多媒体数据表示一
《多媒体技术》 第二讲 多媒体数据压缩技术(第1—2节)课堂笔记及练习题
多媒体技术第二讲多媒体数据压缩技术（第1—2节）课堂笔记及练习题主题：第二讲多媒体数据压缩技术（第1—2节）学习时间： 4月4日--4月10日内容：第二讲多媒体数据压缩技术第一节多媒体数据和信息转换一、多媒体间的信息转换为了便于交流信息，需要对不同的媒体信息进行转换。
下表是部分媒体之间说明：＊易＊＊较困难＊＊＊很困难二、多媒体数据文件格式多媒体文件的格式很多，下表介绍常用文件格式的特点和应用场合。
三、多媒体数据的信息冗余多媒体计算机系统主要采用数字化方式，对声音、文字、图形、图像、视频等媒体进行处理。
数字化处理的主要问题是巨大的数据量。
一般来说，多媒体数据中存在以下种类的数据冗余：1）空间冗余：一些相关性的成像结构在数字化图像中就表现为空间冗余。
2）时间冗余：两幅相邻的图像之间有较大的相关性，这反映为时间冗余。
3）信息熵冗余（编码冗余）：信息熵是指一组数据所携带的信息量。
如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余。
4）结构冗余：有些图像从大域上看存在着非常强的纹理结构，例如布纹图像和草席图像，我们说它们在结构上存在冗余。
5）知识冗余：有许多图像的理解与某些基础知识有较大的相关性。
这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，我们称此类冗余为知识冗余。
6）视觉冗余：人类视觉系统对于图像场的任何变化，并不是都能感知的。
这类冗余我们称为视觉冗余。
7）其他冗余：例如由图像的空间非定常特性所带来的冗余。
以上所讲的是多媒体数据的信息冗余。
设法去掉信号数据中的冗余，就是数据压缩。
第二节常用的数据压缩技术一、数据压缩编码方法1）根据解码后数据与原始数据是否完全一致来进行分类：① 可逆编码(无失真编码)，如Huffman编码、算术编码、行程长度编码等。
② 不可逆编码(有失真编码)，常用的有变换编码和预测编码。
2）根据压缩的原理进行划分：① 预测编码：它是利用空间中相邻数据的相关性，利用过去和现在出现过的点的数据情况来预测未来点的数据。
《多媒体技术》ppt课件
将数据分散存储在多个节点上，提 高数据可靠性和访问效率。
多媒体数据存储的发展趋势
01
02
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大容量存储
随着数据量的不断增长，多媒 体存储设备将向更大容量、更
高密度方向发展。
高速传输
提高数据传输速率是多媒体存 储技术的重要发展方向，以满
足实时处理和传输的需求。
数据安全
加强数据备份、恢复和加密等 安全措施，保障多媒体数据的
多媒体网络通信的协议与标准
1
常用的多媒体网络通信协议包括RTP、RTCP、 RTSP等。
2
多媒体网络通信标准包括H.323、SIP、WebRTC 等。
3
这些协议和标准规定了多媒体信息在网络中的传 输方式、控制信令、编码格式等。
多媒体网络通信的应用实例
视频会议系统
通过多媒体网络通信实现远程视频会议，支 持多人同时参与。
在线教育系统
利用多媒体网络通信实现远程教育，包括在 线课程、实时互动等。
视频监控系统
通过多媒体网络通信实现远程视频监控，支 持实时查看、录像回放等功能。
社交媒体应用
在社交媒体中，多媒体网络通信被广泛应用 于音视频通话、直播等功能。
06
多媒体技术的应用系统
多媒体会议系统
01
视频会议
支持远程视频会议，实现音视频实 时传输和交互。
文本编辑、排版、检索、翻译等。
图形与图像数据的表示与处理
图形与图像的基本概念 矢量图与位图、分辨率、颜色模型等。
图形与图像的数字化表示 点阵表示法、参数表示法等。
图形与图像的输入与输出
扫描仪、数码相机等输入设备；显示 器、打印机等输出设备。
图形与图像的处理与应用
多媒体信息容量计算
多媒体信息容量计算首先，我们需要确定多媒体数据的类型。
常见的多媒体数据类型包括文字、图像、音频和视频。
不同类型的数据所需的存储空间是不同的。
对于文字数据，通常使用字节数来表示其容量。
一个字节可以存储一个英文字母或一个数字字符。
所以，仅考虑文字内容的情况下，1200字的容量为1200个字节。
对于图像数据来说，其容量受到分辨率和编码格式的影响。
常见的图像格式有JPEG、PNG、BMP等。
不同的编码格式对图像进行不同程度的压缩，从而影响数据的容量。
通常情况下，较高的分辨率和较低的压缩率意味着较大的数据容量。
然而，要计算具体的图像数据容量，还需要考虑每个像素所需的位数以及图像的色彩位数。
假设一个像素需要24位（即每个像素由24个bit表示，通常称为24 bit真彩色），则1200个像素的图像需要1200 × 24 bit的存储空间。
对于音频数据来说，其容量受到采样率、位深度和通道数的影响。
常见的音频格式有MP3、WAV、AAC等。
不同的音频格式对音频进行不同程度的压缩，从而影响数据的容量。
通常情况下，较高的采样率和位深度意味着较大的数据容量。
假设音频的采样率为44.1kHz，位深度为16bit，单声道，则1200字的音频数据容量为1200 × 44.1kHz × 16bit。
对于视频数据来说，其容量受到分辨率、帧率、编码格式和音频数据的影响。
常见的视频格式有AVI、MP4、MKV等。
不同的视频格式对视频进行不同程度的压缩，从而影响数据的容量。
通常情况下，较高的分辨率和帧率意味着较大的数据容量。
假设视频的分辨率为1920 × 1080，帧率为30fps，使用H.264编码格式，音频数据采用上述的音频格式，则计算视频数据的容量需要考虑每帧图像数据的容量以及音频数据的容量。
假设每帧的图像数据占用的存储空间为1920 × 1080 × 24bit，音频数据占用的存储空间为1200 × 44.1kHz × 16bit，假设一分钟的视频包含30帧，则1200字的视频数据容量为（1920 × 1080 × 24bit + 1200 × 44.1kHz × 16bit) × 30 × 60秒。
多媒体技术资料
1. 多媒体概念、类型、特点：1)多媒体5 种类型：感觉、表示、显示、存储、传输。
2)多媒体：是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音图形、图像、动画和视频等。
3)多媒体技术：是利用计算机对文本、图形图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。
4)多媒体特点：集成性、交互性、实时性，控制性、非线性。
2. 超文本、超媒体：1)超文本：是用超链接的方法，将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文本。
2)超媒体：是一种采用非线性网状结构对块状多媒体信息(包括文本、图像、视频等）进行组织和管理的技术。
3)3超文本系统三个层次：用户接口层-表现层、超文本抽象层-节点和链描述层、数据库层-信息存储层，3. 多媒体通信技术：1)多媒体通信技术：是多媒体技术与通信技术的有机结合，突破了计算机、通信、电视等传统产业间相对独立发展的界限，是计算机、通信和电视领域的一次革命。
2)多媒体通信的服务质量类型：确定型、统计型、尽力型。
4. 移动互联网：1)移动互联网是指利用互联网提供的技术、平台、应用以及商业模式，与移动通信技术相结合并用于实践活动的统称。
2)移动互联网特点：便携性、移动性、无线性、应用丰富性及免费性。
5. 身份认证技术：1)基于智能卡的认证技术：非加密存储器卡加密存储器卡、CPU卡2)基于生物特征识别的认证技术：指纹识别、语音声纹识别、视网膜图样识别、虹膜图样识别、脸型识别.6. 多媒体数据压缩：1)图像数据冗余类型：空间冗余、时间冗余，结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余。
2)无损压缩技术：霍夫曼编码、算数编码、行程编码、字典编码。
3)有损压缩技术：预测编码、变换编码、分形编码、基手模型编码、其他编码。
7. 人机交互技术：1)人机交互技术：包括用户向计算机输入信息以及计算机输出信息给用户的过程。
大学计算机基础1.5 多媒体信息表示
多样性
多媒体强调的是信息媒体的多样化和媒体处理方式的多 样化 ，它将文字、声音、图形、图像、甚至视频集成 进了计算机 ，使得信息的表现有声有色，图文并茂 。
交互性
指任何计算机能“对话”，以便进行人工干预控制。交 互性是多媒体技术的关键特征，也就是可与使用者作交 互性沟通的特征，这也正是它与传统媒体最大的不同。
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集成性
计算机、声像、通信技术合为一体 多种媒体如文本、声音、图形、图像、视频等信息有机 的组织在一起，共同表达一个完整的多媒体信息 指多媒体中各个多媒体信息都以数字形式存放在计算机 中。 声音、图像是与时间密切相关的，这就决定了多媒体技 术必须要支持实时处理。
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数字化
实时性
1.5.2 多媒体信息的数字化
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采 样
量 化
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声音文件 Wave格式文件.WAV：记录了真实声音的二进制 采样数据，通常文件较大。 MIDI格式文件.MID：数字音乐的国际标准. 记录的 是音符数字，文件小。 AIF格式文件.AIF：苹果公司开发。 MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3 /.MP4 ）: 采 用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。 VOICE文件.voc：Creative公司开发。
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有损压缩
有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构后的 数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料 表达的信息造成误解。 有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全 相同的场合。 例如，图像和声音的压缩就可以采用有损压缩，因为 其中包含的数据往往多于我们的视觉系统和听觉系统 所能接收的信息，丢掉一些数据而不至于对声音或者 图像所表达的意思产生误解，但可大大提高压缩比。 一些常用的有损压缩算法：JPEG、MPEG。
多媒体技术的基本概念
多媒体技术的基本概念多媒体技术是指利用计算机技术对文字、图像、声音、视频等多种媒体进行综合处理和传输的技术。
它是信息技术领域的一个重要分支，涉及计算机图形学、计算机视觉、音频处理、视频处理、人机交互等多个领域。
随着计算机和网络技术的迅速发展，多媒体技术在各个领域都发挥着重要作用，包括娱乐、教育、医疗、广告、设计等。
多媒体技术的基本概念包括以下几个方面：一、多媒体技术的基本特点1.综合性：多媒体技术可以对文字、图像、声音、视频等多种媒体进行综合处理和展示，实现信息的多层次传达和沟通。
2.交互性：多媒体技术可以实现用户与系统之间的双向交互，用户可以通过多种方式对信息进行获取、处理和反馈。
3.实时性：多媒体技术可以实现实时的图像处理、音频处理和视频播放等功能，满足人们对实时信息的需求。
4.数字化：多媒体技术将各种媒体的信息数字化表示，便于计算机进行处理和传输。
5.集成性：多媒体技术可以将不同类型的媒体元素进行集成，实现丰富的展示效果和信息呈现方式。
二、多媒体技术的应用领域1.娱乐领域：多媒体技术在游戏、动画、影视制作等娱乐领域有着广泛的应用，可以为用户提供沉浸式的娱乐体验。
2.教育领域：多媒体技术可以为教学提供多样化的教学资源和教学方式，丰富课堂教学内容，提高学习效果。
3.医疗领域：多媒体技术可以应用在医疗影像诊断、手术模拟、远程医疗等方面，提高医疗服务水平。
4.广告与宣传领域：多媒体技术可以为广告和宣传提供丰富的表现形式和传播渠道，吸引受众的注意力。
5.设计与制造领域：多媒体技术可以应用在工业设计、虚拟现实、数字化制造等方面，提高产品设计和制造的效率。
三、多媒体技术的关键技术和方法1.图像处理技术：包括图像获取、图像处理、图像分析、图像压缩等技术，用于对图像进行处理和展示。
2.音频处理技术：包括声音的录制、混音、剪辑、压缩、回放等技术，用于对声音进行处理和播放。
3.视频处理技术：包括视频的采集、编码、解码、处理、播放等技术，用于对视频进行处理和展示。
(计算机基础知识)多媒体数据的编码与处理
(计算机基础知识)多媒体数据的编码与处理多媒体数据的编码与处理多媒体数据的编码与处理是计算机基础知识中的重要一环。
随着科技的不断发展，多媒体应用越来越普及，对于多媒体数据的处理变得越来越关键，它涉及到视频、音频、图像等各种形式的数据处理。
本文将对多媒体数据的编码与处理进行探讨。
一、多媒体数据的编码原理多媒体数据的编码是将原始的音频、视频和图像等信号转化为数字化的数据形式，以便计算机可以对其进行处理和传输。
在编码过程中，首先需要对原始信号进行采样，然后利用数字信号处理的方法，将采样到的数据转化为二进制形式，最后进行压缩编码。
1. 音频数据的编码在音频数据的编码中，最常用的方法是脉冲编码调制（PCM），它将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
PCM通过对音频信号进行采样和量化，并使用不同的编码方式来表示不同的量化值，实现了音频数据的数字化。
2. 视频数据的编码视频数据的编码一般使用压缩编码技术，最为常见的是基于帧间压缩的视频编码标准，如MPEG系列。
这种编码方式首先对视频信号进行分解，将图像分解为一系列连续的帧，并通过对帧间差异进行压缩来减小数据量，从而实现视频数据的高效编码和传输。
3. 图像数据的编码对于图像数据的编码，最经典的方法是基于离散余弦变换（DCT）的JPEG编码。
JPEG编码将图像分割为8x8或16x16的小块，然后对每个小块进行DCT变换，并利用量化和熵编码来压缩图像数据，以减小文件大小，并实现高质量的图像显示和传输。
二、多媒体数据的处理方法多媒体数据的处理是对编码后的数据进行解码、编辑、处理和显示等操作，以满足不同应用需求。
以下是几种常见的多媒体数据处理方法：1. 数据解码在多媒体播放过程中，首先需要对编码后的数据进行解码。
解码过程是将压缩编码的数据还原为原始的音频、视频或图像数据的过程。
根据不同的编码方式，需要选择相应的解码算法和解码器进行解码处理。
2. 数据编辑多媒体数据的编辑是在完成解码后，对数据进行剪辑、合并、分割等操作，以满足用户对多媒体内容的需求。
大学计算机数据在计算机中的表示(含媒体数据)
视频数据由连续的图像帧组成，采用类似图像编码的方式 进行表示。常见的视频编码格式有H.264、H.265等。
音视频处理
音视频处理包括音频编辑、音效处理、视频剪辑等操作。 常见的音视频处理软件有Audacity、Adobe Premiere等， 它们提供了丰富的音视频编辑和处理功能。
05
数据压缩技术
大学计算机数据在计 算机中的表示(含媒
体数据)
目录
• 计算机数据概述 • 数值型数据的表示 • 非数值型数据的表示 • 媒体数据的表示 • 数据压缩技术 • 数据加密与安全技术
01
计算机数据概述
数据与信息的概念
数据
数据是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系的抽象表示，是计算机程序 加工的原料。数据可以是连续的值，比如声音、图像，称为模拟数据。也可以 是离散的，如符号、文字，称为数字数据。
03
非数值型数据的表示
字符的编码与表示
ASCII码
使用7位二进制数表示一个字符，共128个字符，包括英文字母、 数字、标点符号等。
Unicode编码
统一码，使用16位或32位二进制数表示一个字符，可以表示世 界上几乎所有的字符。
UTF-8编码
可变长编码，用1到4个字节表示一个字符，与ASCII码兼容，广 泛应用于网页和网络数据传输。
按表现形式分类
计算机数据可分为数字数据和模拟数据。数字数据是离散的 ，可以表示为二进制数。模拟数据是连续的，可以表示为连 续的电压或电流等模拟信号。
数据在计算机中的表示方法
数值型数据的表示
计算机内部的数值型数据均采用二进制数表示，包括定点数和浮点数两种表示方 法。定点数表示法将数值的整数部分和小数部分分别用固定的位数来表示。浮点 数表示法类似于科学计数法，用阶码和尾数来表示一个数。
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多媒体数据表示一
在计算机中所处理的对象除了数值和字符以外还包含大量的图形、图像、声音和视频等多媒体数据。
要使计算机能够处理这些多媒体数据必须先将它们转换成二进制信息。
1．图形和静态图像
图形（Grahics）是指从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图也称矢量图。
矢量图形的格式是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合通过读取这些指令并将其转换为屏幕上所显示的形状和颜色而生成图形的软件通常称为绘图程序。
静止的图像（Image）是一个矩阵其素代表空间的一个点称之为像素点这种图像也称位图。
位图图像适合于表现层次和色彩比较丰富、包含大量细节的图像。
彩色图像需由硬件（显示卡）合成显示。
由像素矩阵组成的图像可用画位图的软件（如Windows的画图）获得也可用彩色扫描仪扫描照片或来获得还可用摄像机、数码相机拍摄或帧捕捉设备获得数字化帧画面。
对图像文件可以进行改变图像尺寸、对图像进行修改、调节调色板等处理。
还可用相应的图形软件对图像做各种各样的设置力求达到较好的效果。
图形文件的格式是计算机存储这幅图的方式与压缩方法要针对不同的程序和使用目的来选择格式不同图形处理程序也有各自内部格式。
常见的图形文件格式有：
（1）BM文件。
BM是Windows系统下最常用的图像格式之一该格式图像文件不损失原始图像的任何信息是原始图像的最真实再现故一般用于原始图像的无失真保存但文件尺寸比较大。
（2）TIFF（TIF）文件。
TIFF是一种复杂、灵活、全面的图像格式。
TIFF也不损失原始图像的信息适合于跨平台使用。
TIFF图像格式是印刷中最常用的图像格式之一它能够保存各种图像特效处理的效果。
（3）JG文件。
采用JEG有损压缩方法存储的文件。
JG图像格式具有最优越的压缩性能是Internet中的主流图像格式。
但它是以牺牲一部分的图像数据来达到较高的压缩率故印刷用的图像不宜采用此格式。
（4）GIF文件。
GIF格式的图像文件是通用的图像格式是一种压缩的8位图像文件。
正因为它是经过压缩的而且又是8位的所以这种格式是络传输使用最频繁的文件格式速度要比传输其他格式的图像文件快得多。
（5）NG文件。
NG是一种优秀的页设计用图像格式。
它继承了GIF与JG 图像格式的主要优点以数据流的形式保存图像将图像数据压缩到了极限但却保存了所有与图像品质有关的信息适合于络传输。
所以NG是页图像的最佳选择。
（6）CX文件。
CX图像格式是由Zsoft公司在20世纪80年
代初期设计的专用于存储该公司开发的C aintbrush绘图软件所生成的图像画面数据。
CX是最早支持彩色图像的一种文件格式目前已成为较为流行的
图像文件格式。
（7）WM文件。
WM是一种矢量图形格式Word中内部存储的或绘制的图形对象属于这种格式。
无论放大还是缩小图形的清晰度不变WMF是一种清晰简洁的文件格式。
（8）SD、DD文件。
它们是hotosho专用的图像文件格式。
（9）ES文件。
CorelDraw、FreeHand等软件均支持ES格式它属于矢量图格式输出质量非常高可用于绘图和排版。
（10）TGA文件。
TGA是由TrueVision公司设计可支持任意大小的图像。
专业图形用户经常使用TGA点阵格式保存具有真实感的三维有光源图像。
2．音频
音频（Audio）除包括音乐、语音外还包括各种音响效果。
将音频信号集成到多媒体中可提其他任何媒体不能取代的效果不仅烘托气氛而且增加活力。
通常声音用一种模拟的连续波形表示。
通过采样可将声音的模拟信号数字化即在捕捉声音时要以固定的时间间隔对波形进行离散采样。
这个过程将产生波形的振幅值以后这些值可重新生成原始波形。
采样后的声音以文件方式存储后就可以进行声音处理了。
对声音的处理主要是声音、存储声音和不同格式声音之间的转换。
计算机音频技术主要包括声音采集、无失真数字化、压缩/解压缩及声音的播放。
常见的声音文件格式有：
（1）WAV格式。
WAV文件也称为波形文件是Microsoft公司开发的一种声音文件格式被Windows系统及其应用程序所广泛支持。
它依照声音的波形
进行储存因此要占用较大的存储空间。
（2）WMA（Windows Media Audio）格式。
WMA 是Microsoft公司定义的一种流式声音格式。
采用WMA格式压缩的声音文件比起由相同文件转化而来的M3文件要小得多但在音质上却毫不逊色。
（3）M3格式。
M3即MEG Audio Layer 3的缩写是人们比较熟知的一种数字音频格式。
M3具有很高的压缩率是目前便携音乐播放器支持的最常见的一种音乐格式。
（4）RA（Real Audio）格式。
RA是Real Network公司推出的一种流式声音格式。
这是一种在络上很常见的音频文件格式但是为了确保在络上传输的效率在压缩时声音质量损失较大。
（5）MID格式。
MID是通过数字化乐器接口（Musical Instrument Digital InterfaceMIDI）输入的声音文件的扩展名这种文件只是像记乐谱一样地记录下演奏的符号所以其体积是所有音频格式中最小的。
3．视频与动画
视频（Video）是图像数据的一种若干有联系的图像数据连续播放便形成了视频。
视频容易让人想到电视但
电视视频是模拟信号计算机视频是数字信号。
计算机视频图像可来自录像机、摄像机等视频信号源的影像这些视频图像使多媒体应用系统表现力更强。
动画（Animation）与视频一样也与运动着的图像有关它们的实现原理是一样的两者的不同在于视频是对已有的模拟信号进行数字化的采集形成数字视频信号其内容通常是真实事件的再现而动画里的场景和各帧运动画面的生成一般都是在计算机里绘制而成的。
常见的视频与动画文件格式有：
（1）AVI格式。
AVI（Audio Video Interleaved）叫做音视频交错格式就是可以将视频和音频交织在一起进行同步播放。
它对视频文件采用有损压缩方式压缩比较高是目前比较流行的视频文件格式。
（2）MOV格式。
MOV文件格式是美国Ale公司在Quick Time for Windows 视频处理软件所选用的视频文件格式具有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度。
（3）MG文件。
C机上全屏幕活动视频的标准文件为MG格式文件。
它是使用MEG方法进行压缩的全运动视频图像。
目前许多视频处理软件都能支持该格式如超级解霸软件。
（4）DAT文件。
DAT文件是VCD数据文件的格式也是基于MEG压缩方法的一种文件格式。
（5）ASF格式。
ASF（Advanced Streaming Format）即高级流格式是Microsoft 公司推出的一种可以直接在Internet上观看的视频文件格式。
由于它使用了MEG-4的压缩算法所以压缩率和图像的质量都不错。
（6）WMV 格式。
WMV（Windows Media Video）也是Microsoft公司推出的一种流媒体格式从ASF格式升级延伸而来。
在同等视频质量下WMV格式的体积非常小因此很适合在上播放和传输。
（7）RM格式。
RM（Real Media）格式是由Real Networks公司开发的一种能够在低速率的上实时传输的流媒体文件格式可以根据络数据传输速率的不同制定不同的压缩比率从而实现在低速率的广域上进行影像数据的实时传送和实时播放。
（8）SWF格式。
SWF格式是Flash的动画文件。
Flash是Micromedia公司推出的一种动画制作软件它制作出一种后缀名为.swf的动画这种格式的动画能用比较小的体积来表现丰富的多媒体形式并且可以嵌入到页中。