多媒体数据在计算机内的表示

9.2.4　多媒体数据在计算机内的表示

多媒体的数据类型可以分为文本、图形、图像、动画、视频、声音等。

1.多媒体

所谓“多媒体”(Multi-media)，可简单地理解为:一种以交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体信息，经过计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理后，以单独或合成的形态表现出来的技术和方法。特别是，它将图形、图像和声音结合起来表达客观事物，在方式上非常生动、直观、易被人们接受。

人们熟悉的报纸、杂志、电影、电视、广播等，都是以它们各自的媒体进行信息传播。有些是以文字作媒体，有些是以声音作媒体，有些是以图像作媒体，有些是以图、文、声、像作媒体。以电视为例，虽然它也是以图、文、声、像作媒体，但它与多媒体系统存在明显的区别:第一，电视观赏的全过程均是被动的，而多媒体系统为用户提供了交互特性，极大地调动了人的积极性和主动性;第二，人们过去熟悉的图、文、声、像等媒体几乎都是以模拟量进行存储和传播的，而多媒体是以数字量的形式进行存储和传播的。

多媒体具有集成性、交互性和多样化三个关键特性。

2.多媒体的关键技术

多媒体计算机系统要求具有综合处理声、图、文信息的能力。为了达到满意的效果，要求实时地处理大量数字化视频、音频信息，如一幅640×480，单色显示(黑白)需要640×480bit的存储空间(每个像素用1个二进制位存储，对应一个亮点)，占37.5KB。如果1个像素要有4种颜色，那么就需要2个二进制位存储(图像的颜色用多少位二进制数表示称为图像的颜色深度或像素颜色的深度)，如果用1个字节表示1个像素最多可以有256种颜色。这时，一幅640×480的彩色图像数据量每帧为300KB，如果是运动图像，要以每秒30帧的速度播放时，则视频信号传输速率约为8.8MB/秒。如果把这样差的视频存放在600MB的光盘中，大约播放1分钟。对于音频信号，以激光唱片CD-DA声音数据为例，如果采样频率为44.1kHz(每秒取样44100次)，采样点量化为16bit(16位是常用的采样精度，即每次取样用2个字节存储)双通道(2个声道的信息)立体声，1.44MB的软磁盘只能存放8秒的数据。综上所述，视频和音频信号数据量大，同时传输速度要求高。考虑到目前微机无法满足以上的要求，因此，对多媒体信息必须进行实时的压缩和解压缩。

【例9.2-20】在多媒体计算机系统中，图像的颜色用多少位二进制数表示称为图像的(　)。

(A)颜色亮度　(B)颜色灰度　(C)颜色深度　(D)颜色质量

答案:(C)。

目前主要有三大编码及压缩标准。

(1)JPEG(Joint Photographic Experts Group)标准

JPEG制定于1986年，是第一个图像压缩国际标准，主要针对静止图像(静态图像压缩标准)。该标准制定了有损和无损两种压缩编码方案。广泛应用于多媒体CD-ROM(只读光盘)、彩色图像等方面。JPEG对单色和彩色图像的压缩比通常分别为10∶1和15∶1。

(2)MPEG(Moving Picture Experts Group)标准

这个标准实际上是数字电视标准(动态图像压缩标准)，它包括三个部分:MPEG-Video、MPEG-Audio及MPEG-System。MPEG是针对CD-ROM式有线电视(Cable-TV)传播的全动态影像，它严格规定了分辨率、数据传输速率和格式，MPEG的平均压缩比为50∶1。MPEG-l的传输速率约为1.5Mbps(1.5Mb/s)。MPEG－2的设计目标是在一条线路上传输更多的有线电视信号，它采用更高的数据传输速率，以求达到更好的图像质量。MPEG-System是处理音频和视频的复合和同步。MPEG-l的适用范围很广泛，如多媒体CD-ROM、硬盘、可读写光盘、局域网和其他通信通道。

(3)H.261标准

这是CCITT关于视像和声音的双向传输标准。这个标准又称为P×64标准。P×64表示P×64Kbps，P是一个可变的参数，其中P的值为1到30。P=l或P=2，适用于可视电话，P≥6适合于电视会议。可见，该标准是以64Kbps的整数倍作为传输速率的。

3.声音

声音数字化:声音(空气振动)→模拟音频(麦克、电路)→数字音频(采样、模数转换、编码)。

数字化声音还原:数字音频(编码)→模拟音频(数模转换、软件、电路)→声音(喇叭)

(1)采样频率和编码

采样频率指单位时间内的采样次数。根据采样定理，语音信号的采样频率是语音所必需的频率宽度(最高频率)的2倍以上。人耳可听到的频率为20Hz～22kHz的声音，所以对声频卡来讲，其采样频率为最高频率22kHz的2倍以上，即采样频率应在44kHz以上。目前的声频卡的采样频率一般采用44.1kHz、48kHz或更高。

采样值的编码位数指记录每次采样值使用的二进制编码位数。而二进制编码位数直接影响还原声音的质量。当前声频卡有8位、16位和32位三种，声频卡的采样值的编码位数越长，声音还原的质量越好。

(2)声频卡的关键技术

声频卡的关键技术包括:数字音频、音乐合成、MIDI与音效。

①数字音频必须具有大于或等于44.1kHz的采样频率、16位的分辨率录制和播放信号的基本功能。这是衡量声频卡性能的主要标准。数字音频还要具有压缩声音信号的能力。最常用的压缩方法是自适应脉冲代码调制(ADPCM)法，另外也有不少声频卡采用DSP+ADC方案(数字信号处理芯片+A/D转换器)。

②音乐合成主要有两种合成技术:FM合成和波形表合成。FM合成是通过硬件产生正弦信号，再经过处理合成乐音。而波形表的合成原理，是在ROM中已存储各种实际乐器的声音样本，样本越多合成质量越高。

③MIDI是数字音乐的国际标准，几乎所有的多媒体计算机都遵循这个标准。MIDI(Musical Instrument Digital Interface)也称电子乐器数字接口，它规定了不同厂家的电子乐器和计算机连接的方案和设备间数据传输的协议。

④音效是最近IC工业中数字声音信号处理技术的结晶。已经有不少的声频卡采用了音效芯片，从硬件上实现回声、混响、和声等，使声频卡更为完美。

【例9.2-21】通常，将模拟信号的声音信息称为(　)。

(A)音频　(B)模拟音频　(C)数字音频　(D)声音

答案:(B)。

【例9.2-22】在数字音频信息获取过程中，正确的顺序是(　)。

(A)模数转换、采样、编码　(B)采样、编码、模数转换

(C)采样、模数转换、编码　(D)采样、数模转换、编码

答案:(C)。