多媒体计算机技术课程教案.doc

长江大学计算机学院 多媒体计算机技术 课程教案

教学时间 第一周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体计算机技术的基本概念和应用领域，以及其技术特点。
教学重、难点：多媒体技术的概念、技术特点
教学过程及时间分配：

1.1多媒体技术概述
1.计算机系统自身的多媒体硬件软件配置和相关的高技术.
2.广义上的多媒体技术
3.工业控制技术中融入多媒体技术
4医学上
1.2多媒体技术的社会需求
1、图形和图象处理的需要
2、大容量数据存储的需要
3、音频信号和视频信号处理的需要
4、界面设计的需要
5、信息交换的需要
6、高科技研究的需要。
7、娱乐与社会活动的需要 (2学时)
1.3多媒体的技术背景
1、多媒体计算机的硬件条件。
2、数据压缩技术
3、多媒体的软件条件。
1.4相关技术的支持。
基本概念
媒体
多媒体
多媒体技术
媒体类型
多媒体特性、关键技术及信息类型
多媒体信息的类型
（1）文本
（2)图像
(3)图形：
（4）声音
（5）视频影像
多媒体基本特性
（1）信息载体的多样性
（2）信息载体的交互性
（3）信息载体的集成性 (2学时)

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教学时间 第二周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体计算机技术的关键技术及信息的表示方法，超媒体和信息管理。
教学重、难点：信息的表示方法 ，超媒体概念和信息管理
教学过程及时间分配：

1.5多媒体关键技术
数据压缩技术：
存储技术
操作系统软件技术
1.6多媒体信息的计算机表示
文本的文件格式
文本文件可以分两大类：纯文本文件和有格式文本文件
声音文件格式
图象的文件格式
BMP：
PCX：
GIF：
JPEG：
TIFF 与 EPS：
PSD： (2学时)
1.7多媒体技术的应用领域
（1）教育领域
（2）过程模拟领域
（3）商业广告
（4）影视娱乐业
（5）国际互联网
2.1 超文本的概念
·与传统的文本文件相比，传统文本是以线性方式组织的，而超文本是以非线性方式组织的。
·这里的“非线性”是指文本中遇到的一些相关内容通过链接组织在一起。
·这种文本的组织方式与人们的思维方式和工作方式比较接近。
2.2 超媒体
超文本与多媒体的融合产生了超媒体
Hypermedia就是超文本Hypertext和多媒体允许超文本的信息结点存储多媒体信息(图形、图像、音频、视频、动画和程序)，并使用与超文本类似的机制进行组织和管理，就构成了超媒体. (2学时)

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教学时间 第三周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体信息管理技术及HTML，VRML语言以及多媒体软件。
教学重、难点：多媒体信息管理技术
教学过程及时间分配：

2.3多媒体信息管理
多媒体信息管理技术有三种控制：应用控制、多媒体服务控制以及系统服务控制。
多媒体信息管理技术主要有两种，一种是传统数据库技术，另一种就是超文本技术。
2.4 超文本标记语言(HTML) ( 2学时)

2.5VRML语言
·多媒体（Multimedia)、因特网（Internet)和 虚拟现实（VR,Virlity).VRML正是这三种新技术的交叉点。
·VRML是英文Virtual Reality Modeling Language的缩写。翻译过来即是虚拟现实VRML建模语言,它是一开放的、可扩展的、工业标准的景象描述语言,用于在Internet中描述3D景象或世界。
·我们知道用HTML语言可以建成二维WEB站点,而用VRML就可以建成三维站点。
3.1多媒体软件
多媒体软件分类
§一类是专门用于制作素材的软件，如文字编辑软件、图象处理软件、动画制作软件、音频采集与处理软件、视频处理软件等。
§另一类由完成支持平台功能的软件构成，人们习惯上把这类软件叫做平台软件，平台软件通常是一些可变成的系统，它的主要作用是把各种素材有机地结合起来，并利用可编程环境，创建人机交互功能。
3.2 文字处理软件
图像处理软件
动画制作软件
声音处理、播放软件
视频播放软件 (2学时)

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教学时间 第四周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体计算机(MPC)标准/结构/内容等相关知识。
教学重、难点：MPC的标准、结构、内容、对软硬件环境的要求。
教学过程及时间分配：

4.1 MPC的基本概念
4.1.2 MPC标准的具体内容
4.1.3 MPC的基本结构
4.1.4 MPC 对环境的考虑
§硬件环境是决定MPC性能的重要因素，应从以下几个方面考虑。
§（1）显示适配器（图形显示卡）应采用快速的PCI形式。
§2、内存储器的容量要足够大，并且要求存取速度快，工作可靠。
§3、硬盘存储器需要大容量、高转速、低噪音、低价格适中的产品。
§4、计算机应具备足够的可扩展能力。
4.1.5 MPC的主要特征 （2学时）
4.2 MPC 的数据处理模式
1、图像处理模式。
2、动画处理模式。
3 、声音处理模式
4、数据存储模式
5、数据共享模式
4.3 MPC的硬件标准
4.4 基本硬件设备
§4.4.1 CD-ROM激光存储器
§4.4.2 M.O.磁光盘存储器
§4.4.3 CD-R与CD-RW激光存储器
§4.4.4 显示适配器和显示屏
§4.4.5 声音适配器与声音还原设备。 （2学时）
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教学时间 第五周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体计算机扩展设备的相关知识。
教学重、难点：各种输入输出设备的工作原理和性能特征。
教学过程及时间分配：
第五章:多媒体扩展设备

•(1)触摸屏
触摸屏控制卡、触摸检测装置和驱动程序
•(2)视频卡
四个基本特性:
(1)视频输入特性
(2)图形与视频混合特性。
(3)图像采集特性
(4)画面处理特性 (2学时)
•(3)扫描仪
扫描仪的种类/扫描原理
反射式扫描仪/透射式扫描仪/混合式扫描仪
扫描仪的技术指标:扫描分辨率/色彩分辨率/接口形式
•(4)数码相机
数码照相机结构特点和原理
数码照相机的技术指标
•(5)打印机
5.5.1彩色激光打印机
5.5.2彩色喷墨打印机
5.5.3 彩色热升华打印机 (2学时)
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教学时间 第六周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体静态图像数据描述的相关知识。
教学重、难点：各种多媒体数据的表述方式和特点。
教学过程及时间分配：

第六章 多媒体数据描述
图像和图形的概念
6.1 静态图像文件
6.1.1 数据格式
BMP格式的图像文件
TIFF格式的图像文件
TGA格式的图像文件
GIF 格式图像文件
PCX格式的图像文件
JPEG格式的图像文件
MPEG (2学时)
6.1.2 单色图像描述
6.1.3 彩色图像描述
色彩的基本常识
1、RGB彩色图像
2、CMYK 彩色图像 (2学时)
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教学时间 第七周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体动态图像数据描述的相关知识。
教学重、难点：各种多媒体动态图像数据的表述方式和特点。
教学过程及时间分配：

6.2动态图像文件
动态成像具有以下特点
•一、具有时间上的连续性，适于表现事件的过程，表现力更强、更生动、更自然。
•二、具有时间上的延续性，数据量大，必须采用压缩算法保存和处理。
•3、具有帧之间的关联性，该特性是连续动作的基础，也是压缩处理的条件
•4、具有强烈的实时性，
视频模拟描述
视频数字描述
获取视频数字图像的一般方法
•1、模拟视频输入
•2、数字视频输入 (2学时)
视频数字信号的特点
•由于是视频数字图像是用数字表示的，因此具有数字化带来的许多特点：
•播放速度为每秒25帧
•具有逆向性，可倒序播放。
•保存时间长，无信号衰减问题。
•可以无限制地复制副本，永远不存在失真问题。
•利用计算机视频编辑技术，制作特殊效果的视频图像，例如三维动画效果、变形动画效果。
•可以采用成本一、容量大的激光盘存储介质。
•如果需要可以把数字信号转换成模拟信号记录在录像带上
动态图像的技术参数
•帧速度：视频信号在连续播放时，采用快速切换帧的方法产生动感。
•数据量： (2学时)
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教学时间 第八周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体声音数据描述的相关知识。
教学重、难点：各种多媒体声音数据的表述方式和特点。
教学过程及时间分配：

声音文件
声音文件又叫音频文件,分为两大类，采用WAV格式；另有一类是乐器数字化接口文件，采用MIDI格式。
WAV 文件描述
波形音频素材的获取： (2学时)
WAV为波形音频文件的特点
•采样频率越高，数字化声音与声源的声音效果越接近，音质越好。
•采样精度越高，数据的表达越精确，音质越好。
•可选择数字音频信号的立体声或单声道形式，立体声比单声道的是数据量大一倍。
• 采样频率和采样精度越高，音频信号数据量就越大。
•数据记录详尽，音频数据基本上没有经过了压缩处理，数据量大。
(2学时)
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教学时间 第九周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体数据压缩技术的发展相关知识。
教学重、难点：各种多媒体数据压缩的工作方式和特点。
教学过程及时间分配：

第7章 多媒体数据压缩技术
•数据压缩技术既包含硬件技术又包含软件技术，但是其数据压缩的实现都是数学运算的结果。
•目前主要的应用领域有：
•图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码。
•文件存储系统和分布式系统的数据压缩编码。
•为数据安全保密而开发的数据压缩编码。
7.1 数据压缩技术的历史
(1)1948 年 ，Oliver提出了PCM编码理论
(2)D.A.Huffman 于 1952 年第一次发表了他的论文“最小冗余度代码的构造方法”(A Method for the Construction of Minimum Redundancy Codes)。
60 年代、70 年代乃至 80 年代的早期，数据压缩领域几乎一直被 Huffman 编码及其分支所垄断。
(3)80 年代，数学家们不满足于 Huffman 编码中的某些致命弱点，他们从新的角度入手，遵循 Huffman 编码的主导思想，设计出另一种更为精确，更能接近信息论中“熵”极限的编码方法——算术编码。
(4)80 年代中期以后，人们对 LZ77 进行了改进，随之诞生了一批我们今天还在大量使用的压缩程序。Haruyasu Yoshizaki(Yoshi) 的 LHarc 和 Robert Jung 的 ARJ
(5)目前，基于字典方式的压缩已经有了一个被广泛认可的标准，从古老的 PKZip 到现在的 WinZip (2学时)
7.2 数据压缩基本的原理
7.2.1 信息和熵
(2学时)
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教学时间 第十周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体数据的冗余类型/压缩条件/压缩算法的计本概念的相关知识。
教学重、难点：各种多媒体数据压缩算法的特点。
教学过程及时间分配：

7.2.2 多媒体信息的数据量
7.2.3 数据压缩的条件
7.2.4 数据冗余
冗余分类
•1.空间冗余
2.时间冗余
3.信息熵冗余
4.结构冗余
5.知识冗余
6.视觉冗余
7.其他冗余 (2学时)
7.3 数据压缩算法
•数据冗余类型和数据压缩算法是对应的，一般根据不同的的冗余类型采用不同的编码形式。
•数据的压缩处理一般分成两个过程：
•编码过程：该过程将原始数据进行压缩，形成压缩编码，然后将压缩编码数据进行传送和存储。
•解码过程：该过程将压缩编码数据进行解压缩，还原成原始数据，提供使用。
7.3.1 数据压缩算法分类
•数据压缩算法按照应用原则进行分类分成“无损压缩编码”和“有损压缩编码”
•1.无损压缩编码：无损压缩编码是无损压缩形成的编码，具有可恢复性和可逆性，不存在任何误差。
•2.有损压缩编码：有损压缩编码是有损压缩形成的编码，有损压缩具有不可恢复性和不可逆性。
•有损压缩编码属于不可逆编码（non reversible coding），种类较多，主要的编码类型有：
(l)预测编码（predictive Coding）
(2)PCM编码（Pulse Code Modulation）
(3)量化与向量量化编码（Vector quantization）
(4)频段段划分编码（Subband coding）
(5)变换编码（Transform coding）
(6)知识编码（Knowledge-based coding）
(2学时)
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教学时间 第十一周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体数据压缩的取样和量化过程的相关知识。
教学重、难点：各种多媒体取样和量化过程方式的特点。
教学过程及时间分配：

7.3.2 取样和量化
•它主要包括取样、量化和编码3大部分。
•取样是实现时间轴上的离散化。
•量化是实现幅度轴上的离散化
•编码是实现把离散化了的数据用二进制码型表示。
1取样定理
2、量化 (2学时)

7.3.3 数据压缩的编码方法
7.3.3.1 模型
7.3.3.2 编码
Shannon-Fano 编码
Huffman 编码
Huffman编码的特点 (2学时)
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教学时间 第十二周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体数据压缩中的其他编码方式。
教学重、难点：各种多媒体数据压缩中的其他编码方式的特点。
教学过程及时间分配：

算术编码
算术编码的特点
行程编码原理
游程编码
LZW编码 (2学时)

预测编码原理
预测编码 (predictive Coding)是有损压缩编码，现代统计学和控制论是该编码的理论基础。主要用于对统计冗余进行压缩。
1 预测编码的基本原理
首先根据算法模型，用原有的样本值对新样本进行预测，得到新样本的预测值。接着取新样本的实际数值，然后和预测位进行比较，二者相减得到差值，最后对差值进行编码.
2 预测编码的应用
预测编码是图像的传输和存储方面常用的编码方法。
•理想的算法模型是不存在的，没有一个数学模型能够完全取代信息源。
(2学时)
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教学时间 第十三周 （4学时）
教学班级 计本1041、1042、1043、1044、1045、1046、1047
教学目的：了解多媒体数据压缩的Jpeg和 Mpeg的压缩编码原理。
教学重、难点：多媒体数据压缩的Jpeg和 Mpeg的压缩编码原理。
教学过程及时间分配：

7.4 静态图像ＪＰＥＧ压缩编码技术
7.4.2 ＪＰＥＧ压缩算法
7.4.３ 无失真预测编码
7.4.４有失真ＤＣＴ压缩编码
图值的质量与压缩比 (2学时)

7.5 动态图像ＭＰＥＧ压缩编码技术
•MPEG标准是一个通用标准,主要针对全动态图像而设计、该标准分为三部分：
（1）MPEG视频压缩：进行全屏幕动态视频图像的数据压缩，动态视频图像的传输速率为1.5Mbit/s。
（2）MPEG音频压缩：进行数字音频信号的压缩,数字音频信号的传输速率是64Kbit/s、128Kbit/s和192Kbit/s。
（3）MPEG系统：MPEG标准的算法、软件和硬件。
7.5.1 基本原理
•动态图像压缩主要解决的问题
１）正确区分静止图像和动态图像。
２）提取动态图像中的活动成分。
３）进行帧之间的预测

帧的预测编码
•有两种方法可实现对动态图像的帧进行预测编码：
(1)条件像素补充法
(2)运动补偿
7.5.2ＭＰＥＧ技术标准 (2学时)