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目录
实验一 了解多媒体知识以及软件工具 1
实验二 声音信号的获取与处理 7
实验三 压缩技术实践 13
实验四 多媒体作品制作实践 20

实验一 了解多媒体知识以及软件工具
一、 实验目的与要求
进一步详细了解多媒体技术的发展历史和产生的环境, 了解Windows提供的多媒体工具的作用以及基本原理, 了解素材制作软件和平台软件的种类和特点, 掌握Windows提供的多种多媒体工具的简单使用方法。经过实验, 使学生巩固概念, 加深理解, 掌握必要的知识。
二、 实验环境
”画图”工具( Windows内含)
”录音机”软件( Windows内含)
Windows Media Player媒体播放机( Windows内含)
三、 实验相关知识
1．多媒体技术的发展与产生的环境。
2．什么是多媒体技术, 什么是素材制作软件和平台软件。
3．认识和了解各种多媒体数据的存储介质。
4．认识各种多媒体对象, 如图像、 动画、 音频、 视频等。
5．了解多媒体技术的各种应用领域及其发展概况。
6．如何制作多媒体产品。
四、 实验内容与步骤
1．实验内容
( 1) 在国际互联网上检索和浏览多媒体技术的发展历史和产生的环境。并留心观察互联网的网页上众多的多媒体表现手段, 例如动态文字、 动画、 声音以及视频播放内容。
( 2) 在实验环境或计算机房的计算机界面上, 观察各种素材制作软件和平台软件的图标以及文件名称。常见的软件如: 图像处理类有Adobe Photoshop 6.0、 ACDSee 32、 画图、 IconCool Editor; 音频处理类有Easy CD-DA Extractor、 GoldWave 4.26、 Windows Media Player、 CD播放器、 录音机; 动画制作类有WinImages_morph、 Flash6.0.exe、 GIF Construction Set 32、 Adobe Premiere 6.0; 平台软件类有Authorware 6、 AutoPlay Menu Studio 3.0等。
( 3) 使用Windows提供的”画图”工具, 进行改变图像尺寸、 添加文字、 以多种格式保存图像文件等操作。
操作步骤:
1) 打开画图工具。在Windows桌面上选择”开始/程序/附件/画图”菜单, 打开画图工具。
窗口顶部是一组菜单, 用于对文件进行操作、 编辑等。左侧是画图工具盒, 用于画图。画图区如同白纸, 用于画各种图像或显示图片。窗口底部是前景/背景色的显示区和调色板, 前景色是画笔颜色, 用于作画; 背景色是底色。需要改变颜色时, 用鼠标左键单击调色板中的某个颜色, 可改变前景色; 用鼠标右键单击调色板中的某个颜色, 可改变背景色。窗口最后一行是提示栏, 用于显示提示信息。
2) 打开图像文件。选择”文件/打开”菜单, 从自己搜集的素材库中选择一个图像文件, 如”桌面01.bmp”。
注意: 如果选择的文件尺寸很大, 要想全部显示该文件, 可把画图工具的窗口尺寸调整得大一些。
3) 改变图像的尺寸。选择”图像/拉伸/扭曲”菜单, 显示”拉伸和扭曲”画面。在该画面的水平和垂直两个输入框中分别输入数值, 例如40( 意思是把图像缩小到原图的40%) 。
单击”确定”按钮后, 画图工具窗口中的图像被缩小。
4) 添加文字。单击文字按钮, 用鼠标左键在图像上画出一个文字书写区域, 然后输入文字。
文字背景如果带有底色, 单击透明属性按钮即可消除。
把鼠标对准并拖动文字输入框, 即可移动文字的位置。最后单击文字输入框以外区域, 结束文字操作。
5) 保存。选择”文件/另存为”菜单, 显示”另存为”画面。在”保存类型”框中, 依次进行如下操作:
l 选择”24位位图”类型, 文件取名为: type-24b, 单击”保存”按钮。
l 选择”256色位图”类型, 文件取名为: type-256, 单击”保存”按钮。
l 选择”16色位图”类型, 文件取名为: type-16, 单击”保存”按钮。
当选择”256色位图”和”16色位图”类型保存时, 显示”保存为这种格式可能会丢失某些颜色信息。是否还要继续? ”提示信息。此时单击”是”按钮, 保存图像。
6) 选择”文件/退出”菜单, 退出画图工具。
( 4) 使用Windows提供的”录音机”工具, 进行声音文件的简单加工。
”录音机”工具具有播放声音、 剪裁声音、 转换声音采样频率和声道形式等功能, 使用简单方便。
操作步骤如下:
1) 打开”录音机”工具。选择”开始/程序/附件/娱乐/录音机”菜单, 启动”录音机”。
2) 打开声音文件。选择”文件/打开”菜单, 在自己的素材库中选择一个声音文件, 如”音乐01.wav”, 单击”打开”按钮。
3) 单击”播放”按钮聆听。
4) 截取声音片断。单击”播放”按钮, 仔细聆听音乐。当播放到截取点时, 单击”停止”按钮, 停止播放声音。选择”编辑”菜单, 选择”删除当前位置之前的内容”选项, 随后显示询问信息, 单击”确定”按钮, 截取点之前的声音被删除。
单击”播放”按钮, 继续聆听声音, 到另一个截取点时, 单击”停止”按钮。再次选择”编辑”菜单, 从中选择”删除当前位置之后的内容”选项, 当显示询问信息时, 单击”确定”按钮, 截取点之后的声音被删除。
这样, 录音机中只留下需要的声音片断。
5) 改变声音的属性。声音的属性包括采样频率和声道形式等。一般情况下, 改变声音属性的目的是为了减少数据量, 减少存储空间, 这个问题在制作多媒体产品时显得很突出。
选择”文件/属性”菜单, 显示声音的详细资料。画面中显示了该声音文件的版权、 长度、 数据大小和音频格式。当改变音频格式时, 其声音的数据量会发生变化。
单击”开始转换”按钮, 显示格式转换画面。单击”属性”栏, 从中选择一种属性, 例如”11025Hz, 8位, 单声11KB/s”, 然后单击”确定”按钮。稍候片刻, 声音的属性被改变, 自动返回到”详细资料”画面, 单击”确定”按钮。
改变了声音的属性后, 单击”播放”按钮, 听到的声音和原来的声音有些差异。当选择的属性低于原来属性时, 数据量减少了, 但音质也会降低。
6) 保存。选择”文件/另存为”菜单, 指定保存地点和文件名”my_audio.wav”, 单击”保存”按钮, 编辑加工过的声音文件被保存起来。
7) 选择”文件/退出”菜单, 退出”录音机”工具。
( 5) 利用Windows提供的Windows Media Player( 媒体播放机) 播放媒体文件。
媒体播放机可播放视频、 声音等媒体形式。在设计、 制作多媒体产品时, 常见媒体播放机确认各种媒体形式是否正确, 是否符合要求, 有时还用于确定时间的长短。
操作步骤如下:
1) 启动媒体播放机。选择”开始/程序/附件/娱乐/Windows Media Player”菜单, 显示媒体播放机的主画面。
2) 打开媒体文件。选择”文件/打开”菜单, 显示打开文件画面。在该画面中, 单击”浏览”按钮, 然后指定一个媒体文件, 例如”音乐02.wav”。该文件一旦被打开, 立即自动播放。
3) 调整与播放有关的控制参数。选择”查看/选项”菜单, 显示”选项”画面。从画面看出, 一共有五个功能卡片, 当前是”播放”卡片。
在”播放”卡片中, 用鼠标移动”音量”滑块, 调整媒体播放器使用的默认音量。移动”平衡”滑块, 调整立体声的声道平衡。
根据需要, 确定与播放有关的参数。例如播放的次数、 是否始终重复、 播完后是否快退。
在视频缩放选择框中, 可选择”50%”、 ”100%”、 ”200%”或”自定义”播放尺寸。
4) 查看并设置播放的媒体文件种类。媒体播放机能够播放很多格式的媒体文件, 一般不需要特别的指定。可是, 如果关心到底有哪些文件能够播放, 可在”选项”画面中选择”格式”卡片, 就能看到众多的媒体文件清单。
观察”格式”卡片画面, ”有效格式”栏中列出了一系列能够播放的文件格式, 经过移动右侧的滑块, 能够看到全部媒体文件格式。每个文件格式都处于”√”状态, 表示媒体播放机能够播放这些文件。
如果不希望使用媒体播放机播放某个格式的媒体文件, 可单击该文件前面的”√”, 使之消失。这样, 媒体播放机就不再播放该格式文件。
操作完毕后, 单击”确定”按钮, 使设置生效, 退出选项画面。
2．操作提示
( 1) 在使用画图工具时, 放大与缩小图形可直接进行。方法是: 用矩形选定工具把图形包围起来, 然后用鼠标左键拖动矩形四角移动, 即可放大与缩小图形。
如果用矩形选定工具把图形包围起来, 然后按下<Ctrl>键, 用鼠标移动图形, 即可复制图形。若复制的图形带有底色, 单击工具盒中的透明属性按钮, 然后再操作即可。
( 2) 使用录音机时, 除了聆听声音和剪裁以外, 还可为声音添加效果, 例如加速、 减速、 添加回音、 反转。方法是: 打开一个声音文件, 选择”效果”菜单, 从中选择一种效果, 例如”加速”, 单击”播放”按钮, 可听到非常快的声音。
( 3) 媒体播放机在播放媒体文件时, 一般以关联的形式工作, 即: 在文件清单中用鼠标双击某个媒体文件, 会自动启动媒体播放机播放。可是, 当计算机系统中安装了其它形式的播放器后, 有可能中断媒体播放机和媒体文件之间的关联, 而改为新的关联。这时, 只有先启动媒体播放机, 然后再打开媒体文件进行播放。
五、 思考题
1．利用Windows的”资源管理器”观察”type-24b””type-256””type-16”三个文件, 比较其数据量之间存在的差异, 思考为什么会产生这种现象。
2．当使用”录音机”改变音频格式时, 其声音的数据量会发生变化, 这时的音质会发生变化吗?
3．”关联”的具体含义是什么? 如果媒体播放机与媒体文件之间的关联被中断后, 怎样重新建立起来?
六、 实验报告要求
1．简述实验目的和要求。
2．简述实验相关基础知识。
3．详细叙述实验内容, 按要求写出实验步骤。
4．回答思考题。

实验二 声音信号的获取与处理
一、 实验目的与要求
本实验经过麦克风录制一段语音信号作为解说词并保存, 经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作相应处理, 制作出一段完整的带背景音乐的解说词。
二、 实验环境
Windows 录音机 ( Windows内含)
Creative WaveStudio (Creative Sound Blaster系列声卡自带)
Syntrillium Cool Edit (下载网址: )
Intel Pentium 120 CPU或同级100%的兼容处理器
大于16MB的内存
8位以上的DirectX兼容声卡
三、 实验预备知识
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。
数字音频就是将模拟的(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．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。人耳听觉的频率上限在20kHz左右, 根据采样理论, 为了保证声音不失真, 采样频率应在40kHz左右。经常使用的采样频率有11.025kHz、 22.05kHz和44.lkHz等。采样频率越高, 声音失真越小、 音频数据量越大。量化数据位数(也称量化级)是每个采样点能够表示的数据范围, 经常采用的有8位、 12位和16位。例如, 8位量化级表示每个采样点能够表示256个(0-255)不同量化值, 而16位量化级则可表示65536个不同量化值。量化位数越高音质越好, 数据量也越大。反映数字音频质量的另一个因素是通道(或声道)个数。单声道是比较原始的声音复制形式, 每次只能生成一个声波数据。立体声(双声道)技术是每次生成两个声波数据, 并在录制过程中分别分配到两个独立的声道输出, 从而达到了很好的声音定位效果。四声道环绕( 4.1声道) 是为了适应三维音效技术而产生的, 四声道环绕规定了4个发音点: 前左、 前右, 后左、 后右, 并建议增加一个低音音箱, 以加强对低频信号的回放处理。Dolby AC-3音效( 5.1声道) 是由5个全频声道和一个超重低音声道组成的环绕立体声。
在多媒体音频技术中, 存储声音信息的文件有多种格式, 如WAV、 MIDI、 MP3和Rm等等。
( 1) WAV格式
WAV格式的文件又称波形文件, 是用不同的采样率对声音的模拟波形进行采样得到的一系列离散的采样点, 以不同的量化位数( 16位、 32位或64位) 把这些采样点的值转换成二进制数得到的。WAV是数字音频技术中最常见的格式, 它还原的音质较好, 但所需存储空间较大。
( 2) MIDI格式
MIDI是Musical Instrument Digital Interface( 乐器数字接口) 的缩写。它是由世界上主要电子乐器制造厂商建立起来的一个通信标准, 并于1988年正式提交给MIDI制造商协会, 便成为数字音乐的一个国际标准。MIDI标准规定了电子乐器与计算机连接的电缆硬件以及电子乐器之间、 乐器与计算机之间传送数据的通信协议等规范。 MIDI标准使不同厂家生产的电子合成乐器能够互相发送和接收音乐数据。MIDI文件记录的是一系列指令而不是数字化后的波形数据, 因此它占用存储空间比WAV文件要小很多。
( 3) MP3格式
MP3是对MPEG Layer 3的简称, 是当前最热门的音乐文件。其技术采用MPEG Layer 3标准对WAVE音频文件进行压缩而成, 特点是能以较小的比特率、 较大的压缩率达到近乎CD音质。其压缩率可达1: 12, 每分钟CD音乐大约需要1兆字节的磁盘空间。
( 4) Rm格式
Rm是RealMedia文件的简称。
Real Networks公司所制定的音频视频压缩规范称为RealMedia, 是当前在Internet上相当流行的跨平台的客户/服务器结构多媒体应用标准, 它采用音频/视频流和同步回放技术来实现在Intranet上全带宽地提供最优质的多媒体, 同时也能够在Internet上以28.8kb/s的传输速率提供立体声和连续视频。
四、 实验内容与步骤
1．实验内容
( 1) 硬件与软件的准备
当前, 多媒体计算机中的音频处理工作主要借助声卡, 从对声音信息的采集、 编辑加工, 直到声音媒体文件的回放这一整个过程都离不开声卡。声卡在计算机系统中的主要作用是声音文件的处理、 音调的控制、 语音处理和提供MIDI接口功能等。
进行录制音频信号所需的硬件除了声卡, 还有麦克风、 音箱以及外界的音源信号设备( 如CD唱机、 录音机等) , 把麦克风、 音箱、 外界音源信号设备与声卡正确连接完成硬件准备工作。在Windows的【控制面板】/【多媒体】中选择正确的录音和回放设备, 并对其进行调试。
( 2) 用Windows录音机录制解说词
使用Windows录音机录制任意一段语音信号作为解说词, 录制完毕后把文件存为Wav格式, 文件名为【示例2_1】。
( 3) 使用Cool Edit录制背景音乐
使用Cool Edit 录制任意一段语音信号作为背景音乐, 要求录制的声音文件采样频率为44100Hz, 立体声, 量化位数为16位, 保存文件的为WAV格式, 文件名【示例2_2】。
( 4) 使用WaveStudio编辑和处理背景音乐
使用WaveStudio对【示例2_2】先进行回声处理, 【幅度】值为100%, 【回声延迟】为300毫秒。然后进行【淡入】和【淡出】处理, 【幅度】值各为50%。
( 5) 使用Cool Edit进行混音处理
使用Cool Edit的【Mix paste】功能对【示例2_1】和【示例2_2】进行混音处理。把【示例2_2】加入【示例2_1】中去, 编辑成为一个完整的带背景音乐的解说词, 保存为【示例2_3】。
2．示例
( 1) 硬件与软件的准备
要录取声音文件需要的硬件主要有: 声卡、 麦克风, 为了回放所录取的声音还需要配备音箱。
声卡后有几个接口, 标有Midi/Game的梯形接口是接Midi键盘和游戏手柄的, 标有Audio Out的圆口是接音箱的, 标有Mic的圆口是接麦克风的, 标有Line In的圆口是外接音频输入设备的。
在完成了硬件设备的连接后为了使声卡能正常工作还要进行软件的调试。进入Windows, 选择【开始】/【设置】/【控制面板】, 选择【多媒体】。在【多媒体 属性】对话框中选择【音频】选项卡, 在【声音播放】和【录音】的首选设备中选择声卡所对应的输入和输出选项。
为确保麦克风和线性输入能正常使用, 双击位于桌面右下任务栏的喇叭, 打开【播放控制】对话框, 确认话筒和线性输入的【静音】前没有打"√"。
( 2) 用Windows录音机录制解说词
步骤1: 首先准备一份所需录制的材料作为解说词。
步骤2: 执行【开始】/【程序】/【附件】/【娱乐】/【录音机】。打开【录音机】, 单击【录音】按钮开始录音。Windows录音机录制音频文件时一次能录制的时间为60秒, 当录制时间大于60秒后, 按【录音】按钮继续录制。当朗读文章结束后, 单击【停止】按钮结束录音。
步骤3: 执行菜单【文件】/【另存为】命令, 在出现的【另存为】对话框中的【格式】项中单击【更改】按钮。在弹出的【声音选定】对话框中修改【属性】项为【22.05kHz 16位 86KB/s】, 单击【确定】按钮, 返回【另存为】对话框, 选好保存的路径, 文件名为【示例2_1】, 保存类型选Wav。
这样一个完整语音音频文件便保存好了。
( 3) 使用Cool Edit录制背景音乐
背景音乐可由录音机、 CD唱机等输出的模拟音频获取。首先保证外界音源设备与声卡的Line In接口正确相连。
步骤1: 选择【开始】/【程序】/【Cool Edit 】/【Cool Edit 】, 打开Cool Edit 。
步骤2: 单击工具栏的【Record】按钮。
出现【New Waveform】对话框, 分别选择【Sample Rate】为44100, 【Channels】为【Stereo】, 【Resolution】为【16-bits】, 单击【OK】按钮开始录音。
步骤3: 录音结束, 单击工具栏的【Stop】按钮完成录音。
步骤4: 执行【File】/【Save As…】, 打开保存对话框。选择好路径, 文件名为【示例2_2】, 保存类型选【Windows PCM( *.Wav) 】, 单击【保存】按钮完成对音乐文件的录制。
( 4) 使用WaveStudio编辑和处理背景音乐
步骤1: 打开【示例2_2】文件, 执行【特殊】/【回声】, 设置【加入回声】对话框。在【幅度】框中添入100%, 在【回声延迟】框中添入300毫秒, 在【将回声加入】单选按钮中选择【两个通道】。单击【确定】按钮进行处理。
步骤2: 拖动鼠标选取声音波形开头的一部分, 执行【特殊】/【淡入…】, 设置【淡入】对话框。在【幅度】中添入50%, 选择【淡入】单选按钮为【两个通道】, 单击【确定】按钮进行处理。
步骤3: 拖动鼠标选取声音波形结尾的一部分, 执行【特殊】/【淡出…】, 设置【淡出】对话框。在【幅度】中添入50%, 选择【淡出】单选按钮为【两个通道】, 单击【确定】按钮进行处理。
步骤4: 保存文件, 完成编辑。
( 5) 使用Cool Edit进行混音处理
步骤1: 打开【示例2_1】, 执行【Edit】/【Mix paste…】命令, 打开【Mix paste】对话框。
a．在Volume框中, L, R代表左右声道音量, 若为单声道文件, 则只有一个声道音量调节, 若选中【Invert】, 则文件在被粘贴前声音数据将会颠倒。当【Lock left/Right】被选中时, 左右声道调节钮将被锁定, 调节时将一起变化。
b．在合成方式框中, 选定【Insert】, 则被粘贴的文件插入当前文件之中。选定【Overlap】时, 则被粘贴的文件不会取代当前文件中的选定部分, 而是以选定的部分与当前文件叠加。若被粘贴的文件比当前文件的选定部分长, 则超出范围的部分将继续被粘贴。选定【Replace】, 则被粘贴的声音文件将覆盖源文件。选定【Modulate】, 则被粘贴的声音文件与当前文件一起调制, 即将每采样点的幅值相乘混合后输出。激活【Crossfade】的输入时间(ms),则在粘贴前后粘贴的文件有一定的淡入淡出。
c．在选择被粘贴的文件来源框中, 选中【From Clipboard】表示被粘贴的文件来源于剪贴板。【From windows Clipboard】表示被粘贴的文件来源于Windows剪贴板。【From File】表示被粘贴的文件来源于新文件, 单击【Select File…】按钮可选择文件。
d．【Loop Paste】指粘贴文件的次数。
在本实验中, 设置L, R为90, 选中【Overlap】, 设置【Crossfade】值为50, 选中【From File】, 单击【Select File…】按钮选择作为背景音乐的文件【示例2_2】, 设置【Looppast】为1, 单击【OK】按钮完成设置。
步骤2: 处理结束后, 打开【File】/【Save As…】, 选择好路径, 文件名存为【示例2_3】, 单击【保存】, 完成混音处理。
五、 思考题
1．数字音频一般使用的采样率为多少?
2．请举出三种多媒体音频技术中常见的存储声音信息的文件格式。
3．怎样使用WaveStudio进行混音处理?
4．使用WaveStudio混音处理后的声音文件如果出现背景音乐过大或过小的问题, 如何解决此问题?
六、 实验报告要求
1．简述实验目的和要求。
2．简述实验相关基础知识。
3．详细叙述实验内容, 按要求写出实验步骤。
4．回答思考题。

实验三 压缩技术实践
一、 实验目的与要求
掌握压缩软件WINRAR的基本使用。
二、 实验环境
1. 硬件要求
计算机: PⅡ450以上的CPU, 128MB的内存。
2. 软件要求
操作系统: Windows98以上版本, WINRAR3.2以上版本。
三、 实验知识准备
1. 压缩的基本理论
（1） 数据压缩技术是多媒体技术中的关键技术
在多媒体系统中, 由于对视觉、 听觉等类媒体信息进行数字化处理之后得到的数据量是巨大的, 海量信息数据的存储、 显示、 传输及其它处理使用当前的软件、 硬件技术是难以满足要求的, 因而必须对数据进行压缩处理。经过对多媒体数据进行压缩, 能够大幅度地减少多媒体数据的数据量, 从而减少所需要的存储容量, 提高输入、 输出及处理的速度。
所谓数据压缩, 就是以一定的质量损失为容限, 按照某种方法从给定的信源中推出简化的数据表述。它经过减少信号空间的量, 使信号能安排到给定的消息集或样本集中。
（2） 多媒体数据压缩的可能性
从信息论的观点看, 描述信源的数据是信息量( 信息熵) 和信息冗余量之和, 去掉冗余不会减少信息量, 经过处理仍可原样恢复数据, 但若减少了信源熵, 数据则不能完全恢复。不过在允许的范围内损失部分信源熵, 数据能够近似地恢复。多媒体数据之因此能够被压缩就是因为原始信源的多媒体数据中存在着很大的冗余。研究表明, 多媒体数据中主要存在下列6种冗余。
① 空间冗余 在大多数图像中都存在这种冗余。在同一幅图像中, 规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性, 这些相关性在数字化图像中就表现为数据冗余。例如一幅图中的一个积木块的表面彩色均匀, 在这个积木块上的所有点的光强和彩色以及饱和度都是相同的, 因此, 在这个积木块空间范围内的数据表示有很大的冗余。
② 时间冗余 在序列图像( 电视图像、 动态图像) 和语音数据中经常包含这种冗余。图像序列中两幅相邻的图像, 后一幅图像与前一幅图像之间有着较大的相关性, 这反映为时间冗余。在语音中, 人们说话时, 发音过程是一连续和渐变的过程, 而不是一个在时间上完全独立的过程, 因而存在着时间冗余。
③ 结构冗余 有些图像从大域上看, 存在着很强的纹理结构, 例如草席图像等, 这种在结构上存在的冗余, 称为结构冗余。
④ 知识冗余 有许多图像的理解与某些基础知识有相当密切的关联, 例如, 人脸的图像有固定的结构。这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到, 此类冗余称为知识冗余。
⑤ 视觉冗余 人类的视觉系统对于图像场的任何变化, 并不是都能感知的。例如在对于图像编码和解码处理时, 由于压缩或量化截断引入噪声而使图像发生一些变化, 如果这些变化不能为视觉所感知, 仍认为图像是足够好的。这类冗余称为视觉冗余。
⑥ 编码冗余 编码冗余指一组数据所携带的信息量少于数据本身所产生的冗余。信息量是指从N个可能事件中选出一个事件所需要的信息度量或含量。将信源所有可能事件的信息量进行平均, 就得到信息的”熵”, 即平均信息量。
可见, 经过减少多媒体数据中存在的这些冗余, 能够减少多媒体数据的数据量, 而不会同时减少它们的信息量。而且, 在某些情况下, 多媒体数据( 例如图像) 允许有一定的失真, 不妨碍其实际的应用, 这样对它们进行压缩的可能性就更大了。
（3） 多媒体数据压缩的基本要求
对多媒体数据进行压缩处理一般需要研究两个过程: 一是编码过程, 将原始数据经过编码进行压缩, 以便于存储和传输; 另一是解码过程, 对编码后的数据进行解码, 还原为能够使用的数据。对数据进行压缩处理, 一般有下列基本要求:
① 可还原 对多媒体数据进行压缩的目的主要是减少数据量, 便于存储、 传输及处理, 压缩后的数据必须能经过一定的方法还原, 即解压缩, 简称解压。否则, 数据经过压缩以后就完全失去了意义。
② 压缩比高 压缩比是指压缩前的数据与压缩后的数据的比值。压缩比高表明压缩后数据减少得多。从节省存储空间、 减少传输时间以及便于处理的角度看, 希望压缩比愈高愈好, 但一般压缩比越高, 信息损耗量也就越大。
③ 重现精度高 重现精度, 即压缩数据经解压还原后反映原始数据中包含信息的程度。理想的状态是无损压缩, 即数据压缩后再被解压还原后没有任何信息损耗, 例如压缩与解压还原后的图像与原始图像完全相同。无损压缩没有任何失真, 重现精度高, 但无损压缩压缩数据后数据量的减少不明显。有损压缩数据量的减少十分明显, 但信息损耗的程, 即失真的大小有时也会很大, 失真太大将会使解压后的数据变得令人不能接受, 因而必须保证失真足够小, 满足应用的需要。因此, 重现精度的高低要根据实际应用的具体要求确定。
④ 计算成本低 不同的压缩方法, 在压缩与解压缩时, 所需要的计算机存储容量、 计算时间等均有很大的差别, 有些甚至需要使用专门的硬件设备才能实现。从节约成本的角度看, 希望压缩与解压缩时所需的费用愈小愈好。
⑤ 实时性好 实时性好主要指解压缩所需的时间愈短愈好。当然压缩数据时所需的时间也是愈短愈好, 但其实时性要求不如解压时的实时性要求高。这是因为在许多应用中, 多媒体数据只要压缩一次就能够了, 而解压缩可能需要成千上万次, 解压缩不满足一定的实时性要求会使得解压跟不上数据处理的需要。例如把一部60分钟的电影压缩到CD-ROM盘片上, 压缩时间多达十几个小时可能都可接受, 而播放时, 只能在60分钟内播完, 时间长了, 观众无法接受, 因而解压必须尽可能地快。
（4） 多媒体数据压缩方法的分类
数据压缩的分类方法很多, 到当前为止尚未统一。例如, 根据压缩数据时是否产生数据失真能够将数据压缩的方法分为无损压缩和有损压缩两大类。凡是在压缩数据时不产生任何失真的压缩方法均属于无损压缩方法, 用这类方法压缩后, 解压还原的数据与原始数据完全相同。凡是在压缩数据与原始数据相比存在一定的误差, 当然这种误差应该限制在一定的范围内, 才能满足具体应用的要求。
根据压缩数据的原理能够把数据压缩方法分为下面7种:
① 预测编码( Predictive Coding) 根据离散信号之间存在着一定关联性的特点, 利用前面的一个或多个信号对下一个信号进行预测, 然后对实际值与预测值的差, 即预测误差, 进行编码。如果预测比较准确, 那么误差就会很小。这样在同等精度的条件下, 就能够用比较少的比特数进行编码、 达到压缩数据的目的。
② 变换编码( Transform Coding) 先对信号进行某种函数变换, 如将时域信号变换成频域信号, 然后再对变换后的信号进行编码。由于经过函数变换, 信号在新的变换域中更加独立、 有序, 因而更加便于进行压缩处理。
③ 统计编码( Statistics Coding) 这是一种根据信息熵原理, 让出现概率大的信源符号用短的码字表示, 让出现概率小的信源符号用长的码字表示。最常见的统计编码有Huffman编码、 游程编码以及算术编码等。
④ 矢量量化编码( Vector Quantization Coding) 在量化时对数据分组, 一组数据构成一个矢量, 然后以矢量为单位, 逐个矢量进行量化, 称矢量量化。
⑤ 分频带编码( Subband Coding) 将图像数据变换到频域后, 按频率分段, 然后用不同的量化器进行量化, 从而达到最优的组合。或者是分频渐近编码, 在初始对某一频带的信号进行解码, 然后逐渐扩展到所有频带。随着解码数据的增加, 解码图像也逐渐清晰起来, 此类编码对于远地图像模糊查询与检索的应用比较有效。
⑥ 模型编码( Structure Coding) 编码时首先确定图像中的边界、 轮廓、 纹理等结构特征, 然后保存这些参数信息。解码时根据结构和参数信息进行合成, 从而恢复出原图像。
⑦ 基于知识的编码( Knowledge-based Coding) 对于人脸等可用规则描述的图像, 能够利用人们对于人脸的知识形成一个规则库, 将人脸的变化等用一些参数进行描述, 用参数加上模型从而实现人脸的图像编码与解码。
2.WinRAR的基本使用
( 1) 简介
WinRAR是一个强大的压缩文件管理工具。它能备份用户的数据, 减小E-mail附件的大小, 解压缩从Internet上下载的RAR、 ZIP和其它格式的压缩文件, 并能创立RAR和ZIP格式的压缩文件。在购买之前, 能够下载试用版本。
WinRAR安装成功后, 主界面的菜单项有5个, 其中”文件”、 ”命令”菜单比较重要。
在菜单下面的是工具条, 工具条上的命令对应菜单”命令”中的某个具体菜单项, 工具条下面的是类似于资源管理器的磁盘、 目录、 文件的浏览器, 用来查看磁盘文件内容和压缩包内的文件、 目录内容。
四、 实验内容与步骤
1.压缩一个文件
压缩一个文件, 能够先打开WinRAR程序, 在下方的浏览器窗口中选择要压缩的文件, 然后使用”命令”菜单中的”添加文件到压缩文件中”命令, 系统弹出压缩文件信息设置对话框。
在这个对话框中设置好文件名称、 磁盘目录、 压缩格式等信息后, 单击”确定”按钮, 完成对一个文件的压缩。
也能够不先运行WinRAR程序, 在资源管理器中, 浏览到需要压缩的文件时, 单击右键, 系统弹出快捷菜单。从快捷菜单上能够选择”添加到压缩文件( A) …”, 这个时候能够同样弹出设置对话框, 或者选择”添加到…”, 直接在当前目录下产生一个和文件同名的压缩文件。
2.压缩多个文件
压缩多个文件和压缩一个文件基本相同, 只是要先选中多个文件。
3.压缩一个目录
WinRAR中压缩目录和压缩文件相同, 也是先选中一个目录然后执行菜单命令”添加文件到压缩文件”, 同样也能够在资源管理器中使用右键快捷菜单。
4.压缩多个目录下的多个文件
选择多个目录下的多个文件进行压缩时, 先建立一个空的压缩文件, 方法是执行”命令”菜单的”添加文件到压缩文件”菜单命令, 在弹出的压缩文件设置对话框中, 设置压缩文件的名称, 然后, 单击”文件”选项卡, 在其中单击”添加”按钮就能够选择一个目录或一个目录下的多个文件添加到压缩文件中, 多次添加就能够把位于不同磁盘不同目录中的文件添加到一个压缩文件中。
5.给压缩包加密码
在建立压缩文件时, 选择”高级”选项卡, 单击其中的”设置密码”按钮, 在弹出的设置密码对话框中设置密码。以后打开压缩文件时会提示输入密码。
6.解压缩
解开一个压缩包文件, 能够在资源管理器中直接双击这个压缩包文件, 这个时候WinRAR会自动打开这个压缩包在浏览器中。
能够单击工具栏上”解压到”按钮或执行菜单命令”解压到指定文件夹”, WinRAR会弹出一个对话框来设置解压输出的目录。
也能够在压缩文件上右击, 弹出右键快捷菜单。选择”解压文件( A) …”, 同样会打开一个对话框来设置压缩输出的目录, 也能够选择”解压到当前文件夹”把压缩包解压到当前目录, 选择”解压到……”能够把压缩包解压到当前目录下一个和压缩包同名的子目录中。
7.自解压缩的制作
自解压缩技术能够使压缩文件解压缩时不需要机器系统内安装WinRAR, 因为自解压文件不可是压缩文件, 还是一个可执行文件。
制作自解压文件时, 能够先形成普通的压缩文件, 然后双击这个压缩文件使用WinRAR打开, 打开后执行”命令”菜单的”把压缩文件转换成自解压格式”, 系统弹出自解压设置对话框。
在这个对话框中有4个选项卡, 单击”信息”选项卡查看压缩文件的有关信息, 单击”选项”选项卡来保护压缩文件、 锁定压缩文件, 在”注释”选项卡中能够给压缩文件加上注释内容, 单击”自解压格式”选项卡来设置自解压缩文件的有关项目。
在”选择自解压模块”下面能够选择自解压文件运行的平台, 有3个平台: Windows图形界面、 DOS平台、 Windows的DOS控制台。单击”高级自解压选项”按钮, 系统弹出”高级自解压选项”对话框来进行更多的设置。
在这个对话框中能够设置文件解压的缺省路径、 解压后自动运行某个文件、 自解压文件的图标等信息。
设置完成后, 单击”确定”按钮, 自解压文件就生成了。
五、 思考题
1．多媒体数据压缩的基本要求有哪些?
3．压缩数据的原理能够把数据压缩的方法分为哪几种?
4．如何使用WinRAR对压缩包加密码?
六、 实验报告要求
1．简述实验目的和要求。
2．简述实验相关基础知识。
3．详细叙述实验内容, 按要求写出实验步骤。
4．回答思考题。

实验四 多媒体作品制作实践
一、 实验目的与要求
1.了解多媒体作品的创