数字媒体技术导论复习.docx

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数字媒体技术导论复习

2010年

《数字媒体技术导论》课程期末复习指导

《数字媒体技术导论》课程介绍了数字媒体技术的概念、基本原理及其典型的技术方法和系统。

要求学生掌握的主要内容有：

数字媒体技术概论；数字视频音频信息的获取与处理；数字媒体数据压缩编码技术；数字动画、游戏设计、数字媒体的存储、传输技术以及数字媒体版权保护技术。

通过学习这些内容，为今后开展数字媒体领域的研究和开发工作打下良好的基础。

   为了同学更好地复习和掌握这门课程的知识，下面按照教学大纲要求，对各章的复习要点进行归纳总结，并给出相应的练习题及解答，供大家复习时参考。

一、期末复习的主要内容

第1章数字媒体技术概论

1.媒体概念、分类及特性

 媒体概念是：

媒体包括两层含义：

•

（1）传递信息的载体，称为媒介，是由人类发明创造的记录和表述信息的抽象载体，也称为逻辑载体，如文字、符号、图形、编码等。

•

（2）存储信息的实体，称为媒质，如纸、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等。

载体包括实物载体、或由人类发明创造的承载信息的实体，也称为物理媒体。

 媒体的分类：

媒体依据信息划分具有不同表现形式。

按照人的感觉，媒体可分为视觉媒体、听觉媒体等；按照信息的表现形式，媒体可分为语言媒体、文字媒体、音乐媒体、图形媒体、动画媒体和视频媒体等；按照信息的种类，媒体可分为新闻媒体、科技信息媒体、生活媒体等。

媒体依据信息的载体不同又有不同分类。

按载体的种类不同，媒体可分为报纸、信件、电话、计算机、网络等；按照不同应用方式，媒体可分为印刷媒体、幻灯、电影媒体、广播电视媒体、计算机媒体、计算机多媒体、网络媒体等。

按照媒体产生的时间和历史，媒体又可以分为新媒体和旧媒体（也有人说是传统媒体）。

按人们对载体的心理承认度，媒体又可分为时尚媒体和传统媒体。

按载体的传播范围，媒体又可分为个人媒体和大众媒体。

国际电信联盟（InternationalTelecommunication，ITU）从技术的角度定义媒介（Medium）：

感觉媒体（Perception）、表示媒体、显示媒体（Display）、存储媒体（Storage）和传输媒体（Transmission）。

媒体的特性：

主要特性为多样性、集成性、交互性和信息接收/使用方便等。

 2.数字媒体及其特性

数字媒体概念：

数字媒体是数字化的内容作品以现代网络为主要传播载体，通过完善的服务体系，分发到终端和用户进行消费的全过程。

（我国的数字媒体概念）

数字媒体特性：

主要特性为数字化、交互性、趣味性、集成性、技术与艺术的融合等。

3.数字媒体传播模式

•包括：

大众传播模式、媒体信息传播模式、数字媒体传输模式和超媒体传播模式

4、数字媒体技术的主要研究方向

•

（1）数字声音处理包括：

音频及其传统技术（记录、编辑技术）、音频的数字化技术（采样、量化、编码）、数字音频的编辑技术、话音编码技术（如PCM、DA、ADM）。

数字音频技术可应用于个人娱乐、专业制作、数字广播等。

（2）数字图像处理包括：

数字图像的计算机表示方法（位图、矢量图等）、数字图像的获取技术、图像的编辑与创意设计。

常用的图像处理软件有Photoshop等。

数字图像处理技术可应用于家庭娱乐、数字排版、工业设计、企业徽标设计、漫画创作、动画原形设计、数字绘画创作。

（3）数字视频处理包括：

数字视频及其基本编辑技术、后期特效处理技术。

常用的视频处理软件有Premiere等。

数字视频处理技术可应用于个人、家庭影像记录、电视节目制作、网络新闻。

（4）数字动画设计包括：

动画的基本原理、动画设计基础（包括环节：

构思、剧本、情节链图片、模板与角色、背景、配乐）、数字二维动画技术、数字三维动画技术、数字动画的设计与创意。

常用的动画设计软件有3DMAX、Flash等。

数字动画可应用于少儿电视节目制作、动画电影制作、电视节目后期特效包装、建筑和装潢设计、工业计算机辅助设计、教学课件制作等。

（5）数字游戏设计包括：

游戏设计相关软件技术（Directx、OpenGL、Director等）、游戏设计与创意。

（6）数字媒体压缩包括：

数字媒体压缩技术及分类、通用的数据压缩技术（行程编码、字典编码、熵编码等）、数字媒体压缩标准，如用于声音的MP3、MP4、用于图像的JPEG、用于运动图像的MPEG。

（7）数字媒体存储包括：

内存储器、外存储器、光盘存储器等。

（8）数字媒体管理与保护包括：

数字媒体的数据管理、媒体存储模型及应用、数字媒体版权保护概念及框架、数字版权保护技术，如加密技术、数字水印技术、权利描述语言等。

（9）数字媒体传输技术包括：

流媒体传输技术、P2P技术、IPTV技术等。

等等。

第2章数字音频技术基础

1.模拟音频的基本概念

定义：

声音是一种机械振动，振动越强，声音就越大。

例如话筒把机械振动转换成电信号，这是一种模拟的音频，它是以模拟电压的幅度表示声音的强弱。

 声音的分类：

（1）按照人耳可听到的频率范围，声音可分为超声、次声和正常声。

人耳可感受声音频率的范围介于20～20000赫兹间。

声音高于20000赫兹为超声波，低于20赫兹为次声波。

（2）按照声音的来源以及作用来看，可分为人声、乐音和响音。

人声包括人物的独白、对白、旁白、歌声、啼笑，感叹等；乐音也可成为音乐，是指人类通过相关乐器演奏出来的声音，如影视作品中的背景声音，一般起着渲染气氛的作用；响音是指除语言和音乐之外电影中所有声音的统称，如动作音响、自然音响、背景音响、机械音响、特殊音响。

2.数字音频的基本概念

（1） 数字音频技术和数字音频

       数字音频技术是把表示声音强弱的模拟电压用数字表示，如0.5V电压用数字20表示，2V电压用80表示。

模拟电压的幅度，即使在某电平范围内，也可以取无穷多个，如1.2V、1.21V、1.215V……。

而用数字来表示音频幅度时，只能把无穷多个电压幅度用有限个数字表示。

把某一幅度范围的电压用一个数字表示，这叫做量化。

       数字音频是：

通过采样量化把模拟量表示的音频信号转换成许多二制数1和0组成数字音频文件。

（2） 数字音频的文件格式与转换

        常用的声音文件格式有：

        ⑴WAV文件        WAV是Microsoft公司的音频文件格式。

Microsoftsoundsystem软件SoundFinder可以转换AIF，SND和VOC文件到WAV格式。

其中AIF是Apple计算机的音频文件格式；SND是另一种计算机的波形音频文件格式；

        ⑵VOC文件        VOC文件是Creative公司波形音频文件格式。

  利用声霸卡提供的软件可实现VOC和WAV文件的转换。

程序VOC2WAV转换Creative的VOC文件到Microsoft的WAV文件。

程序WAV2VOC转换Microsoft的WAV文件到Creative的VOC文件。

        ⑶MIDI文件        MIDI文件是（MusicalInstrumentDigitalInterface）乐器数字接口的缩写。

 RMI是Microsoft公司的MIDI文件格式。

  （3） 音频卡的功能        音频卡的功能有以下几个主要方面：

音频录放、编辑、音乐合成、文语转换、CD-ROM接口、MIDI接口、游戏接口等。

  （4） 音频卡的工作原理       音频卡的工作原理主要由以下几个部分组成：

       ①声音的合成与处理       这是音频卡的核心部分，它由数字声音处理器、调频（FM）音乐合成器及乐器数字接口（MIDI）控制器组成。

这部分的主要任务是完成声波信号的模/数（A/D）和数/模（D/A）转换，利用调频技术控制声音的音调、音色和幅度等。

       ②混合信号处理器       混合信号处理器内置数字/模拟混音器，混音器的声源由以下几种信号如MIDI信号、CD音频、线路输入、麦克风等。

可以选择一个声源或几个不同的声源进行混合录音。

       ③功率放大器       由于混合信号处理器输出的信号功率还不够大不能推动扬声器或音箱，所以一般都有一个功率放大器作为功率放大使得输出的音频信号有足够的功率。

       ④总线接口和控制器       总线接口有多种，早期的音频卡为ISA总线接口，现在的音频卡一般是PCI总线接口。

       总线接口和控制器是由数据总线双向驱动器、总线接口控制逻辑、总线中断逻辑及直接存储器访问（DMA）控制逻辑组成。

3.数字音频技术应用

•包括：

数字广播、音乐制作、影视游戏配乐和个人家庭娱乐等。

•

•

第3章数字图像的处理技术

 1．图像基本知识

1）彩色空间表示及其转换

       ⑴RGB彩色空间       在计算机中常用红、绿、蓝（RGB）彩色空间表示，由于计算机彩色监视器的输入需要红、绿、蓝（RGB）三个彩色分量，通过RGB三个分量的不同比例的组合，在显示器屏幕上可得到任意的颜色。

在数字媒体系统中不管采用什么形式的彩色空间表示，但最后要求输出的是转换成RGB彩色空间表示。

       ⑵YUV和YIQ彩色空间       现代的彩色电视系统中，一般采用摄像机把摄到的彩色图像信号，经过分色棱镜分成R0、G0、B0三个分量的信号，经过放大和校正后得到RGB信号，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和色差信号R-Y、B-Y，最后发送端将Y、R-Y及B-Y三个信号进行编码，用同一信道经过高频功率放大，通过天线发送出去。

这种信号就是常用的YUV彩色空间表示。

由于这种彩色空间的亮度信号Y解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题，而且实验表明人眼对彩色图像细节的分辨能力比对黑白低得多，因此可以对色度信号U、V采用“大面积着色原理”用亮度信号Y传送细节而用色差信号U、V进行大面积涂色。

采用YIQ彩色空间表示的好处是人眼的彩色视觉特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。

       （3）RGB与YUV和YIQ之间的转换       彩色摄像机得到的信号是经过r校正的RGB信号。

考虑到和黑白电视机兼容及压缩编码，在传送过程中包含亮度信号和色差信号，则亮度方程可简化为：

y＝0.3r＋0.59g＋0.11b。

从这个公式可看到，采用三基色显示彩色时，各基色组成亮度Y的比例关系是不变的，这些比例系数也叫做“可见度系数”它们的和为1。

这表示当基色信号电压Er、Eg、Eb各为IV时，构成的亮度信号Ey也为IV。

       在三个色差信号中B-Y、R-Y、G-Y，其中有两个是独立的，最后一个可用亮度方程和两个色差信号通过运算得到。

考虑到彩色与黑白的兼容问题和减少幅度失真问题，则必须对彩色信号进行压缩，具体方法是让色差信号乘上一个小于1的压缩系数。

经过运算整理得YUV与RGB之间的关系表达式。

       2）黑白全电视信号和彩色全电视信号

（1）黑白全电视信号       全电视信号主要由图像信号、复合消隐信号（包括行消隐信号、场消隐信号）和复合同步信号（包括行同步信号、场同步信号）三部分组成。

（2）彩色全电视信号

       ①彩色全电视信号与黑白电视的兼容问题       在彩色电视系统中,通常用Y、U、V彩色空间或Y、I、Q彩色空间，Y为亮度信号，它可以和黑白全电视信号兼容。

为了实现兼容，彩色电视信号必须满足以下几个要求：

（a）保留黑白电视信号原有的各项标准。

如：

每帧625行、隔行扫描、帧频为25Hz、场频为50Hz、行频为15625Hz、以及同步方式、频带宽度等。

（b）彩色电视信号中应包含有一个代表图像的亮度信号（称为亮度信号），这个信号中彩色接收机和黑白接收机中均能重现黑白图像。

（c）彩色电视图像信号中还应包含有代表图像颜色的信号（称为色度信号）和色同步信号。

       ②彩色全电视信号的组成       彩色全电视信号是由色度信号F、亮度信号Y（或用B表示）、复合消隐信号A（包括行消隐和场消隐信号）、复合同步信号S（包括行同步和场同步信号）等迭加在一起组成的，通常可用符号FBAS来表示。

在我国消隐电平规定为零电平，因此，在彩色全电视信号中实际上并没有迭加特定的消隐信号。

另外，为了接收机解调色度信号的需要，在彩色全电视信号中还应包括色同步信号，这是由位于行同步后肩，具有十个周期左右的副载波组成。

2.数字图像技术

      1）位图图像和矢量图形的文件格式

通常位图图像的文件格式，包括：

PSD图像格式、BMP图像格式、JPEG图像格式、GIF图像格式和TIFF图像格式等。

矢量图形的文件格式，包括：

CDR格式、DWG格式、DXF格式和EPS等

2）位图图像的获取设备与技术位图的获取通常用扫描仪，以及摄像机、录相机、激光视盘与视频信号数字化卡一类设备。

获取位图图像的三种常用方法：

  ①通过数字转换设备采集，如：

扫描仪或视频采集卡  ②通过数字化设备摄入，如：

数码相机、数字摄像机③从数字图库中收集，如：

光盘、网络、硬盘。

3）矢量图形的获取设备与技术矢量图形是通过电脑的绘图软件创作并在电脑上绘制出来。

可以看到矢量图形的获取其实就是绘制。

绘制一个图形必然涉及到两个方面的内容：

硬件和软件，即绘图所用的工具和绘图软件。

绘图板是帮助人们利用电脑进行图形、影视、动画等制作的一种特殊工具，用笔替代鼠标、键盘完成它们无法完成的精细工作。

第4章数字视频及编辑

1．视频基本知识

（1）电影的放映原理人们之所以能够看到电影屏幕上的活动影像，其中最大的原因在于人眼的自我欺骗。

人眼有一个非常有趣的视觉特性——能够把看到的影像在视网膜上保留一段时间，这种特性称为视觉暂留。

科学实验证明，人眼在某个视像消失后，仍可使该物像在视网膜上滞留0.1－0.4秒左右。

而在电影放映的过程中，电影胶片以每秒24格画面匀速转动，这就相当于每一格画面给人眼的刺激是1/24秒（相当于0.04），由于人的眼睛有视觉暂留的特性，一个画面的印象还没有消失，下一个稍微有一点差别的画面又出现在银幕上，连续不断的印象衔接起来，就组成了活动电影。

（2）电视工作原理电视是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物（或图像）的技术。

在发送端，用电视摄象机把景物（或图像）转变成相应的电信号，电信号通过一定的途径传输到接收端，再由显示设备显示出原景物（或图像）。

（3）电视制式简介目前世界上现行的彩色电视制式有三种：

NTSC制、PAL制和SECAM制。

NTSC（NationalTelevisionSystemsCommittee）彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。

美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式；德国（当时的西德）于1962年制定了PAL（Phase-AlternativeLine）制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。

德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式；法国制定了SECAM（法文：

SequentialColeurAvecMemoire）彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。

法国、苏联及东欧国家采用这种制式。

世界上约有65个地区和国家试验这种制式。

（4）PAL制式的主要特性

①625行（扫描线）/帧，25帧/秒（40ms/帧）

②高宽比（aspectratio）：

4:

3

③隔行扫描，2场/帧，312.5行/场

④颜色模型：

YUV

（5）NTSC制式的主要特性

•①525行/帧,30帧/秒（29.97fps,33.37ms/frame）

•②高宽比：

电视画面的长宽比（电视为4:

3；电影为3:

2；高清晰度电视为16:

9）

•③隔行扫描，一帧分成2场（field），262.5线/场

•④在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。

Laserdisc约~420线，S-VHS约~320线

•⑤每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒（包含5微秒的水平同步脉冲），所以显示时间是53.5微秒。

•⑥颜色模型：

YIQ

（6）SECAM制式的主要特性SECAM（法文：

SequentialColeurAvecMemoire）制式是法国开发的一种彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。

这种制式与PAL制类似，其差别是SECAM中的色度信号是频率调制（FM），而且它的两个色差信号：

红色差（R'-Y'）和蓝色差（B'-Y'）信号是按行的顺序传输的。

法国、俄罗斯、东欧和中东等约有65个地区和国家使用这种制式，图像格式为4:

3，625线，50Hz，6MHz电视信号带宽，总带宽8MHz。

、（7）视频信号类型彩色视频信号包括三种：

复合视频信号、分量视频信号和S端子视频信号。

（8）电视图像数字化电视图像数字化常用的方法有两种：

（1）先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。

（2）首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据。

（9）彩色电视图像数字化标准彩色电视图像数字化标准，称为CCIR601标准，现改为ITU-RBT.601标准。

该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr（或者写成YCBCR）两个彩色空间之间的转换关系等。

（10）采样频率CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。

这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。

亮度信号采样频率fs=13.5MHZ，色度信号采样频率fc＝6.75MHZ或13.5MHZ。

对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720。

数字信号取值范围：

亮度信号220级，色度信号225级。

2．数字视频技术

（1）数字视频的概念数字视频是将传统模拟视频（包括电视及电影）片段捕获转换成计算机能处理的数字信号，较常见的VCD就是一种经压缩的数字视频。

（2）数字视频的属性如同图像一样，人们用属性来描述一段数字视频，常见的有：

视频分辨率、图像深度、帧率、视频文件格式。

（3）数字视频文件格式目前，视频文件格式可以分为适合本地播放的本地影像视频和适合在网络中播放的网络流媒体影像视频两大类。

其中，本地影像视频包括：

AVI格式（英文全称为AudioVideoInterleaved，即音频视频交错格式）、DV-AVI格式（DV的英文全称是DigitalVideoFormat，是由索尼、松下、JVC等多家厂商联合提出的一种家用数字视频格式）、MPEG格式（英文全称为MovingPictureExpertGroup，即运动图像专家组格式）、DivX格式（是由MPEG－4衍生出的另一种视频编码（压缩）标准，也即DVDrip格式，它采用了DivX压缩技术对DVD盘片的视频图像进行高质量压缩，同时用MP3或AC3对音频进行压缩，然后再将视频与音频合成并加上相应的外挂字幕文件而形成的视频格式）和MOV格式（美国Apple公司开发的一种视频格式，默认的播放器是苹果的QuickTimePlayer）。

网络影像视频包括：

ASF格式（英文全称为AdvancedStreamingFormat，是微软为了和RealPlayer竞争而推出的一种视频格式）、WMV格式（英文全称为WindowsMediaVideo，也是微软推出的一种采用独立编码方式并且可以直接在网上实时观看视频节目的文件压缩格式）、RM格式（RealNetworks公司所制定的音频视频压缩规范称为RealMedia）、RMVB格式（是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式）。

（4）视频信息和获取技术  ①利用计算机产生彩色图形，静态图像和动态图像；  ②利用彩色扫描仪，扫描输入彩色图形和静态图像；   ③利用视频信号数字化仪，将彩色全电视信号经数字化处理后，输入到计算机中，获得静态和动态图像。

       （5）视频采集卡的组成       ⑴模数（A/D）变换和数字解码； ⑵窗口控制器； ⑶帧存储器系统； ⑷数模（D/A）转换和矩阵变换； ⑸视频信号和VGA信号的叠加； ⑹数字式多制式视频信号编码。

      （6）视频卡的工作原理       视频卡的工作原理可概述为：

视频信号源、摄像机、录像机或激光视盘的信号首先经过模数（A/D）变换，送到多制式数字解码器进行解码得到Y、U、V信号，然后由视频窗口控制器对其进行剪裁，改变比例后存入帧存储器。

帧存储器的内容在窗口控制下，与VGA同步信号或视频编码器的同步信号同步，再送到数模（D/A）变换器模拟彩色空间变换矩阵，同时送到数字式视频编辑器进行视频编码，最后输出到VGA监视器及电视机或录像机。

（7）数字视频的应用包括：

（1）个人、家庭影像记录和播放；

（2）电视节目制作；（3）电视节目包装。

第5章数字动画技术

1．传统动画

（1）动画的概念动画是通过连续播放一系列画面，给视觉造成动态变化的图画，能够展现事物的发展过程和动态。

对于现在的技术而言，“动画”并不仅仅是指传统意义上的在屏幕上看到的带有一定剧情的影片和电视片（动画片），而且还包括在教育、工业上用来进行演示的非实物拍摄的屏幕作品。

（2）动画的分类动画可以从不同角度进行分类。

①传统动画和计算机动画从制作技术和手段看，动画可分为以手工绘制为主的传统动画和以计算机为工具手段的数字动画。

传统动画又可分为手绘动画和模型动画。

计算机动画则是在制作过程中用计算机来辅助或者替代传统制作颜料、画笔和制模工具，这种工具的辅助和替代改变了传统动画的制作工艺。

②平面动画和三维动画如果从空间的视觉效果上看，又可分为平面动画和三维动画。

平面动画又可称为二维动画。

这种动画无论画面的立体感有多强，终究只是在二维空间上模拟三维空间效果，同一画面内只有物体的位置移动和形状改变，没有视角的变化。

而三维动画中不但有物体本身位置和动作的改变，还可以连续的展现视角的变化。

传统动画中可以包含传统二维动画（如传统手绘动画）和传统三维动画（模型动画），计算机动画中也可以分为计算机二维动画和计算机三维动画。

（3）传统动画的关键步骤和制作过程传统动画的制作是一个复杂而繁琐的过程，无论是手绘动画还是模型动画，其基本规律和思路是一致的。

简单的说，其关键步骤包含六个：

•

（1）由编导确定动画剧本及分镜头脚本；

•

（2）美术动画设计人员设计出动画人物形象；

•（3）美术动画设计人员绘制、编排出分镜头画面脚本；

•（4）动画绘制人员进行绘制；

•（5）摄影师根据摄影表和绘制的画面进行拍摄；

•（6）剪辑配音。

•传统动画的制作过程一般可分为四个阶段：

总体规划、设计制作、具体创作和拍摄制作，每一阶段又有若干个步骤。

2．计算机动画

概念：

计算机动画又称为数字动画，是指在制作过程中用计算机来辅助或者替代传统制作颜料、画笔和制模工具的一种动画制作方法及其最终成果。

可以从两个方面去理解这一含义：

其一，广义上的理解，是指在制作动画时采用数字技术（计算机技术）而得到的动画；其二就是狭义上的理解，是指在制作、存储、传输、重现等过程全部运用数字技术。

分类：

按照计算机及其软件在动画制作中的作用而言，计算机动画可分为：

计算机辅助动画和计算机创作动画两种。

（1）二维动画技术数字二维动画中包含计算机辅助着色和插画的手绘二维动画和用计算机进行全部作业的无纸二维动画