高等学校计算机基础教育教材精选大学计算机基础实验教程(第2版)

第5章多媒体编辑【给学生的目标】 通过学习本章的多媒体基础知识，了解几种媒体形式的概念、数字化过程、常用格式、压缩方法等。通过完成本章设定的声音、图像、视频编辑任务，学习几种轻量级的多媒体软件的使用方法，一方面加深对多媒体基础理论知识的理解；另一方面能够恰当地运用这些媒体工具，完成简单的媒体设计和制作，并学会使用压缩工具和刻录软件，对多媒体数据进行压缩和刻录。 【给老师的建议】 本章穿插着多媒体基础知识的介绍和相关软件使用方法的介绍，建议基础知识部分安排2学时的课堂讲授，实验部分以学生自学的形式完成。其中实验部分，如果是基于网络教学平台发布作业，完成周期建议设置为一周；如果是采用固定安排实验室上机的实验形式，建议每一节安排1个学时，总共4学时。另外，作业评分上，除了对参数和形式等做一些规范性的要求外，还应看重作品的整体效果和创造性构思。 5.1问 题 描 述 早期的计算机只能处理和呈现数字和文字，而人类主要是通过眼睛和耳朵来接受外部的视觉与声音信息，枯燥的数字和文字并不适合人的心理特点和欣赏习惯，怎么办？要知道聪明的人类从来不会让困难永远地绊住脚步。伴随着音频处理技术、图形图像处理技术、视频技术、动画技术等的迅速发展，以及这些技术的融合，诞生了计算机科学技术的一个非常具有活力的分支——多媒体技术。多媒体技术使得计算机具有综合处理文字、声音、图形、图像和视频信息等能力，通过多种媒体信息的获取、编辑、传递和再现，使计算机能更好地再现人类的自然世界，极大地改善了人机交互界面，改变了人们使用计算机的方式，给人们的工作和生活带来巨大的变化。因此有人说: 多媒体信息处理技术与通信技术、信息网络技术的融合和发展标志着以计算机信息处理为核心的新技术革命，把人类社会从依靠自然资源的工业时代推进到以信息、知识为重要资源的信息时代。 多媒体技术要解决的首要问题是计算机系统如何采集、存储和处理声音、图像、视频等多种媒体信息。不管是声音、图像还是视频，要让计算机能够处理，都必须数字化，用二进制格式来表示，那么多媒体信息数字化的过程是怎样的？数字化后的多媒体信息的数据量非常庞大，给存储器的存储容量以及通信网络的带宽带来极大的压力，如何使用多媒体数据压缩软件缓解这一压力，并使多媒体的实时处理成为可能？另外，在诸多的多媒体处理软件中，如何正确地选择和综合运用这些软件，在计算机中修饰、美化、表达和串联人们的现实世界或者人们天马行空的想象世界呢？ 接下来，我们也假设一个任务，学习者通过完成这个任务，来掌握一些多媒体技术的基本知识和一些轻量级软件的使用方法，逐步解决以上各种问题。任务描述: 主题: 创作一段3～5min的小视频，并将小视频分别刻录成数据光盘和DVD视频光盘。 要求: （1） 视频以介绍云南或者贵州的旅游产业为主题。 （2） 小视频中应包含配音和字幕，并且所有配音与字幕同步。 （3） 制作的DVD光盘需要能在计算机光驱或DVD播放机中播放。 大学计算机基础实验教程（第2版）第5章多媒体编辑同样可以将这个任务分成四步。 **步，设计场景和台词。 第二步，采集素材。选择或者编辑相关的图片，录制原始视频素材等。 第三步，录制和编辑声音，编辑视频。 第四步，完成光盘制作。 其中，**步可参照第3章中介绍的创建思维导图的方法，根据“云南旅游产业调研报告的思维导图”设计场景，根据第1章中完成的“云南旅游产业调研报告”设计台词；而从第二步开始，我们希望通过攻克为达成任务目标所设置的实验关卡，一步步完成该任务。 5.2采集图像和视频〖1〗5.2.1视频和图像在计算机中的表示本章的目标主要是制作一个视频。视频对于人们来说，再熟悉不过，每天网络上各种类型的视频让人应接不暇，人们的手机流量从每个月几MB到现在的每个月几GB甚至上百GB，其中很大一部分都贡献给了视频。然而，接触了那么多的视频，你确定你真的了解视频吗？ 我们知道，人眼在观察景物时，当看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1～0.4s，这种现象被称为视觉暂留现象。那么将一幅幅独立的图像按照一定的速率连续播放，在眼前就形成了连续运动的画面，这就是动态图像或运动图像，其中每一幅图像称为一帧。当每一帧的图像是实时获取的自然景物图像时，称为动态影像视频，简称视频。因此，这样看来，视频事实上就是一系列连续播放的图像。这样似乎瞬间简单多了。 图51图像的详细信息 【小贴士】视频与动画的区别是，当运动图像的每一帧是由人工或计算机产生的图像时，称为动画。 然而，图像又是什么？计算机不是说好的只能处理0和1这样的信息吗，现实世界的图像又怎样能够用计算机来存储和处理呢？右击任意一幅图像，选择“属性”选项的“详细信息”选项卡，会看到有关该图像的详细信息如图51所示，其中有分辨率、位深度、像素等名词，我们看似熟悉，可又说不出个所以然来。所以，别着急，给点耐心，我们一起先来深入了解一下有关图像的基础知识。 图像是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真，是人类社会活动中*常用的信息载体。或者说图像是对客观对象的一种表示，它包含了被描述对象的有关信息。照片、绘画、剪贴画、地图、书法作品、手写汉字、传真、卫星云图、影视画面、X光片、脑电图、心电图等都是图像。图像根据图像记录方式的不同可分为两大类: 模拟图像和数字图像。 对于现实世界的自然景物或使用光学透镜系统在胶片上记录下来的图像，任何两点之间都有无穷多个点，图像颜色的变化有无穷多个值，这种在二维空间中位置和颜色都是连续变化的图像称为模拟图像，也叫连续图像。数字图像又称为数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示，由数组或矩阵表示，其光照位置和强度都是离散的，是计算机或数字电路可以存储和处理的图像。目前来说，由数码相机、扫描仪、坐标测量机、airborne radar设备输入的图像都是数字图像。数字图像通常由模拟图像数字化得到，模拟图像转换成数字图像的过程就是图像的数字化过程。图像的数字化需要经过采样、量化和编码这3个步骤。 1. 采样 一幅彩色图像可以看作是二维连续函数f(x,y），其颜色f是坐标(x,y）的函数，图像数字化的**步是按一定的空间间隔自左到右、自上而下提取画面颜色信息，假设我们对二维连续函数f(x,y）沿x方向以等间隔Δx采样，采样点数为M，沿y方向以等间隔Δy采样，采样点数为N，人们通常提到的分辨率，其实就是数字化过程中对一幅模拟图像采样的数量，即M×N。采样后得到的各个点，称为像素。颜色函数f(x,y）是在这些像素上的取值，构成一个M×N的离散像素矩阵\[f(x,y)\]M×N。 2. 量化 采样后的每个像素的颜色可以是无穷多个颜色中的任何一个，即颜色的取值范围仍然是连续的。计算机只能处理有限种颜色，因而，需要对颜色的取值进行离散化处理，即把近似的颜色划分为同一种颜色，将颜色取值限定在有限个取值范围内，这一离散化过程称为量化。例如，假设限定一幅图像的颜色只有黑白两种，则该幅图中表示每个像素的颜色只需要一个二进制位；如果量化的颜色取值有16个，则用来表示该幅图每个像素颜色需要24个值，也就是需要4个二进制位。表示每个像素的颜色所使用的二进制位数，称为像素深度，也称为位深度，单位是位（bit）。 3. 编码 将量化后每个像素的颜色用不同的二进制编码表示，于是就得到M×N的数值矩阵，把这些编码数据一行一行地存放到文件中，就构成了数字图像文件的数据部分。一般完整的数字图像文件中，除了这些表示图像的数据外，还有一些关于图像的控制信息，如图像大小、颜色种类、压缩算法等。 【小贴士】在不同的应用场合，人们需要用不同的描述颜色的量化方法，这便是颜色模型。例如，显示器采用RGB模型；打印机采用CMYK模型；从事艺术绘画的人习惯用HSB模型等。数字图像的生成、存储、处理及输出时，对应不同的颜色模型需要做不同的处理和转换。关于颜色模型的话题，大家可查阅相关资料进行自学。 下面通过一个例子来说明图像的数字化过程。图52是一幅图像，从左到右、自上而下各取16个采样点进行采样，就得到一个16×16的像素矩阵。由于这幅图是单色图，只有黑白两种颜色，在计算机中只需要1个二进制位来表示这两种颜色。假设用1表示黑色，0表示白色，于是就得到一个16×16的数值矩阵，如图53所示。*后，将这些数据一 图52图像的数字化 图53数字图像的表示 行一行地存放到图像文件中，一幅单色图像就经过数字化处理在计算机中存储了。当然，图像文件中除了这些图像数据以外，还包括其他一些控制信息。实验关卡51: 计算图像的大小。 实验目标: 理解图像数字化的基本过程。 实验内容: 图51中显示的图像，其分辨率为960×1280像素，位深度为24，试解释该图像的大小为何是3.51MB？给出推演过程。 5.2.2图像的格式有哪些 用于描述数字图像的文件大致上可以分为两大类: 一类为位图文件；另一类为矢量类文件。前者以点阵形式描述图形图像；后者是以数学方法描述的一种由几何元素组成的图形图像（又通常称为图形文件）。本节所介绍的图像文件类型均是指狭义的位图文件。 存储同一幅图像可以有多种不同类型的文件格式，出现多种格式的原因是图像的应用目的以及处理图像所采用的计算机软硬件不同。不同格式的图像文件可通过图像处理软件进行转换。根据存储时图像信息是否损失，可分为有损压缩格式和无损压缩格式两类。下面介绍几种常见的图像文件格式。 （1） BMP: 文件扩展名为bmp。BMP是BitMap（位图）的缩写，是标准的Windows图像文件格式，在Windows环境下运行的图像处理软件都支持这种文件格式。BMP文件一般不进行数据压缩，因此所占的存储空间较大。 （2） GIF: 文件扩展名为gif。GIF（Graphics Interchange Format）是由美国的CompuServe公司开发的图像文件格式，是网页上常用的图像文件格式。GIF文件采用无损压缩技术进行存储，不丢失信息，同时减少存储空间。GIF可以用1～8位表示颜色，因此*多表示256种颜色。一个GIF文件中可以存储多幅图像，而且这多幅图像可以按一定的时间间隔显示，形成动画效果。 （3） JPEG: 文件扩展名为jpg或jpeg。JPEG（Joint Photographic Experts Group）是联合图像专家组的英文缩写，这是一个由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合组成的专家组，负责制定静态的数字图像压缩标准。该专家组制定的**个静态数字图像数据压缩的国际标准，就称为JPEG标准。该标准采用一种有损压缩算法，但在一定分辨率下视觉感受并不明显，其压缩比可以达到5∶1～50∶1。 （4） TIFF: 文件扩展名为tiff或tif。TIFF（Tag Image File Format）是标记图像文件格式，是由Alaus与Microsoft公司共同研制开发。它是一种灵活的跨平台的图像文件格式，与计算机结构、操作系统以及图像处理硬件无关，适用于大多数的图像处理软件。 （5） PNG: 文件的扩展名为png。PNG（Portable Network Graphics）是可移植的网络图像格式。它是为适应网络数据传输而设计的一种图像文件格式。它采用无损的压缩算法来减少文件大小。存储彩色图像时，像素深度可多达48位。PNG的缺点是不支持动画应用效果。 （6） EPS: 文件的扩展名为eps或epsf。EPS是Encapsulated PostScript的缩写，是跨平台的标准格式，但苹果机的用户用得较多。EPS格式采用PostScript语言进行描述，并且可以保存其他一些类型信息，如色调曲线、分色、剪辑路径等，因此常用于印刷或打印输出。 此外还有许多*初是为某些图像处理软硬件专门设计开发的专用图像文件格式，如PCX、PSD、CDR、TGA、EXIF、PCD、DXF、UFO等，但随着软件的普及同时为了交流方便，逐步也成为较为通用的格式为用户所熟知。 一般的图像处理软件都能兼容多种图像文件格式，用户可根据不同的应用需求选择适合的格式进行存储和处理图像。例如，如果需要高质量图像打印输出，一般要存储成如TIFF、EPS格式；如果是三维制作或视频输出，*好用TGA格式；JPEG格式目前应用非常广泛，虽然是有损压缩，但只要不是用太高压缩比例，肉眼分辨不出图像的损失，在网络中普遍应用；PNG格式虽然是*好的网络图像格式，可需注意的是较低版本的浏览器不支持；而如果需要网络活动图像可采用GIF格式。 5.2.3图像的获取和编辑 讲了这么多，可别忘了初心: 制作视频，我们是认真的。与PPT的制作一样，图片同样也是视频制作中的常用元素之一。数码产品和互联网的高速发展，使得人们很容易就能获得海量的图片，人们轻易就能将身边的景象通过手机或者相机记录下来，并共享到互联网上。与制作PPT一样，制作视频时选用的图片，同样需要从美观、创意、内容关联性这3个方面来考虑。这样，除了通过自己拍摄、互联网下载等方式获得图片外，还可以通过截图工具，截取屏幕或是屏幕的一角获得。针对不尽如人意的图片，也可以使用一些图片编辑软件，对图片进行编辑和修改。下面来介绍Windows自带的几种图片处理工具。 1. Windows截图工具 在第3章中，已经制作一个精美的PPT，或许我们想，某一页PPT正是我们想要的图片素材，那么除了将PPT直接另存为图片格式的文件之外，还可以直接使用Windows截图工具，截取屏幕上的PPT页面。操作如下。 (1) 在“开始”→“Windows附件”菜单中，选择“截图工具”命令，打开截图工具，如图54所示。 （2) 单击“模式”按钮右侧的倒三角符号，选择“矩形截图”模式，如图55所示。 （3) 拖动鼠标，截取屏幕上的任意位置的图像；松开鼠标，截图将自动显示在截图工具的窗格中。 （4) 单击“工具”菜单栏中的“笔”选项，如图56所示，选择用指定颜色的笔，对截图进行简单的注释。如图57所示。 图54打开截图工具 图55选取截图模式 图56使用工具编辑截图 图57编辑截图 （5) 单击工具栏上的“保存”图标，可将截图保存为JPG、JIF或PNG格式的图像。 【小贴士】使用键盘上的PrtSc键，同样可以完成截取屏幕的操作，但该操作截取的是整个屏幕。 2. Windows画图工具 事实上，“Windows 附件”中还有一个画图工具，可以与截图工具配合使用，能够更好地完成图像的截取和编辑。按下键盘上的PrtSc键，或者使用截图工具截取屏幕后，可打开画图工具，按下Ctrl+V键，直接将截获的图像粘贴在画图工具中。在这里你可以为截图添加文字、图形、填充效果等，也可以对图像进行旋转、调整大小等操作。由于操作界面简单，这里就不多做介绍了，大家通过自学以及完成实验关卡的内容，掌握画图工具的使用方法。实验关卡52: 比较不同格式图像文件之间的差异。 实验目标: ①自学Windows画图工具； ②理解数字图像的性能指标，认识不同图像格式之间的差异。 实验内容: 给定图片“彩色梯田.bmp”，利用Windows的画图工具，将该图像文件另存为不同的文件格式，如BMP、JPG、GIF格式，填写表51。 表51不同格式图像文件的大小和质量比较 文件名称文件类型文件大小/KB位深度质量描述二值黑白位图16色位图256色位图彩色梯田.bmp真彩色24位图1407JPG图像GIF图像3. 照片工具 作为Windows 10的伴随应用，“照片”工具在经历多次的升级更新后，功能越来越丰富易用，依托*新Win 10 Insider版本，“照片”工具已经可以满足大部分用户的编辑需求了。右击图片，选择使用Windows 10自带的“照片”工具打开，单击右上角工具栏中的“编辑”命令即可进入编辑模式，如图58所示。 图58照片编辑主界面 目前照片工具可进行的编辑功能大致分为裁剪和旋转、增强、调整三大部分。 （1） 裁剪和旋转: 该功能允许用户从一张照片中选取重点部分，并且可以在一定范围内旋转角度。 （2） 增强: 主要是给照片添加色彩和材质效果，其中“增强照片”栏目可以对照片效果进行一键增强处理，达到快速美化的效果；而“选择滤镜”栏目中，预置了15种滤镜效果，可根据需要选择一种滤镜效果，然后拉动照片下方的滑块来决定滤镜的深度。 （3） 调整: 该模块的主要功能是对照片的光线、颜色、清晰度等参数进行调整，调整方法也都是通过滑块来进行。该模块同时还支持照片红眼和斑点去除两种特殊处理功能。实验关卡53: 综合运用Windows自带的图像处理软件。 实验目标: 能够自如选择Windows自带的图像处理软件进行图片编辑。 实验内容: 获取实验关卡38的结果中的目录页图像，增强其艺术效果，要求: ①为原图增加一个蓝色云彩图形，并添加“晕影”和Sahara滤镜效果，强度分别为80和40； ②按照16∶9的比例裁剪图片，右下角添加作者姓名； ③利用画图工具，将椭圆形选中部分填充为“普通铅笔”效果； ④将*终图像大小设置为1024×600像素，处理结果另存为“封面效果.jpg”，如图59所示。 图59“封面效果”样张 5.2.4视频的获取和参数分析 图510视频的详细信息任务的第二步，除了选择和编辑图片之外，我们还需要录制原始视频素材。大家知道，录制视频的方式有多种，其中，在对视频质量要求并不太高的情况下，大家首选的一定是用手机的摄像头录制。根据设计好的场景，选择合适的场地和道具，然后演员便可开始表演了。 当然，一定也有人采用其他的方式录制视频，如数码照相机、数码摄像机、计算机摄像头等。录制完一段视频，或许你会发现，你的苹果手机录制的视频存储成了MOV文件，别人的其他手机可能是MP4或者AVI等格式的。并且，查看不同的视频属性，其“详细信息”选项卡中显示的参数也不尽相同，如图510所示。这些陌生又熟悉的名词是不是又勾起了你的好奇心，这些参数是什么意思？ 帧宽度和帧高度: 帧宽度和帧高度就是组成视频的图像的宽度和高度。可以类比前面学过的图像的分辨率的概念。 数据速率: 单位时间内在信息传输通道上