四川大学计算机学院多媒体基础量化
多媒体技术基础课程期末复习指导
06春期《多媒体技术基础》课程期末复习指导第一部份课程考核说明1．考核目的通过本次考试，了解学生对本课程的基本内容、重点和难点的掌握程度，以及运用本课程的基本知识、基本方法和基本理论分析和解决实际问题的能力。
同时还考察学生在平时的学习中是否注意了理解和记忆相结合，理解和运用相结合。
2．考核方式期末闭卷笔试。
3．命题依据依据教材内容、市电大下发的教学实施意见和期末复习指导的有关要求命题。
4．考试要求要求学生较好地掌握多媒体关键技术，以及多媒体技术的应用；理解多媒体技术的基本概念和基本原理，以及多媒体应用系统的基本结构；了解多媒体技术的发展和研究。
5．考题类型及比重考题类型及分数比重大致为：填空题（占30%），选择题（占20%），简答题（占30%），分析题（占20%）。
6、适用范围、教材本复习指导适用于成人专科计算机信息管理和计算机应用专业的课程。
试卷编号：5069考试命题的教材是由陈明教授主编，中央广播电视大学出版社出版，2000年6月第1版《多媒体技术基础》教材。
第二部份期末复习重点范围第一章多媒体技术概论一、重点名词媒体，多媒体，多媒体技术二、重点掌握1、多媒体的概念；2、多媒体关键技术的内容；3、多媒体系统的组成；4、多媒体技术的特征三、一般掌握1、多媒体技术的发展过程第二章多媒体信息的表示一、重点名词汉字输入编码，汉字内码，汉字字模码，数字音频，采样，量化，PCM，MIDI，位图，矢量图，RGB，动画，造形动画，帧动画，超文本，超媒体，节点，链。
超文本三层模型。
二、重点掌握1、多媒体数据的特点；2、音频信号的数字化处理，声音文件大小的计算方法；3、位图、矢量图形的定义；矢量图形与位图、图形与图像的比较三、一般掌握1、西文和汉字编码；2、合成音乐MIDI标准及同数字化声音的比较；3、动画的基本概念、分类和技术参数；2、超文本与超媒体的基本概念、超文本的主要成分、超文本系统的结构3、第三章多媒体信息的压缩一、重点名词压缩，解压缩，编码，解码，信息量，信息熵，有损压缩，无损压缩，Huffman编码，算术编码，差分脉冲编码调制，线性预测，音频冗余，变换编码，DCT，JPEG标准，MPEG标准二、重点掌握1、压缩与解压缩的概念、数据压缩技术的重要指标、有损压缩和无损压缩；4、Huffman编码方法、算术编码方法、DPCM（差分脉冲编码调制）编码、变换编码的概念；三、一般掌握1、音频冗余和音频信号的压缩编码；2、JPEG压缩算法、MPEG压缩算法及两者之间的异同第四、五、六章多媒体应用系统开发一、重点名词音频失真，音频编辑软件，淡入与淡出，图像编辑，数字视频处理，三维动画制作，多媒体创作系统，OCR，集成工具。
920780-大学计算机基础-第七章-多媒体技术基础知识
7.2多媒体技术的研究内容和应用领域
7.2.1 多媒体技术的研究内容 多媒体技术研究内容主要包括感觉媒体的表示技术、数 据压缩技术、多媒体数据存储技术、多媒体数据的传输 技术、多媒体计算机及外围设备、多媒体系统软件平台 等。
1．多媒体数据压缩/解压缩算法与标准 2．多媒体数据存储技术 3．多媒体计算机硬件平台和软件平台 4．多媒体开发和编著工具 5．网络多媒体与Web技术 6．多媒体数据库与基于内容的检索技术 7．多媒体应用和多媒体系统开发
示1分钟，则需要： 1280×1024×3×30×60 ≈ 6.6 GB
2.图像的数字化
• 采样 用多少个像素点的“列数×行数”表示，分辨率越高，图像越 清晰，存储量也越大。
• 量化 量化是在图像离散化后，将表示图像色彩浓淡的连续变化值离 化为整数值的过程。 把量化时所确定的整数值取值个数称为 量化级数,也称为颜色深度.
1991年，在第六届国际多媒体和CD-ROM大会上宣布了扩展结构系统标 准CD-ROM/ XA，从而填补了原有标准在音频方面的缺陷，经过几年的发展， CD-ROM技术日趋完善和成熟。而计算机价格的下降，为多媒体技术的实 用化提供了可靠的保证。
1992年，正式公布MPEG-1数字电视标准，它是由运动图像专家组（
moving picture expert group）开发制定的。MPEG系列的其他标准还有
MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和现正在制定的MPEG-21。
1993年，“多媒体计算机市场协会”又推出了 MPC的第二个标准，其中包括全动态的视频图像， 并将音频信号数字化的采集量化位数提高到16位。
采样频率和量化参数比较
3.常见声音文件格式
（1）CD （2）WAV （3）MP3 （4）WMA
多媒体技术量化和变换编码和预测编码
量化分类
量化可以分为两类：
(1) 标量量化：
输入信号的所有分量使用同一个量化器进行量化，每 个分量的量化都和其它分量无关，也称为零记忆量化。
(2)矢量量化：
从码本集合中选出最适配于输入信号的一个码字作为 输入信号的近似，这种方法以输入信号与选出的码字 之间失真最小为依据。
矢量量化与标量量化相比有更大的数据压缩能力。
xˆn1 Tn1n sˆn1
有 xˆn1 xn1
为什么变换
变换的本质就是将信号在一组基函数上投影，得 到一组投影值，即信号的变换域表达。
变换的目的就是将一个实际的物理信号分解为变 换域(频域)上有限的或无限的小的信号“细胞”， 以便了解信号的性质，提取信号的有用信息
为什么变换
犏
犏犏臌eTM - 1
e1 ... en- 1 ]
轾 犏 e0T
Cy=犏 犏 犏 犏 e1T [e0
犏 犏 犏 臌 eTn-1
e1...
轾 犏 l0
en-1]犏 犏 犏l1
犏 犏 犏 臌
轾 犏e0T
Cy
=
犏 犏 犏e1T 犏
[Cxe0 Cxe1 ...Cxen- 1]
犏
犏 犏 臌eTM- 1
轾 犏 l0 =犏 犏 犏l1
邋 邋 = M 1 M i= - 0 1 X iX iT -m x ( M 1 M i= - 0 1 X iT ) -( M 1 M i= - 0 1 X i) m x T + M 1 M i= - 0 1 m x m x T
å =M 1M i= -0 1X iX iT-m xm xT-m xm xT+m xm xT å =M 1 M i=-01XiXiT- mxmxT
四川大学数字图像处理.总复习
19
图像平滑滤波
• 均值滤波、中值滤波
高斯 噪声
椒盐 噪声
5x5均值滤波
3x3中值滤波
20
均值滤波vs.中值滤波
• 均值滤波和中值滤波是两种常用的平滑滤 波方法，用于去除图像中的噪声
主要计算 适合应用 图像模糊 细线损害
均值滤波
平均
去除高斯 噪声
严重
轻微
中值滤波
排序
去除脉冲、 基本不存
椒盐噪声
在
– 常用的方法如亮度分割法和变换法
• 真彩色增强
– 针对真实的彩色图像 – 真彩色增强中常用HSI模型，将亮度分量I和色
度分量（色度H和饱和度S）进行分离，并对 亮度分量进行变换（按灰度图象增强方法）
25
图像压缩
• 凡是涉及到图像数据的传输、交换与存储的领域 均要求进行图像数据的压缩编码
• 图像压缩的可能性来自于图像数据中的冗余，包 括编码冗余、空间时间冗余、和心理视觉冗余等
严重
21
图像锐化滤波
• 锐化滤波的目的是突出图像中的细节或增 强被模糊了的细节
图像细节
边缘
灰度变化
微分/梯度
22
锐化算子
• 锐化算子是基于图像微分/梯度定义的模板，通过 与图像的模板卷积运算实现对图像边缘的增强或提 取（因此也称为边缘检测算子）
• 不同的锐化算子使用了不同的近似梯度计算方法
Prewitt算子
我们学了什么？
基本知识
数字图像处理绪论 图像知识和运算
图像增强处理
图像处理 与分析基 本技术
图像压缩编码 图像分割基本方法
图像分析
4
图像的基本概念
“像”是人的视觉 系统对图的接收在 大脑中形成的印象 或认识
多媒体的数字嵌入及水印技术
１ 对 水印算 法 的需 求
为了使水印有效， 水印算法应满足以下要 求［：
１ ）持 久 的透 明性 ， 它应 在统 计 上以及 时 间持 续上 是 不可 见 的 ， 据嵌 入 的结 果不 应该 被 人眼所 识 数
２０ ４
河北师范大学学报（ 自然科学版 ）
第２ ６卷
５ ）它应该能够 产 生许 多可相互 区别 的水 印信息． ２ 水 印技 术的分类 通常 ， 水印 方案按 水 印添加 的数 据状 态可 分为 ２类 ： 一类是把 水 印直接 嵌入 到 空 间域 中 ； 另一类 是 在 变换 域 内进行 操 作． 例如 ： 域． 频 空域 方法 即是将 水 印信息在 需保 护数据 的时 域 （ 或空 域 ） 直接 进行 某 种 幅值 调制 ， 这 种调 制过 程 不 明显影 响该 数据 的正常 使用． ｔ ｒ 使 用空 域方 法 ， 基于 测试 图 而 Ｋｕｔ ［就 ｅ２ 并 像邻 域平均 评估 了原 图像 数据 ， 同时探 索性 地估计 了测试 图像 的判决 门限． 所谓频 域方 法是 指水印 信息 嵌入 在原数据 经过某 种变 换后 的频域数 据 中． 由于 绝大多数 信息处理 操作 在频域具 有很好 的特性 ， 且前 期 的许 多好的视 觉模 型也 是在频 域 中研 究 的 ， Ｐ ｄｃｕ ０给 出的算法 ， 如 ｏｉｈｋ 因此 ， 频域 水 印方 案有很 大 的
可以通过 提取 算法随时捡测其 中的标识信息来证明所有权 ， 因此 ， 数字水 印 已经 被公 认为保护多媒体数据所 有权的良策． 主要讨论 了数字水 印的原理及一般算法 ， 出了数字水印的潦加 及提取 的一般模型． 给 关键调 数字水 印；信息隐藏 ； 数据嵌入 ； 水印折取 中国分类号 ： Ｐ ３ ９ Ｔ ０ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０５ ５ （ ０２ ０—２ ９０ １０－ ８４ ２ ０ ） ３０ ３ — ５
计算机多媒体技术课程教学大纲
《计算机多媒体技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课适用专业：计算机应用技术适用层次：高起专适用教育形式：成人教育考核形式：考试所属学院：计算机学院先修课程：计算机文化基础、计算机应用（提高）一、课程简介《计算机多媒体技术》是计算机学科的一门专业课程，本课程主要介绍多媒体技术基础知识、多媒体个人计算机的基本设备和扩展设备、多媒体制作中的美术问题、多媒体数据描述、多媒体压缩技术、图像处理技术、动画与视频制作技术、数字音频处理技术、多媒体平台设计技术等。
通过本课程的学习，要求考生能够熟悉多媒体技术的理论，掌握多媒体制作技术，进而能独立进行多媒体产品的设计和开发。
学习本课程能够加深信息数字化处理的理解，方便学习者快速掌握各类多媒体编辑工具的使用。
二、课程学习目标本课程的学习目标是了解多媒体技术的发展过程，建立多媒体技术的基本理念，掌握多媒体对象的制作技能，如动画、图像、音频等的创作与制作技巧，掌握多媒体平台的设计技巧。
三、课程主要内容和基本要求本课程以多媒体数据为中心内容，分别介绍了什么是多媒体，什么是多媒体计算机，多媒体计算机的组成部件等基本概念。
由针对多媒体信息在计算机里的表示、存储进行了阐述。
最后分别针对图形图像类数据、视频动画类数据、音频类数据以及综合类多媒体数据的软件编辑、制作进行了介绍。
课程主要内容大致可以分为以下几个模块：模块一：多媒体及多媒体计算机具体包括什么是多媒体，什么是多媒体技术，多媒体技术的应用领域，多媒体产品的制作过程，多媒体计算机的基本结构、主要特征、硬件标准，常用多媒体计算机的外设介绍，如视频卡、扫描仪、数码照相机、打印机、投影机等。
模块二：美学基础具体包括什么是美学，美学的作用，美学的表现手段，平面构图的规则及应用，色彩构成的相关概念，色彩的搭配和象征意义，图像美学，动画美学，声音美学。
模块三：多媒体数据的表示及存储具体包括静态图像文件介绍，动态图像文件介绍，声音文件介绍，数据压缩的基本原理及常用压缩算法介绍。
四川大学计算机学院多媒体基础电视技术简介
在数字电视技术中经常用4:2:2、4:2:0等方式表达数字分量电视信号的取样结构这种表示法的原始含义是亮度与色度信号的取样频率之比或取样点数量之比例如4:2:2表示Y/B-Y/R-Y取样，色度信号的取样点数量是亮度信号的一半4:2:2:4最后的4表示键控信号的取样点数4:4:4表示RGB取样，RGB信号的取样点数量一样4:0:0表示每行电视信号中只有亮度信号取样结构表示法的原始含义是亮度与色度信号的取样频率之比4:2:2，4表示亮度信号的取样频率，2和2 表示两个色差信号的取样频率4的原始含义是亮度信号的取样频率是付载波的4倍即13.5MHz （NTSC的付载波频率是3.58MHz）2的含义是色差信号的取样频率是付载波的2倍即6.75MHz
相对清晰度（电视线）
因为用电视线表达的水平清晰度是相对值，所以在显示相同线条数量的情况下画面宽高比不同时水平清晰度是不同的例如，同样在水平方向上显示400条线时如果画面宽高比是16 : 9则水平清晰度为400 x 9/16 = 225 电视线
水平清晰度 – 带宽与调制度
电视的水平清晰度还可以用带宽或调制度表示带宽与调制度是频率与电平（幅度）之间的函数关系，是MTF（调制传输函数）在电视技术中的专用表述带宽是在约定电平值的位置计量频带宽度电视技术中经常使用的三种带宽0dB带宽，最大电平处对应的带宽-1dB带宽，与0dB相比电平下降10%处对应的带宽-3dB带宽，与0dB相比电平下降30%处对应的带宽调制度是在约定频率点的位置计量电平值例如标清摄像机以0.5MHz的输出幅度作为参考电平，5MHz频率点的输出电平与参考电平之比即为调制度，用百分比表示
像素是组成图像的最小单位数字影像（如数码相机等）和计算机图形处理采用像素表示清晰度传送彩色图像需要RGB（或Y/B-Y/R-Y）三个独立的分量，因此每个像素实际上都是由3个单色像素组成的 用像素表达数字电视清晰度标清数字电视480/60i：每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线480行 720 x 480，每帧画面34万像素576/50i，每行720个取样点（亮度），每帧有效扫描线576行 720 x 576，每帧画面41万像素高清数字电视1080i或P：每行1920个取样点（亮度），每帧有效扫描线1080行 1920 x 1080，每帧画面207万像素720P：每行1280个取样点（亮度），每帧有效扫描线720行 1280 x 720，每帧画面92万像素
多媒体信息基础实验报告
序号：82学生实验报告课程名称：多媒体信息基础选课课号：学生所在学院：年级/专业/班：学生姓名：学号：实验总成绩：任课教师：实验中心名称：信息科学与技术教学部实验一 MPC系统配置设计姓名：学号：实验时间：成绩：一、实验目的：1、掌握MPC硬件系统的构成 2、掌握MPC软件系统的构成 3、掌握多媒体计算机的各个部件的功能协调配置二、实验内容：a) 说明设计主题、思路、实现的策略、设计分析；b) 按照教程上所讲的计算机各个部件的特征、实现功能，在网络上找出对应的部件和软件;c) 根据比较分析各个部件及软件，组合成一套完整的多媒体计算机系统。
操三、作步骤：第一步 MPC硬件信息搜索第二步 MPC软件信息搜索第三步功能比较分析第四步硬件配置设计第五步软件配置设计第六步配置设计的功能说明MPC硬件配置表（低端）配置设计说明（一）：这种配置算是很低端了，但是也高于书上的MPC 4.0标准。
3000多一点就能买到。
这个配置能支持CD DVD的读取与刻录，麦克风音频的输入。
硬件上能支持硬解高清，cpu也能支持一般的视频编辑，而文字，图片，音频文件编辑更不在话下。
由于是低端就没考虑扫描仪，电视卡之类的设备。
多媒体的获取重要靠互联网。
MPC软件配置表(低端)配置设计说明（二）：主要考虑易用性，注重于多媒体文件的回放和软件的执行流畅度，编辑功能不强。
MPC硬件配置表(高端)配置设计说明（三）：在满足多媒体信息的一般处理能力的基础上，能够支持超级动画、电视电影特技处理；突出支持多媒体信息的处理速度和；突出支持多媒体信息时显示的层次感支持快速处理多媒体信息时的动能供给；突出支持处理多媒体信息是的良好散热性。
MPC软件配置表(高端)配置设计说明（四）：为处理各种多媒体对象提供较全面、完整的功能；为处理后的各种多媒体结果提供尽可能完美的展现平台。
设计者：实验二PowerPoint 处理多媒体姓名：学号：实验时间：成绩：一、实验目的：合理地在幻灯片中插入和播放动画和多媒体视频文件，通过训练掌握PowerPoint XP处理动画和视频方面的几项基本技术。
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量化
❖ 模拟信号数字化中的量化： 在实际中，信号的波形都是典型的连续幅度
和连续时间，因此模数（A/D）变换用来产生波 形的离散表示形式。经过抽样后的样值在幅度上 仍然是连续的，幅度量化过程是用来把可能的幅 度数目限制到有限个数目。由于幅度量化在很大 程度上决定了系统总失真，以及把波形传送到接 收端所必需的比特率。因此，量化是数字通信中
SNR(dB)
10 log10
2 s 2 q
10 log10
b a2
12
12 2
❖ 输入 x 与输出 y 之间的误差是量 化过程中所固有 的，称为量化误 差。
❖ 量化误差 (噪声） 是数字小信号失 真的主要来源。
❖ 量化处理是多个 对一个的处理过 程，是个不可逆 过程，有信息丢 失，或者说，会 产生量化噪声。
❖ 不同于信道噪声或热噪声，量化噪声不是随机 引入的，一般说来，它与被量化的信号相关。
❖标量量化又可分为: 均匀量化、非均匀量化和自 适应量化
aM
qM qM-
1
qk
量化值
q2 q1
qa0L
…
…
mM 限幅区 dM-1
均匀量化
uo(
v) 5
m
4
qk
k
3
…
dk+1
2
v
dk
1
…
正常量化区
d2 判决电平 d1 d0
限幅区
0 -5
e(v) -1-2-3--210124-5
-4
-4 5
-4 5
–3 –3
多媒体技术基础
四川大学 计算机学院 陈虎
huchen@
复习
fs≥2fH
Ms(f)
低通信号的抽样定理：
-2 f s
…
- f s -fH 0 fH
fs
f 2fs
fs-fH fs+fH
M'(f)
-fH 0 fH
fs<2fH
Ms(f)
…
-2fs -fs
0 fs fs-fH
M'(f)
f
…
-5
e(v)
1
量化误差 0
-1
均匀量化
限幅区
aM
v 2
t
aL
v 2
v
2
t
均匀量化
均匀量化的数学表示
量化间隔： v aM aL M
量化区间端点：
di aL i v i = 0, 1, …, M
若量化输出电平qi取为量化间隔的中点，则
qi
di
di1 2
,
i 1, 2,..., M
量化误差
yi — —量化电平 i 1,2,, L xi — —判决电平 i 1,2,, L
Ri — —输入电平x的第i个区间，即，xi1 x xi i 1,2,, L 或者 Ri x R; Qx yi
量化
量化过程
q6
d5
q5
d4
q4
d3
T
q3
d2 q2
•
d1 q1
信号实际值
•
信号量化值
关键的过程。
量化
❖ 量化在多媒体领域常有两种用途
▪ 一是将模拟信号转变成数字信号，以便于随后进行数 字处理，一般采用线性量化器，量化区间均匀划分， 以区间的中间值做量化输出值。
▪ 另一种用途是数据压缩，如在 DPCM 系统中对预测误 差的量化，这种场合常用不均匀量化。
❖ 量化类型 ▪ 标量 (Scalar) 量化：对每一个样值做独立的量 化。 ▪ 矢量 (Vector) 量化：由 K 个样值构成 K 维空间 的一个矢量，然后对其进行一次性量化。
颗粒失真和过载失真
❖ 平均颗粒失真：
Dgran
2 q
E
x y2
L
i1
xi xi 1
x yi
2p
x
L
dx
i1
2
ai
a i 1
x
i
1 2
a
p( x)dx
L
i1
i
i 1
x
i
2
1 2
p( x)dx
L i1
i (i1)
xLeabharlann 2i212
b
1
a
dx
2 12
2fs
f
fs+fH
一个频带限制在0~ fH内的低通
信号m(t)，如果抽样频率fs ≥ 2 fH，则
可以由抽样序列无失真地重建原始 信号m(t) 。
fs=2fH
Ms(f)
…
-2 f s - f s -fH 0 fH fs M'(f)
…
f 2fs
f -fH 0 fH
f -fH 0 fH
抽样频率fs对频谱Ms(f)的影响
❖ 度量量化误差时，首先需要一个衡量的标准， 比如，均方误差准则（MSE）、绝对值误差准 则等。我们下面的讨论都基于广泛使用的均方 误差准则。
均匀量化
均匀量化的平均信号量噪比
▼ 量化噪声功率的平均值Nq ：
Nq E[(mk mq )2 ]
(m aM
aL
k
mq )2
f (mk )dmk
量化
❖ 量化实质上可以看作是一个映射的过程。将所有
取值落在 Ri 范围内的输入信号映射到一点 yi 上。
x
Q(x)
yk
R : •x0▲ •x1
C : y1
xi 1
•▲
•xi
yi
• ▲ •xL
x
yL
随机变量 x 的映射变换
Q : R C R Ri , i 1,..., L C yi , i 1,..., L
M i 1
mi mi 1
(mk
qi )2
f
(mk )dmk
▼ 信号mk的平均功率：
S0 E(mk 2 )
b a
mk
2
f
(mk
)dmk
颗粒失真和过载失真
❖颗粒失真（Granular Noise）：
均匀量化误差与输入信号的关系如图。处在均匀量化范围 内的量化误差大小为 [-0.5△, +0.5△]，称之为颗粒失真，或 者颗粒噪声，表示为 Dgran
•
•
量化误差
m(t) •
m(6T)
mq(6T)
2T 3T 4T 5T 6T 7T t
•
• － 信号实际值 － 信号量化值
mq (kT ) qi , di1 m(kT ) di
量化
❖ 量化器的设计要求，通常设计量化器有下述两种 情况： ▪ 给定量化分层级数 L，满足量化误差 D 最小。 ▪ 限定量化误差 D，确定分层级数 L，满足以尽 量小的平均比特数，表示量化输出，即码率 R 最小。
代入 b a , L 2R
L
得
Dgran
2 12
(b a)2 12L2
(b a)2 12
22R
x Q x
颗粒失真和过载失真
❖若输入信号 x 先经过归一化处理，使其范围在 x∈[0,1] ，即 b-a =1 ，则上面等式成为：
D 1 22R 12
❖ 信噪比为：
2 s
b a2
12
-2 -1 0 1
量化特性
-2 -1 0 1
量化误差
2 3 ui (v) 2 3 ui (v)
u(v)
aM
5
4
3
2
1
信号幅度在 0 [aL,aM]之间 -1
-2
-3
-4
aL
-5
e(v)
1
量化误差 0
-1
均匀量化
正常量化区
t
v
2 t
u(v)
aM
5
4
3
2
1
信号幅度进 0 入限幅区 -1
-2
-3
-4
aL