 畫(huà)中的景物有正面、側(cè)面和反面，調(diào)整三維空間的視點(diǎn)，能夠看到不同的內(nèi)容。 2）矢量動(dòng)畫(huà) 矢量動(dòng)畫(huà)就中一種純粹的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)形式，矢量動(dòng)畫(huà)可以對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)對(duì)象的屬性特征，如大小、形狀、顏色等進(jìn)行設(shè)置，然后由這些對(duì)象構(gòu)成完整的幀畫(huà)面。這就是動(dòng)畫(huà)形成的原理。 7） WMV 格式 WMV 的英文全稱(chēng)為 Windows Media Video，也是微軟推出的一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接 在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。不僅如此，這種視頻格式還具有內(nèi)置字幕和無(wú)需外掛插件支持等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。 RealVideo 除了可以以普通的視頻文件形式播放之外，還可以與 RealServer 服務(wù)器相配合，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中邊下載播放視頻 影像 ，而不必像大多數(shù)視頻文件那樣，必須先下載然后才能播放。MPEG 標(biāo)準(zhǔn)包括 MPEG 視頻、 MPEG 音頻和 MPEG 系統(tǒng)（視頻、音頻同步）三個(gè)部分，大家熟悉的 MP3 音頻文件就是 MPEG 音頻的 一個(gè)典型應(yīng)用，而 Video（ VCD）、 SuperVCD(SVCD)、 DVD（ Digital Versatile Disk）則是全面采用 MPEG 技術(shù)所產(chǎn)生出來(lái)的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。此外， QuickTime還采用了一種稱(chēng)為 QuickTime VR（簡(jiǎn)稱(chēng) QTVR）技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 AVI 文件主要目前主要應(yīng)用在多媒體光盤(pán)上，用來(lái)保存電影、電視等各種 影像 信息，有時(shí)也出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上，供用戶(hù)下載、欣賞新影片的精彩片段。在多媒體節(jié)目中的動(dòng)態(tài)視頻最具有代表性的是 AVI 數(shù)字視頻格式、 MPEG數(shù)字視頻格式及 RM 數(shù)字視頻格式。 數(shù)字視頻是通過(guò)數(shù)字視頻系統(tǒng)，對(duì)模擬 視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化加工，以數(shù)字形式記錄視頻信息。 視頻是多媒體的重要組成部分，是人們最容易接受的信息媒體。 MIDI 音樂(lè)的優(yōu)點(diǎn)是：文件存儲(chǔ)空間較小，而且容易編輯，因?yàn)榫庉嬅畋染庉嬄曇舨ㄐ稳菀住?MIDI 音樂(lè)可以模擬上千種常見(jiàn)樂(lè)器的發(fā)音，唯獨(dú)不能模擬人們的歌聲，這是它最大的缺陷。 6） MIDI 格式 MIDI 是 Musical Instrument Digital Interface（樂(lè)器數(shù)字接口） 的縮寫(xiě)， 它是由世界上主要電子樂(lè)器制造廠商建立起來(lái)的一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)定計(jì)算機(jī)音樂(lè)程序 電子合成器和其它電子設(shè)備之間交換信息與控制信號(hào)的方法。 目前， 網(wǎng)上的許多音樂(lè)紛紛轉(zhuǎn)向 WMA，許多播放器軟件也紛紛開(kāi)發(fā)出支持 WMA 格式的插件程序來(lái)， WMA 今后將 成為網(wǎng)絡(luò)音頻的主要格式 5） RA格式 ra 格式是 Real Networks 公司所開(kāi)發(fā)的一種新型流式音頻 Real Audio 文件格式。 MP3 音頻格式文件可以在大部分的播放軟件上播放， MP3 音頻是目前 Inter 上的主流音頻格式。 WAV 格式是 目前 PC 機(jī)上廣為流行的聲音文件格式，幾乎所有的音頻編輯軟件都 “ 認(rèn)識(shí) ” WAV 格式。 1） CD格式 CD 格式是當(dāng) 今世界上音質(zhì)最好的音頻格式。 3．音頻的文件大小 音頻文件可以分為波形文件（如 WAV、 MP3 音樂(lè)）和音樂(lè)文件（如手機(jī)的 MIDI 音樂(lè)）兩大類(lèi)，由于他們對(duì)自然聲音記錄方式不同，文件大小與音頻效果相差很大。量化標(biāo)尺通常是通過(guò)量化位計(jì)算出來(lái)的，如量化位是 4 位時(shí)，則量化標(biāo)尺就有 24（即 16 個(gè)等分刻度）。 采樣位數(shù)是指在采集聲音時(shí)使用多少二進(jìn)制位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字聲音信號(hào)。 采樣頻率指每秒