计算机综合设计实验手册级电信学院.docx

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计算机综合设计实验手册级电信学院

计算机应用综合设计

实验手册

序言

本实验手册的编写的目的是作为开设的《计算机应用综合设计》课程的辅助材料，辅助课程顺利进行。

此版本适用于2010级电信学院的大一学生。

本实验手册共包括5个实验，分别是涉及到图像文件处理、音频文件处理、视频文件处理、流媒体制作和SMIL语言学习。

计算机应用综合设计课程的开设旨在训练学生综合应用计算机、计算机软件、计算机各类媒体处理的能力，希望通过这几个实验的自学能够对多媒体处理有更加深刻的认识。

但由于时间、能力有限，纰漏和错误在所难免，希望读者理解和原谅。

本手册许多不足之处有待完善，万望指出。

若对相关内容有疑惑，请各位baidu、google！

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希望各位同学能从中找到乐趣！

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说明：

本手册在每一章末都包含实验要求说明和相关习题。

请同学按照实验要求说明，整理完成实验报告（格式详细要求见最后一页），独立完成习题内容。

报告格式要求包括实验目的，每个主要步骤的实验数据及相关截图和课后练习题以及实验小结（200字以上）等内容。

提交实验的实验报告以及相关作品。

每个实验提交的作品文件的大小不要超过20M。

实验中涉及到的软件请自行上网下载。

注：

如有抄袭的情况,根据雷同程度扣分,情节严重者0分！

概述

1.多媒体技术发展情况

1.1多媒体的概念

“多媒体”一词译自英文Multimedia，它是由多种单媒体复合而成的人-机交互式信息交流和传播媒体，包括声音、图形、图像、视频、动画、连接、文字、数字和表格等内容。

“多”是其多媒体表现，多种感官作用，多种设备，多学科交汇，多领域应用；“媒”是指人与客观事物之中介；“体”是其综合、集成一体化。

多媒体涉及的对象是媒体，媒体又是信息的载体，因此多媒体的基本特性就是指信息载体的多样性、交互性和集成性。

1.2多媒体技术的特点与发展

多媒体技术是指把文字、音频、视频、图形、图像、动画等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、获取、压缩/解压缩、编辑、存储等加工处理，再以单独或合成形式表现出来的一体化技术。

因此，多媒体技术有如下特点：

（1）多媒体的整合

传播信息的媒体种类很多，如文字、声音、图形、图像、动画等。

其中，文字可分为文字与数字，音频可分为音乐及语音，视频可分为静止图像、动画及影片等；其中包含的技术非常广，大致有电脑技术、超文本技术、光盘储存技术及影像绘画技术等。

而计算机多媒体的应用领域也比传统多媒体的应用领域更为广阔，如CAI、有声图书、商情咨询等都是计算机多媒体的应用范围。

（2）数字化

多媒体信息都是以数字的形势而不是以模拟信号的形式存储和传输的，多媒体系统的出版模式中强调的是无纸输出形式，以光盘（CD-ROM）为主要的输出载体。

这不但使存储容量大增，而且提高了保存的方便性，由此可见，光盘在未来信息传递及资料保存上，将拥有更加重要的地位。

（3）交互性

多媒体是人-机交互式媒体，这里所指的“机”，目前主要是指计算机，或者由微处理器控制的其他终端设备。

因为计算机的一个重要特性是“交互性”，所以使用它就比较容易实现人-机交互功能。

这也正是它和传统媒体最大的不同。

这种改变，除了提供使用者按照自己的意愿来解决问题外，更可借助这种交谈式的沟通来帮助使用者学习、思考，做到有系统地查询或统计，以达到增进知识及解决问题的目的。

（4）智能性

提供了易于操作、十分友好的界面，使计算机更直观、更方便、更亲切、更人性化。

（5）易扩展性

可方便地与各种外部设备挂接，实现数据交换、监视控制等多种功能。

此外，采用数字化信息有效地解决了数据在处理过程中失真的问题。

多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能十一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联网和信息资源共享，因此被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。

多媒体技术将给人们的工作、生活和娱乐带来深刻的革命。

2.多媒体计算机的发展趋势

（1）进一步完善计算机支撑的协同工作环境（CSCW）。

CSCW系统是对完成共同任务的群体进行支持，并提出共享环境访问接口的计算机系统。

CSCW系统具有两个本质特征：

共同任务和共同环境。

一般应具有以下3种活动：

①通信：

协同工作者之间进行信息交换。

②合作：

群体协同共同完成某项任务。

③协同：

对协同工作进行协同，使群体工作和谐，避免冲突和重复。

CSCW系统可分为3种类型：

①交互式，即CSCW群体工作者之间的交互可以是同步或异步。

②地理位置，即参与协作的多个用户可以是远程的或本地的。

③群体规模，即协作既可以是两人之间的，也可以是多人之间的。

（2）智能多媒体系统。

多媒体计算机从发展看应具有以下智能：

①文字的识别和输入，如印刷体汉字、联机手写体汉字和脱机手写体汉字的识别和输入。

②汉语语音的识别和输入，如特定人、非特定人以及连续汉语语音的识别和输入。

③自然语言理解和机器翻译，如汉语的自然语言理解和机器翻译、图形的识别和理解、机器人视觉和计算机视觉、知识工程以及人工智能等。

（3）把多媒体信息实时处理和压缩编码算法集成到CPU芯片中。

计算机产业的发展趋势应把多媒体和通信的功能集成到CPU芯片中，要求计算机能综合处理声音、文字、图形信息，并具备通信功能。

把这些功能和算法集成到CPU芯片中，有几项原则，即压缩算法采用国际标准的设计；多媒体功能的单独解决变成集中解决；体系结构设计和算法相结合。

3.开设多媒体实验课程设计的意义

21世纪的人类社会是信息化社会，当前世界经济已由工业经济向知识经济转变，知识经济的两个重要特点就是信息化和全球化，以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重将不断增长。

多媒体技术及其产品是当今计算机产业发展的新领域和信息化的重要内容。

多媒体技术是当今信息技术领域发展最快、最活跃的技术，是新一代电子技术发展和竞争的焦点。

科技进步、飞速发展的今天,计算机技术、多媒体技术以及网络技术构成了信息传播的技术支撑平台。

多媒体计算机技术结合计算机技术和多媒体技术,在社会的信息组织方面尤为重要。

信息社会对人才的需求也趋向一种新的高度,即高能力的综合素质人才。

因此，许多高校亦针对这一需求,增设多媒体技术相关课程,让更多的高校生学习、理解、掌握相关知识技能，以丰富和提高所培养人才的综合素质。

但同时，目前国内高校的多媒体技术课程，主要是采用课堂书本教学和课件形式，使学生被动地接受较为抽象的相关知识,没有提供合适的机会满足学生自己动手实践,来加深对所学知识的理解。

本次课题的目的是为了本学院即将开设的《计算机应用综合设计》课程进行预研。

计算机应用综合设计课程的开设旨在训练和检验学生综合应用计算机、计算机软件、计算机各类媒体处理以及计算机应用系统的能力，同时联系结合电子与信息学院开设的其他课程，旨在培养高能力的综合素质的电信学子。

4.习题

认真阅读和理解以上内容，并查阅相关资料，回答以下问题：

1.以下各种计算机应用技术中，不属于多媒体计算机技术的是（）

A．面向对象的技术B．多媒体同步技术

C．音频和视频的压缩、解压缩技术D．超文本和超媒体技术

2.计算机多媒体技术中的媒体是指（）

A．存储介质B．数字、文本、声音、图形和图像等

C．媒质D．磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等

3.多媒体数据类型不包括（）

A．文本数据B．图像数据C．音频数据D．模拟数据

4.简述多媒体计算机的特点。

5.什么是媒体、多媒体、计算机多媒体、多媒体计算机？

6.举例说明多媒体技术的应用。

实验一图像文件基本知识

1.实验目的

·了解图像的分类，熟悉常见的图像格式的特点

·理解如何存储图像，并将其压缩为所需格式

·了解图形图像处理软件

2.实验原理

2.1图形图像的基本知识

图形一般是指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等；图像则指输入设备捕捉实际场景画面产生的数字图像。

数字图像通常有位图和矢量图形两种表示形式。

①位图图像

位图图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像素点的强度和颜色。

位图适用于具有复杂色彩、明度多变、虚实丰富的图像，例如照片、绘画等。

使用位图格式的绘画程序叫做位图绘画程序，例如AdobePhotoshop。

它以与屏幕相对应的存储位来记忆和处理图像，把图形作为点的集合，这是绘画程序应用的典型文件格式。

位图图像依赖于解析度，放大和以高清晰度打印时，容易出现锯齿状的边缘。

像素的多少决定文件的大小和图像细节的丰富程度。

位图图像占用的存储空间较大，一般需要进行数据压缩。

为了便于位图的存储和交流，产生了种类繁多的文件格式，常见的有BMP、GIF、JPEG、TIFF、PSD、PNG、SWF和SVG等。

②矢量图形

矢量图形的特点是，绘画程序中物体定位、形体构造建立在以数字方式记录构件（图形元素）的几何性质上，例如直线、曲线、图形、方形的形状和大小。

它不是记录像素的数量，在任何解析度下输出时都同样清晰。

例如AdobeIllustrator就是使用这种格式的软件。

矢量格式更适合于以线条物体定位为主的绘制，通常用于计算机辅助设计（CAD）和工艺美术设计、插图等。

使用物体定位绘画程序可以把特定物体作为一组，单独改变线条的长度，放大或缩小原形，移动和重叠。

但是在屏幕上显示的时候，由于监视器的特点，矢量图也是以像素方式来显示的。

矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容的，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等的位置、维数和形状。

在屏幕上显示矢量图形要有专门的软件将描述图形的指令转换成在屏幕上显示的形状和颜色。

用于产生和编辑矢量图形的程序通常成为绘图程序。

这种程序可以产生和操作矢量图形的各个部分，并对矢量图形进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换；使用矢量图形的一个很大的优点就是容易进行这类变换。

但是，用矢量图形格式表示复杂图像（如人物或风景照片）的开销太大，因此矢量图形主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等。

绝大多数CAD和三维造型软件使用矢量图形作为基本的图形存储格式。

③处理图形图像要考虑的基本因素

◎分辨率

注意不同的分辨率会给图像带来不同的视觉效果。

通常分辨率有如下几种：

·屏幕分辨率：

屏幕分辨率就是用户在屏幕上观察图像时，所感受到的分辨率。

一般屏幕分辨率是由计算机的显卡所决定的。

例如标准的VGA显示卡的分辨率是640*480，即宽640点（像素），高480点（像素）。

至于较高级的显示卡，通常可以支持800*600或是1024*768点以上。

显示器分辨率只会影响用户处理图像时的方便性，不会影响图像的输出质量。

·图像分辨率：

图像分辨率，指的是图像储存的信息量，这种分辨率又有多种衡量法，典型的是以每英寸的像素数（ppi）来衡量。

图像分辨率和图像尺寸一起决定文件的大小以及输出质量。

该值越大，图像文件所占用的磁盘空间也越大，进行打印或修改图像等操作所花的时间也就越多。

·像素分辨率：

像素分辨率指像素的宽高比，一般为1：

1，在像素分辨率不同的机器间传输图像时会产生畸变。

◎色彩数和图形灰度

色彩数和图形灰度用位（bit）表示，一般写成2的n次方，n代表位数。

当图形、图像达到24位时，可表现1677万种颜色，即真彩。

灰度的表示法类似。

◎图像亮度和颜色

对于黑白图像用灰度表示像素的亮度，灰度用灰度级别或比特数表示，目前多采用256级即8比特，对于彩色图像的颜色，物理上用H.S.B描述，在电视系统中可用R.G.B三基色的比例表示。

◎图像深度

图像深度是指色彩及色彩的柔和程度，主要由表示像素的二进制数位决定。

目前使用的较多的是8～24位。

图像中没个像素可显示出的颜色数称作颜色深度，通常有以下集中颜色深度标准：

·24位真彩色：

每个像素所能显示的颜色数为24位，也就是2的24次方，约有1680万种颜色。

·16位增强色：

增强色为16位颜色，每个像素显示的颜色数为2的16次方，有65536种颜色。

·8位色：

每个像素显示的颜色数为2的8次方，有256种颜色。

◎图像文件的大小

文件大小决定占据存储空间的多少，由图像分辨率和图像深度决定，可用下式计算：

文件大小（字节数）＝水平方向像素数×垂直方向像素数×图像深度÷8

例如一幅分辨率为1200*1024，深度为16位的图像，其大小为2.46MB。

1KB=1024Byte

1MB=1024KB

1GB=1024MB

2.2常见的图像格式

①BMP格式

BMP是英文Bitmap（位图）的简写，是Microsoft公司图形文件自身的点位图格式，也是PC机上最常用的位图格式，有压缩和不压缩两种形式，支持1～24bit色彩，分辨率也可从480*320至1024*768。

这种格式的特点是包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩，保存的图像质量不变，但由此导致了它与生俱生来的缺点：

占用磁盘空间过大。

所以，目前BMP在文件大小没有限制的场合中运用极为广泛。

②GIF格式

GIF是英文GraphicsInterchangeFormat（图形交换格式）的缩写。

顾名思义，这种格式是用来交换图片的。

事实上也是如此，上世纪80年代，美国一家著名的在线信息服务机构CompuServe针对当时网络传输带宽的限制，开发出了这种GIF图像格式。

GIF格式的特点是压缩比高，磁盘空间占用较少，所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。

最初的GIF只是简单地用来存储单幅静止图像（称为GIF87a），后来随着技术发展，可以同时存储若干幅静止图像进而形成连续的动画，使之成为当时支持2D动画为数不多的格式之一（称为GIF89a），而在GIF89a图像中可指定透明区域，使图像具有非同一般的显示效果，这更使GIF风光十足。

目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件，也称为GIF89a格式文件。

此外，考虑到网络传输中的实际情况，GIF图像格式还增加了渐显方式，也就是说，在图像传输过程中，用户可以先看到图像的大致轮廓，然后随着传输过程的继续而逐步看清图像中的细节部分，从而适应了用户的“从朦胧到清楚”的观赏心理。

目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件。

但GIF有个小小的缺点，即不能存储超过256色的图像。

尽管如此，这种格式仍在网络上大行其道应用，这和GIF图像文件短小、下载速度快、可用许多具有同样大小的图像文件组成动画等优势是分不开的。

③JPEG格式

JPEG也是常见的一种图像格式，它由联合照片专家组（JointPhotographicExpertsGroup）开发并以命名为“ISO10918-1”，JPEG仅仅是一种俗称而已。

JPEG文件的扩展名为.jpg或.jpeg，其压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。

同时JPEG还是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许你用不同的压缩比例对这种文件压缩，比如我们最高可以把1.37MB的BMP位图文件压缩至20.3KB。

当然我们完全可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。

由于JPEG优异的品质和杰出的表现，它的应用也非常广泛，特别是在网络和光盘读物上，肯定都能找到它的影子。

目前各类浏览器均支持JPEG这种图像格式，因为JPEG格式的文件尺寸较小，下载速度快，使得Web页有可能以较短的下载时间提供大量美观的图像，JPEG同时也就顺理成章地成为网络上最受欢迎的图像格式。

④JPEG2000格式

JPEG2000同样是由JPEG组织负责制定的，它有一个正式名称叫做“ISO15444”，与JPEG相比，它具备更高压缩率以及更多新功能的新一代静态影像压缩技术。

JPEG2000作为JPEG的升级版，其压缩率比JPEG高约30%左右。

与JPEG不同的是，JPEG2000同时支持有损和无损压缩，而JPEG只能支持有损压缩。

无损压缩对保存一些重要图片是十分有用的。

JPEG2000的一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，这一点与GIF的"渐显"有异曲同工之妙，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示，而不必是像现在的JPEG一样，由上到下慢慢显示。

此外，JPEG2000还支持所谓的“感兴趣区域”特性，你可以任意指定影像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩。

JPEG2000和JPEG相比优势明显，且向下兼容，因此取代传统的JPEG格式指日可待。

JPEG2000可应用于传统的JPEG市场，如扫描仪、数码相机等，亦可应用于新兴领域，如网路传输、无线通讯等等。

⑤TIFF格式

TIFF（TagImageFileFormat）是Mac中广泛使用的图像格式，它由Aldus和微软联合开发，最初是出于跨平台存储扫描图像的需要而设计的。

它的特点是图像格式复杂、存贮信息多。

正因为它存储的图像细微层次的信息非常多，图像的质量也得以提高，故而非常有利于原稿的复制。

该格式有压缩和非压缩二种形式，其中压缩可采用LZW无损压缩方案存储。

不过，由于TIFF格式结构较为复杂，兼容性较差，因此有时你的软件可能不能正确识别TIFF文件（现在绝大部分软件都已解决了这个问题）。

目前在Mac和PC机上移植TIFF文件也十分便捷，因而TIFF现在也是微机上使用最广泛的图像文件格式之一。

⑥PSD格式

这是著名的Adobe公司的图像处理软件Photoshop的专用格式PhotoshopDocument（PSD）。

PSD其实是Photoshop进行平面设计的一张“草稿图”，它里面包含有各种图层、通道、遮罩等多种设计的样稿，以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。

在Photoshop所支持的各种图像格式中，PSD的存取速度比其它格式快很多，功能也很强大。

在制作字幕、静态背景和自定义的滤镜时，图像存为PSD格式在交换中较为方便。

⑦PNG格式

PNG（PortableNetworkGraphics）是一种新兴的网络图像格式。

在1994年底，由于Unysis公司宣布GIF拥有专利的压缩方法，要求开发GIF软件的作者须缴交一定费用，由此促使免费的png图像格式的诞生。

PNG一开始便结合GIF及JPG两家之长，打算一举取代这两种格式。

1996年10月1日由PNG向国际网络联盟提出并得到推荐认可标准，并且大部分绘图软件和浏览器开始支持PNG图像浏览，从此PNG图像格式生机焕发。

PNG是目前保证最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的优点，存贮形式丰富，兼有GIF和JPG的色彩模式；它的另一个特点能把图像文件压缩到极限以利于网络传输，但又能保留所有与图像品质有关的信息，因为PNG是采用无损压缩方式来减少文件的大小，这一点与牺牲图像品质以换取高压缩率的JPG有所不同；它的第三个特点是显示速度很快，只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像；第四，PNG同样支持透明图像的制作，透明图像在制作网页图像的时候很有用，我们可以把图像背景设为透明，用网页本身的颜色信息来代替设为透明的色彩，这样可让图像和网页背景很和谐地融合在一起。

PNG的缺点是不支持动画应用效果，如果在这方面能有所加强，简直就可以完全替代GIF和JPEG了。

Macromedia公司的Fireworks软件的默认格式就是PNG。

现在，越来越多的软件开始支持这一格式，而且在网络上也越来截止流行。

⑧SWF格式

利用Flash我们可以制作出一种后缀名为SWF（ShockwaveFormat）的动画，这种格式的动画图像能够用比较小的体积来表现丰富的多媒体形式。

在图像的传输方面，不必等到文件全部下载才能观看，而是可以边下载边看，因此特别适合网络传输，特别是在传输速率不佳的情况下，也能取得较好的效果。

事实也证明了这一点，SWF如今已被大量应用于WEB网页进行多媒体演示与交互性设计。

此外，SWF动画是其于矢量技术制作的，因此不管将画面放大多少倍，画面不会因此而有任何损害。

综上，SWF格式作品以其高清晰度的画质和小巧的体积，受到了越来越多网页设计者的青睐，也越来越成为网页动画和网页图片设计制作的主流，目前已成为网上动画的事实标准。

⑨SVG格式

SVG可以算是目前最最火热的图像文件格式了，它的英文全称为ScalableVectorGraphics，意思为可缩放的矢量图形。

它是基于XML（ExtensibleMarkupLanguage），由WorldWideWebConsortium（W3C）联盟进行开发的。

严格来说应该是一种开放标准的矢量图形语言，可让你设计激动人心的、高分辨率的Web图形页面。

用户可以直接用代码来描绘图像，可以用任何文字处理工具打开SVG图像，通过改变部分代码来使图像具有互交功能，并可以随时插入到HTML中通过浏览器来观看。

它提供了目前网络流行格式GIF和JPEG无法具备了优势：

可以任意放大图形显示，但绝不会以牺牲图像质量为代价；字在SVG图像中保留可编辑和可搜寻的状态；平均来讲，SVG文件比JPEG和GIF格式的文件要小很多，因而下载也很快。

可以相信，SVG的开发将会为Web提供新的图像标准。

2.3图形图像处理软件

图像处理软件是用于处理图像信息的各种应用软件的总称，专业的图像处理软件有Adobe的photoshop系列；基于应用的处理管理、处理软件picasa等，还有国内很实用的大众型软件彩影，非主流软件有美图秀秀，动态图片处理软件有UleadGIFAnimator，gifmoviegear等。

在这里，不一一介绍，请查阅相关书籍与资料，对感兴趣的软件进行自学。

3.实验内容及习题

自学一款图像处理软件，对一张个人的数码照片进行处理，对主要步骤写入实验报告以及提交相关文件作品：

处理之前和处理之后的图像文件。

［习题］

1.对（）压缩广泛采用了JPEG算法标准

A．静止图像B．动态图像C．声音D．文本

2.下列图像格式中，属于有损压缩的是（）

A．PCXB．GIFC．JPGD．TIEF

3.简述图像压缩的原因。

4.举例说明位图和矢量图的区别。

5.简述有损压缩和无损压缩的区别。

6.当今流行的图像处理软件有哪些，各有何特点？

自学哪款软件？

对图像文件可以做哪些功能处理？

实验二声音信号的获取与处理

1.实验目的

本实验通过麦克风录制一段语音信号作为解说词并保存，通过线性输入录制一段音乐信号作为背景音乐并保存。

为录制的解说词配背景音乐并做相应处理，制作一段完整的带背景音乐的解说词。

2.实验原理

2.1模拟音频和数字音频

模拟音频和数字音频在声音的录制和播放方面有很大不同。

模拟声音的录制是将代表声音波形的电信号转换到适当的媒体上，如磁带或唱片。

播放时将记录在媒体上的信号还原为波形。

模拟音频技术应用广泛，使用方便。

但模拟的声音信号在多次重复转录后，会使模拟信号衰弱，造成失真。

数字音频是将模拟的（连续的）声音波形数字化（离散化），以便利用数字计算机进行处理，主要包括采样和量化两个方面。

2.2数字音频的质量

数字音频的质量取决于采样频率和量化位数这两个重要参数。

采样频率是对声音波形每秒钟进行采样的次数。

根据采样定理：

在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时，即：

fs.max

2fmax，则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定