1、多媒体技术与网页设计,主 编 ： 陈 新 龙,第三章 图像、视频及其应用,读者学习本章应重点理解图像的含义、本质及其在计算机中的实现方法，理解图像格式的种类，了解BMP图像低级格式分析，能利用Photoshop进行简单的图像处理；理解视频的含义，能利用Windows Movie Maker或会声会影进行简单的视频编辑。 本章建议学时数：8学时。学时数较少时可将BMP图像低级格式分析不讲，但应尽量保证应用内容的学时数。,第 1 课,本次课介绍图像基本知识及其在计算机中的实现。,上一课回顾授课内容本课内容属于第三章1、2节,一、图像的概念,什么是图像呢？可以对图像下个粗略的定义：图像是指景物在某种
2、介质上的再现。例如：相片、胶片、电影、传真、电视、计算机显示屏等介质均可作用于人的感官并产生视觉印象，这种视觉印象便是图像。,二、图像的本质图像总是和某种景物相联系。景物本身是一个空间概念，是一种客观实在，并不是一个物理现象，也不具有诸如时域、频域等所有信号所必须具有的基本特征。因此，可以说图像本身也是一个空间概念。当然，图像所呈现的表象是自然光或人为光作用于景物产生发射与吸收而作用于人的眼睛的结果。这个过程是一个光学现象，具有诸如时域、频域等所有信号所必须具有的基本特征。,三、模拟图像信号分析1模拟图像的含义图像的成像过程是一个光学现象，人类对图像进行处理，就是要用电子设备模拟、再现这个成像
3、过程。如何将空间图像变换为时间信号呢？总的一句话，利用摄像机等各种图像获取设备，通过扫描将空间图像变换为时间信号。亦即，将图像通过扫描分解为自上而下，自左而右的随时间变化的电子流，从而完成空间图像到时间信号变换，将空间图像变为了随时间变化的、具有自己的时域和频域特性的电信号。这便是通常意义下的模拟图像。,2模拟图像的扫描方式在如何扫描的问题上，存在着两种扫描方式：逐行扫描和隔行扫描两种。在电视中，考虑各种因素，采用每秒播送25幅变化的图像。每幅画面为一帧，每一帧画面又分两次播送，每次为一场，于是每秒播送50场。具体地说，采用625行隔行扫描，除去回扫的50行，一幅图像实际分解为575行，每一行
4、周期为64us，行扫正程为52us，回程为12 us。,3电视信号的频域特性假定图像是两根黑白竖条，则图像信号的波形为行周期的方波。若黑白竖条增加一倍，则相应频率增加一倍。可见，最高频率取决于图像划分的精细程度。因为一个方波周期对应形成一对黑白方格，黑白方格数也就是电视图像信号的最大频率。所以当n=600线时，电视图像信号的最大频率为：,采用隔行扫描，从而电视图像信号的最大频率为：,至于电视图像信号的最低频率，我们假定一场最简单的图像（半黑半白）为一个方波周期，电视图像信号的最低频率为50Hz。上述方法为估算法。,四、人的视觉人的视野相当宽广，左右视角为180，上下视角为60（现在的电视画面约
5、占78），但视力好的部位（中心视力）也仅限于23左右，靠转动眼球使视线移动，使自己适应如此大如此广的视野，从而适应大的画面和立体景象的。人的中心视力分辨率强，但只能认识图像的一小部分。周边视力分辨率差，但可认识目标全貌,大画面图像，临场感较强，宽银幕电影的视觉效果好的原因也就是这个道理。人的视觉系统具有适应性。如果人的眼睛不随意运动，没有随时间改变的刺激刺激人眼，那么，随着人的眼睛完全适应后就什么都看不见了。人的眼睛在观察事物时注视点喜欢集中在某一处。人的眼睛在观察事物时注视点有何规律呢？,注视点主要集中在图像黑白交界的部分，尤其集中在拐角处。注视点容易往图形内侧移动。注视点容易集中在时隐时现
6、、运动变化的部分。注视点容易集中在一些特别不规则处。除人的注视点有其自身特征以外，人眼还具有以下特征：人眼具有视觉暂停功能，这是由人的视觉系统具有适应性决定的。人眼对亮度信号的敏感程度强于对色度信号的敏感程度。,五、图像信息的数字化图像要在计算机中实现，首先必须数字化。图像信息的数字化包括采样、量化两个过程。图像在空间上的离散化称为采样。用有限个数字0和1表示某一电平范围的模拟离散图像信号称为图像的量化。,六、像素的表示通过图像数字化之后，我们将一副模拟图像数字化为像素的矩阵，也就是说，像素是构成图像的基本元素，因此，图像数字化的关键在于像素的数字化。因此，如何表示像素，是图像数字化的基础。像
7、素用颜色表示。,1颜色概述颜色亦称彩色，是可见光的基本特征。习惯上，我们用亮度、色调和饱和度来描述。亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体、光源及人的视觉特性有关。色调是指当人眼看一种或多种波长的光所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本属性。饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越深，颜色越鲜艳，或者说颜色越纯。,饱和度和色调统称色度，亮度、色度是颜色的基本参数。由光学知识我们知道，对无源物体，物体的颜色由物体吸收哪些光波决定。对有源物体，物体的颜色由物体产生的哪些光波决定。如白色物体，它对任何颜色均不吸收
8、，故为白色。因此，颜色本身依旧是可用频率、幅度表示的物理信号。,2彩色空间直接用颜色的原始频率描述颜色不太现实，在具体实现上，常采用基色配色法，这便是彩色空间。已经证明：自然界的常见颜色均可用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的组合来表示。这就是色度学的最基本原理三基色原理。运用三基色，虽然不能完全展示原景物辐射的全部光波成分，却能获得与原景物相同的彩色感觉。,3常用彩色空间（1）RGB彩色空间RGB彩色空间是指用红（R）、绿（G）、蓝（B）物理三基色表示颜色的方法。这是彩色的最基本表示模型。在计算机中，有RGB5：5：5方式和RGB8：8：8方式。在RGB8：8：8方式中，R、G、B三个分
9、量分别用8位二进制表示。如（192、192、192）表示银灰色，（0、0、0）表示黑色。,（2）YUV彩色空间在彩色电视中，采用YUV空间配色法。其中，Y为亮度信号，U、V为两个色差信号。根据RGB计色系统原理，RGB信号可转换为亮度信号，其转换公式如下：,U、V为两个色差信号可由上式推算出来, 具体如下：,对公式3-2-2，显然只有两个分量是独立的，故在彩色电视系统中，只传送Y、（R-Y）、（B-Y）两个分量。由于人眼对亮度的敏感程度强于色度信号，在实际传送时，我们总是压缩（R-Y）、（B-Y）两个分量。压缩后的（R-Y）、（B-Y）两个分量用U、V表示。U=0.493（B-Y）V=0.87
10、7（R-Y）,于是，RGB到YUV空间的转换公式如下：,（3）彩色空间转换实例例1： 有如下RGB彩色空间按行排列的三个颜色点，请转换为YUV。,七、组织编排像素阵列方法在计算机中，组织编排像素阵列有许多格式，形成了许多极为流行的图像文件格式。但从总体上说，组织编排像素阵列方法可分为两类：,1.调色板位置码法。在早期流行的PCX图像格式中，它引入了调色板。所谓调色板是指在图像文件中，增加一个区域，用于专门存储该图像所使用的颜色的原始RGB信息。这样，实际组织编排像素阵列时，不直接存储像素所代表颜色的原始RGB信息，而采用它在调色板中的位置码来代替其原始RGB信息。该法适合于2色、16色、256
11、色图像,2直接法。调色板位置码法增加了存储调色板的附加开销。对256色及以下图像，存储调色板的附加开销不超过1K字节，这个附加开销是微不足道的。对256色以上图像，由于系统使用颜色数很多，存储调色板的附加开销将非常巨大。对256色以上图像，一般直接用原始颜色信息的方法组织编排像素阵列，这便是直接法。,八、图像文件在计算机中的实现结论图像在计算机中的实现我们可以归结为如下一句话：图像在计算机中的实现是通过扫描将空间图像转换为像素阵列，用RGB彩色空间表示像素，并用图像文件方式组织编排像素阵列来实现的。,八、本课重点重点：图像在计算机中的实现。 九、习题 3-2 1 3-4 1、2,下 课,第2课
12、 图像处理技术（上）,在本次课中，将介绍BMP低级格式分析及其程序开发等数字图像处理技术。学时数较少（或纯应用教学要求）时可将BMP低级格式分析内容自学。,一 概述1 图像文件存储空间大小分析 在计算机中，图像表现为像素矩阵，该矩阵可用图像的宽度、高度来描述。由上一小节知，一个字节可表示8个2色图像、2个16色图像或1个256色图像像素，对24位真实彩色图像，直接存储原始RGB信息，即用3个字节表示一个像素。 可归纳出2色、16色、256，24位真彩图像未压缩时所占存储空间的通用计算公式：,一副800*600的24位真彩图像所需的基本存储空间为：,必须指出的是，上面所说的存储空间仅是存储图像像
13、素阵列数据所占的存储空间，实际的图像文件除存储像素阵列数据外，尚需存储格式数据，256色及以下图像还需存储调色板信息,2 图像与图形的区别在计算机中，图形与图像是两个不同的概念，二者是有区别的：图形一般指用计算机结合某种算法绘制的画面，如直线、圆、任意曲线等。图像则是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面。虽然，图形与图像如果仅从其外部表象上看，二者具有许多相似之处，然而，二者在内部存储、处理算法与技术上存在着较大差异。,从存储结构上，图像一般采用点阵形式存储，或者说将一副图像按照从左到右、从上到下的顺序依次挨第存储。因此，从存储结构上看，图像是一个随机场的格式。图形一般采
14、用特征、属性、参数的模型。由于二者在存储结构上的差异，导致二者在计算机显示、处理上的差异。,计算机显示图像时采用位图块拷贝。对图形显示，需要计算机依照特定的算法生成。对图形而言，其关键算法主要有：图形数据结构研究、计算机自动造型、参数化设计等。对图像而言，其关键算法主要有：图像的压缩与编码、图像的恢复与重建、图像的解释与识别、计算机视觉等等。,3 常见图像文件格式GIF格式PCX格式TIFF格式BMP格式JPG格式,二、 BMP文件格式分析BMP（Bitmap）格式是Microsoft公司Windows操作系统使用的一种图像格式文件。它是一种与设备无关的图像格式文件。BMP文件支持黑白、16色
15、、256色、灰色图像以及RGB真实彩色图像等各种图像格式。在绝大多数开发系统中均可直接调用Windows API函数对BMP位图进行编程与开发，是继PCX图像文件格式之后最为广泛支持的图像文件格式之一，是目前图像编程与开发的基本图像文件格式,BMP是一种与设备无关的图像格式，其格式包括：文件头、信息块、图像数据三个部分,BMP文件文件头长度为14字节 其C语言结构定义如下： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType;DWORD bfSize;WORD bfReserved1;WORD bfReserved2;DWORD bfOffBits;
16、BITMAPFILEHEADER;,紧接其后为信息块 其C语言结构定义如下： typedef struct tagBITMAPINFO BITMAPINFOHEADER bmiHeader;RGBQUAD bmiColors ; BITMAPINFO;,typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize; LONG biWidth; LONG biHeight; WORD biPlanes; WORD biBitCount; DWORD biCompression; DWORD biSizeImage; LONG biXPelsPerMeter; L
17、ONG biYPelsPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant; BITMAPINFOHEADER;,BMP文件信息块另一部分为RGBQUAD bmiColors ，为BMP文件调色板的结构定义，其单个颜色C+ 语言结构定义如下： typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; /物理三基色B值BYTE rgbGreen; /物理三基色G值BYTE rgbRed; /物理三基色R值BYTE rgbReserved; /保留 RGBQUAD; 在BMP格式中，直接存储一个颜色的原始RGB值需占用四个字节。,【例
18、3.3.1】以下为光盘中n3目录下3-3-1.bmp文件的完整内容，效果如图3-3-1所示，请分析该图像颜色数，图像宽度、图像高度等？,42 4D C6 00 00 00 00 00 00 00 76 00 00 00 28 00 00 00 10 00 00 00 0A 00 00 00 01 00 04 00 00 00 00 00 50 00 00 00 C4 0E 00 00 C4 0E 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 80 00 00 80 00 00 00 80 80 00 80 00 00 00 80 00 80 0
19、0 80 80 00 00 80 80 80 00 C0 C0 C0 00 00 00 FF 00 00 FF 00 00 00 FF FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF FF 00 00 FF FF FF 00 88 88 88 44 44 88 88 88 88 88 88 4F F4 88 88 88 88 88 89 49 94 98 88 88 88 99 9F 46 64 F9 99 88 89 FF FF 46 64 FF FF 98 89 FF FF 46 64 FF FF 98 88 99 9F 46 64 F9 99 88 88 88,（1）4
20、2 4D用ASC码表示为“BM”，表示该文件为Windows位图文件。C6 00 00 00为该位图文件实际数据长度，用十进制表示为198，为该文件实际长度；其后的四个字节00 00 00 00为保留字节，76 00 00 00为该位图文件图像数据的偏移地址，表示实际图像数据从地址：00000076h开始，即加粗、阴影处的88为起始图像数据,（2）28 00 00 00为该位图文件信息头大小，用十进制表示为40，它表示包含其自身以后的40字节为该位图文件信息头。 （3）对照BITMAPINFOHEADER定义结构，该位图文件为161016图像，即图像宽度为16（10 00 00 00四字节）、
21、高度为10（0A 00 00 00）、颜色数为16（biBitCount：04 00，每个像素占4个二进制位，所以颜色数为16）,（2）28 00 00 00为该位图文件信息头大小，用十进制表示为40，它表示包含其自身以后的40字节为该位图文件信息头。 （3）对照BITMAPINFOHEADER定义结构，该位图文件为161016图像，即图像宽度为16（10 00 00 00四字节）、高度为10（0A 00 00 00）、颜色数为16（biBitCount：04 00，每个像素占4个二进制位，所以颜色数为16）,几个问题: 1. 修改调色板数据对图像显示有何影响 2. 第1个图像数据对应屏幕什么
22、位置,调色板数据：00000036h: 00 00 00 00 00 00 80 00 00 80 00 00 00 80 80 00 80 00 00 00 80 00 80 00 80 80 00 00 80 80 80 00 C0 C0 C0 00 00 00 FF 00 00 FF00 00 00 FF FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF 00 FF FF 00 00 FF FF FF 00,图像数据：00000076h: 88 88 88 44 44 88 88 88 88 88 88 4F F4 88 88 88 88 88 89 49 94 98 88 88 8
23、8 99 9F 46 64 F9 99 88 89 FF FF 46 64 FF FF 98 89 FF FF 46 64 FF FF 98 88 99 9F 46 64 F9 99 88 88 88 89 49 94 98 88 88 88 88 88 4F F4 88 88 88 88 88 88 44 44 88 88 88,分析0076h后面的图像数据，8号颜色被大量使用，对应图片中的背景颜色。若将调色板中的8号颜色C0 C0 C0 00修改为00 00 00 00（黑色），则图片背景由浅灰色变成了黑色。,三、BMP文件开发1、 DOS环境下BMP 文件开发 BMP 文件是Window
24、s操作系统使用的位图文件格式，DOS操作系统并未对其提供额外的支持，所以，DOS环境下BMP 位图开发相对复杂。在DOS环境下进行BMP 文件开发相当复杂，大家首先应熟悉DOS环境下开发系统的图形开发功能，然后设计诸如图像生成、图像移动、放缩等各种算法在此介绍计算机显示原理,2、Windows环境下BMP 文件开发 Windows操作系统是一个多任务操作系统，其显示器基本工作方式是图形方式，通过选择图标完成命令的输入。在Windows中，系统定义了GDI (Graphics Device Interface )接口，专门负责图形、图像程序设计。 为方便程序开发，Windows为每一个要进行图像
25、应用的程序定义了一个DC（Device Contexts），DC是该图像应用程序的诸如颜色、分辨率等的基本图像属性参数的环境块。通过GDI接口、DC块可方便开发图像处理程序。,四、上机实验 1请用UltraEdit-32文字/HEX编辑软件对照【例3.3.1】分析光盘中n3目录下3-3-1.bmp图像文件，写出该图像的颜色数，图像宽度、图像高度等，适当地修改原始图像数据，将图像背景改为绿色。 五、习题 3-3 1,下 课！,第3课 图像处理技术（下）,本次课将介绍Photoshop图像处理软件。,一概述理解了图像文件的低级格式，可通过编程获取图像数据，进行相应的处理，以达到特殊应用的要求。必须
26、指出的是，在绝大多数场合下，人们总是使用工具软件完成对图像处理的常见操作，目前常用的图像处理软件有Photoshop、Firework等。 下面以Photoshop CS2为例介绍图像处理的基础知识,二界面及其新特性,主要新特性有： Spot Healing Brush：可处理常用图片问题，如污点，红眼，模糊和变形。 Smart Objects：允许用户在不失真的情况下测量和变换图片和矢量图等。 可创建嵌入式链接复制图，以便一次编辑，更新多张图片。 支持非破坏性编辑，创建和编辑32位HDR图片，3D渲染，高级合成。 FireWire Previews等,三、图像处理的一些基本知识 色彩理论与色
27、彩模式Photoshop提供了8种色彩模式：位图模式、灰度模式、双色套印模式、RGB模式、CMYK模式、多通道模式、索引模式和Lab模式。不同的色彩模式下，图像可应用的处理方法可能不同。正确设置图像的色彩模式是进行图像处理的第一步。,色彩理论与色彩模式Photoshop提供了8种色彩模式：位图模式、灰度模式、双色套印模式、RGB模式、CMYK模式、多通道模式、索引模式和Lab模式。图层蒙板（MASK）通道路径滤镜,四、工具箱简介,五 制作与应用 1 【阴影字】的制作 2 【金属文字】的制作 3 预设样式 4 GIF动画制作 5 液化工具的应用 6 水印 7 其它应用,上机应用题 1 请用Pho
28、toshop制作阴影字、金属字，要求美观、协调。 2 请用Photoshop制作一个“多媒体技术与网页设计”的GIF动画。 3 请用数码相机摄制一张相片，用Photoshop进行适当处理，用作视频编缉的片头。 4 请用数码相机摄制一张相片，用Photoshop进行适当处理，用作视频编缉的片尾。,下 课！,第4课 数字视频图像及其处理技术,本次课将介绍数字视频、Windows Movie Maker视频编辑、会声会影的特点等。,一概述数字视频图像全称为动态数字视频图像，简称为视频。从广义上讲，计算机中存在着两种数字视频：数字影像（实景拍摄的电影电视节目的数字化图像）、计算机动画。图像、视频是两个
29、不同的概念，二者有其共同之处，更有其区别 模拟视频是由一幅幅富有特定含义，动作连续的模拟图像构成的模拟图像流。数字视频是模拟视频数字化的结果。,二视频的实现策略 在具体实现上，数字视频如果采用通常意义上的数字图像的实现方法，即：先将模拟视频划分为一幅幅富有特定含义，动作连续的模拟图像流，再用通常意义上的数字图像的实现方法实现这一幅幅富有特定含义，动作连续的模拟图像 三分钟的数字视频所占的存储空间为（假定每秒钟50帧、用256色标准数字化）4G。 需要特别的实现策略,1读写环境的非对称性 2视频图像数据上的非对称性。 3视频图像硬件环境上的非对称性 4高效、快速的压缩、解压缩技术 5光盘发行策略
30、 6较高的硬件支持,三、视频卡视频捕获卡视频捕获卡是完成将模拟视频信号数字化（或数码摄像机等数字视频信号）并转换成计算机中存储的数字视频格式保存或在计算机显示器上显示的功能卡，亦称视频采集卡。目前，视频捕获卡有模拟视频捕获卡和数字视频捕获卡两种类型,视频播放卡电视转换卡,四、常见数字视频格式及应用 1 VCD格式 VCD光盘格式CD-V光盘标准1992年发布，俗称白皮书，是定义存储MPEG数字视频、音频数据的光盘标准。 2 DVD格式 DVD原名digital video disc，中文翻译“数字视盘”。 由于DVD在计算机数据存储方面具有突出优势，又把digital video disc更改
31、为digital versatile disc，缩写依旧为DVD,3 计算机动画在计算机中，还大量存在着另一种类似电影的连续图像序列，称之为计算机动画。顾名思义，计算机动画是运动的计算机画面。计算机动画与本章所讲的数字视频有一定的区别。用计算机实现动画有两种方法：一种叫造型动画，另一种叫帧动画。,五 视频编辑软件Windows Movie Maker目前常用的视频编缉工具主要有：微软公司的 Windows Movie Maker、友立公司的Ulead Media Studio Pro、Ulead Video Studio、Adope公司的Premiere Pro。Windows Movie Maker是一款功能比较全面的简单的视频编缉产品，适合于视频编缉的入门者，其启动工作界面如图3-4-1所示,【例3.4.1】编辑光盘中Videopf.AVI影片剪辑，要求添加片头和片尾，去掉该影片剪辑中的英文配音，并将该影片剪辑拆分为两个片段，适当添加过渡效果及背景音乐并制作成最终的节目,视频编辑软件会声会影9.0简介,上机应用题 3-5 7 8,下 课！,
