数字媒体技术导论复习参考
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数字媒体技术导论复习参考

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(International Telecommunication,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。Microsoft sound system 软件Sound Finder 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(Musical Instrument Digital Interface )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

⑴ RGB 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。

⑵ YUV 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(National Television Systems Committee)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-Alternative Line) 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:Sequential Coleur Avec Memoire)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

① 625行(扫描线)/帧,25帧/秒(40 ms/帧)

②高宽比(aspect ratio):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

① 525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/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。Laser disc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:Sequential Coleur Avec Memoire)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,50 Hz,6 MHz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CCIR 601标准,现改为ITU-R BT.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 = 13.5 MHZ ,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Audio Video Interleaved,即音频视频交错格式)、DV-AVI 格式(DV 的英文全称是Digital Video Format,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Moving Picture Expert Group,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QuickTime Player)。网络影像视频包括:ASF 格式(英文全称为Advanced Streaming Format,是微软为了和Real Player竞争而推出的一种视频格式)、WMV 格式(英文全称为Windows Media Video,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(Real Networks

公司所制定的音频视频压缩规范称为Real Media)、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。但无论是哪一类型的计算机二维动画,都有计算机和计算机软件技术的共同参与。

(2)三维动画技术数字三维动画,简称3D 动画。通常人们常说的“三维动画”有两种指向:一是用计算机制作的、三维立体的动画视觉作品,二是指用来制作三维立体动画的计算机技术。

一个完整的3D 作品制作过程至少要经过三步:造型、动画和绘图。

(3)数字动画的应用领域计算机动画在现阶段主要应用于以下几个领域:电影业、电视片头和广告、科学计算和工业设计、模拟、教育和娱乐以及虚拟现实与3D Web等。

第6章游戏设计技术

1.游戏概念

荷兰学者胡伊青加对游戏的描述性定义是:“游戏是一种自愿的活动或消遣,这种活动或消遣是在某一固定的时空范围内进行的,其规则是游戏者自由接受的,但又有绝对的约束力,游戏以自身为目的而又伴有一种紧张、愉快的情感以及对它‘不同于日常生活’的意识。” 游戏分类

游戏的类型包括:角色扮演型游戏、益智游戏、视频游戏、模拟游戏、策略类游戏、动作过关类游戏、射击类游戏和冒险类游戏。

3.游戏创意设计

游戏创意设计包括:

(1)游戏构思游戏的构思需要定义游戏的主题和如何使用设计工具进行设计和构思。

(2)游戏的非线性非线性因素包括:故事介绍、多样的解决方案、顺序、选择等。

(3)人工智能游戏中人工智能的首要目标是为游戏者提供一种合理的挑战。游戏设计者应确保游戏中人工智能动作尽可能与构思相同,并且操作起来尽最大可能给游戏者提供挑战并使游戏者在游戏中积累经验。

(4)关卡的设计在游戏设计中,一旦建立好了游戏的核心和框架结构,下面的工作就是关卡设计者的任务了。在一个游戏开发项目中,所需关卡设计者的数量大致和游戏中关卡的复杂程度成正比。

4.游戏开发流程

游戏开发流程包括:前期策划、制作阶段、测试阶段和提交阶段。

第8章数字媒体压缩技术

1.数字媒体数据压缩的重要性和分类

(1) 为什么要进行数据压缩

数字媒体信息包括了文本、数据、声音、动画、图形、图像以及视频等多种媒体信息。虽然经过数字化处理后其数据量是非常大的,如果不进行数据压缩处理,计算机系统就无法对它进行存储和交换。另一个原因是图像、音频和视频这些媒体具有很大的压缩潜力。因为在数字媒体数据中,存在着空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、信息熵冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余等。它们为数据压缩技术的应用提供了可能的条件。因此在数字媒体系统中必须采用数据压缩技术,它是数字媒体技术中一项十分关键

的技术。

(2) 数据压缩方法的分类

常用的压缩编码方法可以分为两大类,一类是无损压缩法;另一类是有损压缩法。 常用的数据压缩方法按其原理分类也可分为:统计编码、预测编码、变换编码、量化与矢量量化编码、信息熵编码、分频带编码、结构编码和基于知识的编码。

2. 量化的基本原理

(1) 量化的概念和原理

量化的作用是在图像质量或声音质量达到一定保真度的前提下,舍弃那些对视觉或听觉影响不大的信息。量化的过程是模拟信号到数字信号的映射。模拟量是连续量,而数字量是离散量,因此量化操作实质上是用有限的离散量代替无限的连续模拟量的多对一的映射操作。 量化概念主要来自于从模拟量到数字量的转换,即A/D转换,也就是通过采样把连续的模拟量离散化。量化过程预先设置一组判决电平和一组重建电平,各个判决电平覆盖一定的区间,所有判决电平将覆盖整个有效取值区间。量化时将模拟量的取样值同这些电平比较,若采样值幅度落在覆盖区间之上,则取这个量化级的代表值,称为码字。一个量化器只能取有限多个量化级,因此量化过程不可避免地存在量化误差。

3. 常用的压缩编码

(1)统计编码统计编码,主要针对无记忆信源,根据信息码字出现概率的分布特征而进行压缩编码,寻找概率与码字长度间的最优匹配。

(2)预测编码预测编码是利用空间中相邻数据的相关性来进行压缩数据的。

(3)变换编码变换编码是将图像时域信号转换为频域信号进行处理。

(4)分析—合成编码分析—合成编码是指通过对源数据的分析,将其分解成一系列更适合于表示的“基元”或从中提取若干更为本质意义的参数,编码仅对这些基本单元或特征参数进行。

4.数字媒体数据压缩编码的国际标准

(1)静态图像压缩编码标准JPEG

1986年CCITT 和ISO 两个国际标准化组织联合成立了一个联合图像专家组JPEG (Joint Photographic Experts Group),致力于建立适合彩色和单色灰度级的连续色调静止图像的压缩标准。

(2)运动图像压缩编码标准MPEG

MPEG标准是ISO/IEC委员会的第11172号标准,是针对全活动视频的压缩标准。该标准包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统三大部分。MPEG 视频是面向位速率约1.5Mbit/s全屏幕运动图像的数据压缩;MPEG 音频是面向每通道数率为64,128和192kbit/s的数字音频信号的压缩。

MPGE输入图像亮度信号的分辨率为360×240,色度信号的分辨率为180×120,每29.97帧,采用双向运动补偿。MPEG 把输入的视频信号分成组,用三种图像格式标出:帧内图像、预测图像和差补图像。每组中的第一帧用帧内图像格式编码,第1M 、2M 、3M 帧(M 一般选为3)用预测图像格式编码,其它各帧使用差补图像格式编码。差补图像不仅利用过去的帧内图像或预测图像,也利用未来的帧内图像或预测图像进行运动补偿,因此可以达到更高的图像压缩率。

MPEG-I 标准

MPEG-I标准是运动图像专家小组1981年制订的数字存储运动图像及伴音编码标准。该标准分为视频、音频和系统三部分。它是一个通用标准,即考虑了应用要求,又独立于具体应用之上。视频部分为1.5Mbit/s活动图像压缩编码算法,对于带宽为1.5Mbit/s的位流,能够获得可接受的图像质量。该算法帧内编码采用二维余弦变换、自适应量化、行程编码、变

字长编码和DPCM 技术,帧间编码采用运动补偿预测和运动补偿内插技术。MPEG-I 对于较低的传输速率、窄带宽的应用(如单速CD-ROM )是相当完善的,并通过插值可处理大于352×240的画面。

MPEG-II标准

MPEG-II是MPEG-I 的扩充,丰富和完善。MPEG-II 标准的视频数据速率为4-5Mbit/s,能提供720×480(NTSC )或720×576(PAL )分辨率的广播级质量的视像,适用于包括宽屏幕和高清晰度电视(HDTV )在内的高质量电视和广播。

5.理解信息熵的概念

信源X 发出的xj(j=1,2,„n), 共n 个随机事件的自信息统计平均(求数学期望),即H(X)=E{I(xj)} = =H(X)在信息论中称为信源X 的“熵” (Entropy) ,它的含义是信源X 发出任意一个随机变量的平均信息量。

例如:信源X 中有16个随机事件,即n=16。每一个随机事件的概率都相等,即P(x1)=P(x2)=P(x3) =„=P(x16)=1/16,计算信源X 的熵。

那么,X 的熵为:

6.理解霍夫曼编码方法

霍夫曼编码方法的步骤是:

①概率统计(如对一幅图像,或m 幅同种类型图像作灰度信号统计),得到n 个不同概率的信息符号。

②将n 个信源信息符号的n 个概率,按概率大小排序。

③将n 个概率中,最后两个小概率相加,这时概率个数减为n-1个。

④将n-1个概率,按大小重新排序。

⑤重复③,将新排序后的最后两个小概率再相加,相加和与其余概率再排序。 ⑥如此反复重复n-2次,得到只剩两个概率序列。

⑦以二进制码元(0.1)赋值,构成霍夫曼码字。编码结束。

在理解上述步骤的基础上,学会给已知的信源编码。

7.H .26x 系统视频标准

H.26X 系列视频标准是国际电信联盟ITU 的视频编码专家组(ITU-T )制定的系列图像压缩标准,主要有H.261、H.263、H264等。这些视频标准主要应用于实时视频通信领域,如会议电视、可视电话等。

H.261又称Px64,传输码率为P*64kbps,其中P 可变。根据图像传输清晰度的不同,传输码率变化范围在64kbps 至1.92Mbps 之间,编码方法包括DCT 变换,可控步长线性量化,变长编码及预测编码等。

H.263是ITU-T 为低于64kb/s的窄带通信信道制定的视频编码标准,其标准输入图像格式可以是S-QCIF 、QCIF 、CIF 、4CIF 或者16CIF 的彩色4∶2∶0子取样图像。

H.264引入了很多先进的技术,可得到较高的压缩比,但提高了算法的复杂度。因此H.264标准中加入了去块效应滤波器,对块的边界进行滤波。

8.AVS 标准

AVS (Audio Video Standards)是中国自主制定的音视频编码技术标准,其核心是把数字视频和音频数据压缩为原来的几十分之一甚至百分之一以下。

AVS 标准包括系统、视频、音频、数字版权保护等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。

AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括:8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。

第9章数字媒体存储技术

1.内存储器的分类

内存储器泛指计算机系统中存放数据和指令的半导体存储单元。包括RAM (Random Access Memory ,随机存储器)、ROM (Read Only Memory,只读存储器)、Cache (高速缓存)等。内存的分类可以按其用途、外观以及工作原理等进行分类。

(1)按内存的用途分类按照内存的用途来分,可以把内存储器分为主存储器、高速缓冲存储器和显示存储器。

(2)按内存的外观分类按照内存的外观来分类,可以把内存储器分为双列直插内存芯片和内存条两种。

(3)按内存的工作原理分类内存储器按工作方式的不同,可以分为随机存取存储器RAM 和只读存储器ROM 两种。

根据其制造原理不同,随机存储器RAM 又分为静态随机存贮器SRAM (Static RAM)和动态随机存贮器DRAM (Dynamic RAM)。

2.内存储器的技术指标

反映内存性能的技术指标主要有: (1)存取周期; (2)数据宽度和带宽; (3)内存的“线”数;

(4)容量; (5)内存的电压。

3.光盘存储器的分类

(1)按光盘的读/写性能,可以将光盘分为3种类型:

(1)只读型光盘存储器:数据是用压模方法压制而成的,用户只能读取上面的数据。

(2)多次可写光盘存储器:这种光盘允许用户一次或多次写入数据,并可随时往盘上追加数据,直到盘满为止。

(3)可擦写光盘存储器:这种光盘具有磁盘一样的可擦写性,可多次写入或修改光盘上的数据,更适合作为计算机的新型标准外存设备。

(2)按按光盘的数据存放格式分类:

(1)数字激光唱盘CD-DA

(2)只读光盘CD-ROM

(3)可刻录光盘CD-R

(4)可重复刻录光盘CD-RW

(5)视频压缩光盘VCD

(6)数字视频光盘DVD

4.DVD 概念和特点

DVD 是数字视盘(Digital Video Disc )的缩写。它是一种能够保存视频、音频和计算机数据的一种容量更大、运行速度更快的压缩光盘。

DVD 的特点是存储容量比现在的CD 盘大得多,最高可达到17GB 。一片DVD 盘的容量相当于现在的25片CD-ROM(650 MB),而DVD 盘的尺寸与CD 相同。

DVD 提高容量的方法:为了提高存储容量,DVD 盘可分为单面单层、单面双层、双面单层以及双面双层4种结构。

5.DVD 分类

(1)根据DVD 的容量和格式可以将DVD 大致可分成DVD-5、DVD-9、DVD-10和DVD-18。

(2)根据DVD 的用途来划分,可以将DVD 盘片分为五大类:

(1) DVD-ROM(只读DVD )

(2) DVD Video(视频DVD )

(3) DVD Audio(音频DVD )

(4) DVD Recordable(可写DVD )

(5) DVD-RAM(DVD随机存储器,也被称为DVD-RW ,即DVD-Rewritable )

第11章数字媒体的传输技术

流媒体概念及传输方法

定义:所谓流媒体是指采用流式传输方式的一种媒体格式。

实现流式传输有两种方法:顺序流式传输和实时流式传输。

流媒体技术的基本原理

基本原理是:先从服务器上下载一部分音视频文件,形成音视频流缓冲区后实时播放,同时继续下载,为接下来的播放做好准备。

流媒体技术的应用

流媒体技术的应用包括:视频点播、远程教育、视频会议和网络直播。

P2P 技术概念和特点

P2P 是Peer-to-Peer 的缩写,被称为“对等网络”。在网络中的每个结点的地位都是对等的。每个结点既充当服务器,为其他结点提供服务,同时也享用其他结点提供的服务。 P2P 是一种新近兴起的网络模型,与传统的C/S、B/S模型比较。P2P 技术的特点体现在以下几个方面: (1)非中心化; (2)可扩展性; (3)健壮性; (4)高性价比; (5)隐私保护; (6)负载均衡。

5.P2P 的工作方式

与传统C/S、B/S模式不同,在P2P 的工作方式中,每一个客户终端既是客户机又是服务器。用户与服务器之间的连接是双向的,用户彼此之间也是可以互相访问的。用户在享用一些结点提供的服务时,也能为另外的结点提供服务。

6.IPTV 技术概念、特点和功能

定义:IPTV 是利用宽带网的基础设施,以家用电视机(或计算机)作为主要终端设备,集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体,通过互联网络协议(IP )向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的新兴技术。IPTV 在国内也被称为”网络电视”,是一种个性化、交互式服务的崭新的媒体形态。

特点:与有线数字电视相比,IPTV 最主要的改变是用户可以根据自己的需求点播节目,提高了用户友好性与交互性。

主要功能:(1)点播功能; (2)双向互动功能

7.IPTV 的工作原理

IPTV 的工作原理和基于互联网的电话服务相似,它把呼叫分为数据包,通过互联网发送,然后在另一端进行复原。其实也是跟大多数的数据传输过程类似。首先是编码,即把原始的电视信号数据进行编码,转化成适合INTERNET 传输的数据形式。然后通过互联网传送,最后再解码,通过电脑或是电视进行播放。

8.IPTV 的典型应用领域

应用领域包括:(1)直播电视;(2)时移电视;(3)视频点播;(4)网络游戏;(5)电视上网;