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第十一章 多媒體概論. 課前指引 現今資訊產業能夠蓬勃發展，深入各個角落與應用場合，全拜網路與多媒體之賜，在接下來的三個章節中，我們將分別介紹多媒體與網路的原理與應用。多媒體簡單來說，就是包含了多種的媒體，包含文字、音訊、影像與視訊、動畫等，使得資訊的呈現得以豐富化，並應用於各式各樣的場合。. 第十一章 多媒體概論. 早在十年前，多媒體就成為資訊領域的一個分支，許多資訊科系都有多媒體組，甚至將多媒體獨立為一個系所，可見多媒體在資訊普及與推廣上扮演非常重要的關鍵角色。在本章中，我們將從多媒體的定義與種類開始介紹，進而說明多媒體的基本原理與常見應用。. 章節大綱. - PowerPoint PPT Presentation
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第十一章 多媒體概論第十一章 多媒體概論
課前指引現今資訊產業能夠蓬勃發展深入各個角落與應用場合全拜網路與多媒體之賜在接下來的三個章節中我們將分別介紹多媒體與網路的原理與應用多媒體簡單來說就是包含了多種的媒體包含文字音訊影像與視訊動畫等使得資訊的呈現得以豐富化並應用於各式各樣的場合
早在十年前多媒體就成為資訊領域的一個分支許多資訊科系都有多媒體組甚至將多媒體獨立為一個系所可見多媒體在資訊普及與推廣上扮演非常重要的關鍵角色在本章中我們將從多媒體的定義與種類開始介紹進而說明多媒體的基本原理與常見應用
第十一章 多媒體概論第十一章 多媒體概論
章節大綱
備註可依進度點選小節
111 什麼是多媒體112 文字 116 視訊媒體
114 影像及圖形媒體117 資料壓縮原理118 多媒體的技術發展與整合應用
115 動畫媒體
113 音訊媒體
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多媒體就是多種媒體的意思而什麼是媒體 (Media)呢媒體是資訊傳播的內容工具與載體舉例來說電視廣播電腦網路報章雜誌路邊大型廣告物等都屬於媒體這些媒體的工具與載體有些區別
bull 無線電視與廣播牽涉到頻率與台內設備bull 網路則牽涉到網站伺服器與頻寬
並且因為工具與載體的區別也會影響內容的區別bull 例如廣播就不牽涉到影像而報章雜誌不會牽涉到視訊這是因為設備的緣故bull 早期電腦功能不發達之前其內容也僅限於文字而與影音無關甚至在網路與錄製設備不發達之前影音內容的發展也受到很大的侷限
換句話說工具與載體當然會影響媒體的表現方式bull 雖然工具與載體會影響內容的傳播效率與結果但當單獨提到多媒體時通常不會考慮工具與載體只會強調資訊內容的多樣性bull 只有在單獨提到某類媒體時我們才會介紹其製作工具與載體的影響
111 什麼是多媒體
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有了上述概念之後我們可以給多媒體一個定義如下多媒體 (Multimedia)是
bull 在進行資訊的製作與傳播時使用並整合一個以上的媒體這些媒體的內容種類包含文字音訊圖形影像視訊動畫以及未來隨著硬體設備增加而產生的新種類（例如立體投影）舉例來說bull 早期的默劇電影只有影像沒有聲音沒有文字而後來加入了聲音音訊文字甚至是最新流行的動畫之後電影就成了多媒體的一種展現
111 什麼是多媒體
圖 11-1 多媒體內容包含各式各樣的資訊呈現形式
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
早在十年前多媒體就成為資訊領域的一個分支許多資訊科系都有多媒體組甚至將多媒體獨立為一個系所可見多媒體在資訊普及與推廣上扮演非常重要的關鍵角色在本章中我們將從多媒體的定義與種類開始介紹進而說明多媒體的基本原理與常見應用
第十一章 多媒體概論第十一章 多媒體概論
章節大綱
備註可依進度點選小節
111 什麼是多媒體112 文字 116 視訊媒體
114 影像及圖形媒體117 資料壓縮原理118 多媒體的技術發展與整合應用
115 動畫媒體
113 音訊媒體
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多媒體就是多種媒體的意思而什麼是媒體 (Media)呢媒體是資訊傳播的內容工具與載體舉例來說電視廣播電腦網路報章雜誌路邊大型廣告物等都屬於媒體這些媒體的工具與載體有些區別
bull 無線電視與廣播牽涉到頻率與台內設備bull 網路則牽涉到網站伺服器與頻寬
並且因為工具與載體的區別也會影響內容的區別bull 例如廣播就不牽涉到影像而報章雜誌不會牽涉到視訊這是因為設備的緣故bull 早期電腦功能不發達之前其內容也僅限於文字而與影音無關甚至在網路與錄製設備不發達之前影音內容的發展也受到很大的侷限
換句話說工具與載體當然會影響媒體的表現方式bull 雖然工具與載體會影響內容的傳播效率與結果但當單獨提到多媒體時通常不會考慮工具與載體只會強調資訊內容的多樣性bull 只有在單獨提到某類媒體時我們才會介紹其製作工具與載體的影響
111 什麼是多媒體
5
有了上述概念之後我們可以給多媒體一個定義如下多媒體 (Multimedia)是
bull 在進行資訊的製作與傳播時使用並整合一個以上的媒體這些媒體的內容種類包含文字音訊圖形影像視訊動畫以及未來隨著硬體設備增加而產生的新種類（例如立體投影）舉例來說bull 早期的默劇電影只有影像沒有聲音沒有文字而後來加入了聲音音訊文字甚至是最新流行的動畫之後電影就成了多媒體的一種展現
111 什麼是多媒體
圖 11-1 多媒體內容包含各式各樣的資訊呈現形式
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
章節大綱
備註可依進度點選小節
111 什麼是多媒體112 文字 116 視訊媒體
114 影像及圖形媒體117 資料壓縮原理118 多媒體的技術發展與整合應用
115 動畫媒體
113 音訊媒體
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多媒體就是多種媒體的意思而什麼是媒體 (Media)呢媒體是資訊傳播的內容工具與載體舉例來說電視廣播電腦網路報章雜誌路邊大型廣告物等都屬於媒體這些媒體的工具與載體有些區別
bull 無線電視與廣播牽涉到頻率與台內設備bull 網路則牽涉到網站伺服器與頻寬
並且因為工具與載體的區別也會影響內容的區別bull 例如廣播就不牽涉到影像而報章雜誌不會牽涉到視訊這是因為設備的緣故bull 早期電腦功能不發達之前其內容也僅限於文字而與影音無關甚至在網路與錄製設備不發達之前影音內容的發展也受到很大的侷限
換句話說工具與載體當然會影響媒體的表現方式bull 雖然工具與載體會影響內容的傳播效率與結果但當單獨提到多媒體時通常不會考慮工具與載體只會強調資訊內容的多樣性bull 只有在單獨提到某類媒體時我們才會介紹其製作工具與載體的影響
111 什麼是多媒體
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有了上述概念之後我們可以給多媒體一個定義如下多媒體 (Multimedia)是
bull 在進行資訊的製作與傳播時使用並整合一個以上的媒體這些媒體的內容種類包含文字音訊圖形影像視訊動畫以及未來隨著硬體設備增加而產生的新種類（例如立體投影）舉例來說bull 早期的默劇電影只有影像沒有聲音沒有文字而後來加入了聲音音訊文字甚至是最新流行的動畫之後電影就成了多媒體的一種展現
111 什麼是多媒體
圖 11-1 多媒體內容包含各式各樣的資訊呈現形式
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
4
多媒體就是多種媒體的意思而什麼是媒體 (Media)呢媒體是資訊傳播的內容工具與載體舉例來說電視廣播電腦網路報章雜誌路邊大型廣告物等都屬於媒體這些媒體的工具與載體有些區別
bull 無線電視與廣播牽涉到頻率與台內設備bull 網路則牽涉到網站伺服器與頻寬
並且因為工具與載體的區別也會影響內容的區別bull 例如廣播就不牽涉到影像而報章雜誌不會牽涉到視訊這是因為設備的緣故bull 早期電腦功能不發達之前其內容也僅限於文字而與影音無關甚至在網路與錄製設備不發達之前影音內容的發展也受到很大的侷限
換句話說工具與載體當然會影響媒體的表現方式bull 雖然工具與載體會影響內容的傳播效率與結果但當單獨提到多媒體時通常不會考慮工具與載體只會強調資訊內容的多樣性bull 只有在單獨提到某類媒體時我們才會介紹其製作工具與載體的影響
111 什麼是多媒體
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有了上述概念之後我們可以給多媒體一個定義如下多媒體 (Multimedia)是
bull 在進行資訊的製作與傳播時使用並整合一個以上的媒體這些媒體的內容種類包含文字音訊圖形影像視訊動畫以及未來隨著硬體設備增加而產生的新種類（例如立體投影）舉例來說bull 早期的默劇電影只有影像沒有聲音沒有文字而後來加入了聲音音訊文字甚至是最新流行的動畫之後電影就成了多媒體的一種展現
111 什麼是多媒體
圖 11-1 多媒體內容包含各式各樣的資訊呈現形式
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
19
顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
20
HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
21
RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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有了上述概念之後我們可以給多媒體一個定義如下多媒體 (Multimedia)是
bull 在進行資訊的製作與傳播時使用並整合一個以上的媒體這些媒體的內容種類包含文字音訊圖形影像視訊動畫以及未來隨著硬體設備增加而產生的新種類（例如立體投影）舉例來說bull 早期的默劇電影只有影像沒有聲音沒有文字而後來加入了聲音音訊文字甚至是最新流行的動畫之後電影就成了多媒體的一種展現
111 什麼是多媒體
圖 11-1 多媒體內容包含各式各樣的資訊呈現形式
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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目前電腦與網路的資訊呈現已經是多媒體的模式首先我們先來認識常見媒體的種類有哪些文字 (Text)bull 文字是電腦最早期與人類溝通的方式文字除了本身的意涵之外也可以藉由一些特效來表達更多的語意例如粗體斜體字型的設定等除此之外文字也常被用來做為輔助說明其他媒體之用進而使得其他媒體得以被搜尋進而使得資訊得以流通音訊 (Sound)bull 正如同人類科技的發展史一般在文字之後音訊成為了電腦提供的第二種媒體形式bull 音訊簡單來說就是聲音的訊號因為聲音本身原是類比訊號它是由於物體的震動而產生具備能量特性可透過空氣液體等介質以波（聲波）的形式進行傳遞達到資訊傳遞的目的bull 要利用聲音作為一種媒體就必須儲存聲音的訊號也就是音訊由於電腦屬於數位機器因此需要透過一些方法將聲音進行編碼為數位訊號然後才能儲存播放與傳遞在電腦與網路之間除非在播放時否則只需要維持編碼後的數位訊號即可bull 除了自然界的原始聲音之外電腦也可以透過 MIDI音效模擬樂器的聲音
1111 多媒體的種類
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
20
HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
53
TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖形影像 (Graph and Image)bull 圖形和影像的區別就如同圖畫與照片
ndash 圖形指的是從無到有創造出來的圖案ndash 而影像則是將自然界呈現的景色擷取而成當中可經過加工而進行改造
bull 圖形ndash 圖形是表達資訊的一種良好手段很早就被使用於人類發展史之中例如統計表架構圖等ndash 在不易透過文字進行簡單描述的情況下利用圖形來表達資訊是一種非常好的方式ndash 隨著軟體的進步現在透過電腦繪製圖形不但能繪製 2D圖形也能繪製 3D圖形
bull 影像ndash 自從人類發明照像的拍攝技術以來影像就一直是人類保存與傳達資訊的重要技術之一ndash 在電腦不普及的年代影像就有加工的需求現在隨著軟硬體的進步不論是影像的取得影像的存放影像的加工以及影像的流通都更加得方便
1111 多媒體的種類
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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動畫 (Animation)bull 如果將一張張連續的圖形快速播放就會變成動畫早期的卡通影片是利用人類眼睛的視覺暫留原理而製作電腦的動畫也是採用相同的原理bull 傳統動畫的製作必須建立大量的圖形會耗費大量時間與人力為了更快速製作動畫現在有些軟體可以藉由插補技術由電腦自行計算完成所需要的中間圖形bull 同樣地動畫也可以區分為 2D動畫與 3D動畫
圖 11-2 Flash 動畫常應用於網站首頁
1111 多媒體的種類
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1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
9
1111 多媒體的種類視訊 (Video)
bull 影像只是靜態的拍攝而動態的攝影就是視訊錄影結果可以經過編修等加工後形成視訊bull 早年製作電腦視訊內容是困難的只有專業的工作室才能完成bull 拜錄影設備的普及電腦硬體效能的提升軟體的改良與網路頻寬的加大視訊儼然成為傳達資訊的最新潮流使得視訊媒體不再被電視台電影所壟斷這個變化讓一般的素人與業餘愛好者也能夠分享自己的影片給全世界的人們
圖 11-3 Youtube 影音分享平台對於視訊媒體的發展具有極大的貢獻
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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多媒體已經應用在生活中的各種場合並且提升了這些應用的趣味性效率性推廣性等多項優點以下是常見的應用 網路bull 網頁本身就可以加入多媒體的資訊除了文字以外也可以加入音訊視訊動畫等這些多媒體效果使得大眾更願意瀏覽網頁透過網際網路進行資訊的傳達bull 除了網頁之外在點對點的網路溝通上（如 MSN）也加入了即時視訊效果或音訊的傳達使得網路的應用不再侷限於文字的溝通甚至已經搶食到原有的電話市場教學bull 多媒體教學在過去十年一直是電腦教學強調的重點其實在過去未使用電腦進行教學之前教師們或書商就經常藉由畫圖或播放事先製作好的影片來補強文字上的說明將這些教材加入到電腦教學中是最自然不過的事bull 除此之外互動也常是教學的一種手段為此多媒體也透過程式設計或工具發展出具有互動效果的內容稱之為互動式多媒體bull 未來的電子書不再是單純的將書變成電子化而已還會加入許多互動式效果使得讀者能夠更快地吸收與理解書中所要傳達的資訊
1112 多媒體的應用
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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娛樂bull 娛樂是多媒體的主要產業之一例如 3D電影動畫電影線上遊戲等許多都是依靠多媒體軟體的改善使得原本難以製作的效果越來越容易完成這也使得這些產業所需的人才不再難以找尋進而擴大了產業的產能 導覽
bull 不論是博物館或園區的導覽通常影片或地圖會比單純的文字說明來得容易傳達資訊因此多媒體特別適合用於導覽的應用bull 除此之外互動式多媒體更是導覽的一大利器可以讓遊客在實際遊覽前先透過與電腦的互動預覽即將瀏覽的目的地並規畫出遊覽路線
1112 多媒體的應用【互動式多媒體】互動式多媒體並不僅止應用於教學上諸如遊戲導覽等只要是希望與使用者透過互動增加效果的應用場合都可以如此設計
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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1113 多媒體產業多媒體產業包含 (1)硬體製造商 (2)軟體供應商 (3)內容提供者各產業須注意的重點略有不同說明如下多媒體硬體製造商
bull 多媒體的發展是為了讓資訊透過電腦發布時可以獲得使用者更大的迴響bull 換句話說單純的電腦與電腦間的通訊多媒體是沒有意義的而在電腦與人的溝通上多媒體就變得重要很多bull 硬體是多媒體的根本不論軟體如何發展最終都需要透過多媒體硬體將其成果展現給使用者或由使用者處取得資訊bull 在前面我們知道多媒體包含眾多種類除了基本的文字只需要使用到鍵盤與螢幕之外其餘的媒體大多需要額外的硬體設備以便 (1)加強使用者的接受度或 (2)提供更方便的內容製作方式而這也是多媒體硬體製造商的發展重點
13
1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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1113 多媒體產業bull 這些硬體包含
ndash 影像媒體的硬體設備如數位相機影像擷取卡與掃描機等ndash 視訊媒體的數位攝影機網路攝影機影像擷取卡螢幕投影機等ndash 音訊媒體的喇叭耳機與麥克風等ndash 圖形媒體的數位版 繪圖版ndash 以及互動式多媒體的觸控螢幕體感設備如 Wii的陀螺儀及Kinect的深度感應器與陣列式麥克風等
圖 11-4 Kinect 是一種微軟推出的體感遊戲設備目前可應用於 Xbox360 遊戲 Kinect 藉由彩色與紅外線共三組攝影機所構成的深度感應器擷取使用者的動作並進行判斷
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1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
14
1113 多媒體產業軟體供應商
bull 多媒體的軟體供應商的主要發展方向是提供更多製作工具給製作多媒體內容的使用者使用ndash 例如影像處理軟體影片剪輯軟體動畫製作軟體等
bull 這些軟體的發展方向不外乎兩點ndash (1)讓使用者更方便地製作出某些特效ndash (2)減少媒體內容的所需容量
bull 舉例來說傳統動畫必須一張一張的製作然後快速播放而動畫製作軟體則只需要製作第一張原始圖形與其內的物件而移動物件所需要的其餘圖形則可以透過軟體計算方式進行插補省去了非常多的製作成本bull 除此之外空間是發展多媒體常會遇到的瓶頸其主要原因並不在於硬碟容量的大小而是網路傳輸的頻寬bull 因此眾多軟體廠商或研究單位都專注於如何透過壓縮技術降低多媒體的容量
ndash 例如 JPEG格式就是將點陣圖進行破壞性壓縮只保留人類視覺感官能夠分辨的資訊其餘資訊則可不需要完全保留
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1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
15
1113 多媒體產業bull 多媒體的軟體供應商最著名的是 Adobe Autodesk與Corel
ndash Adobe發展的套裝軟體版本為 Creative Suite簡稱 CcedilS包含了 Photoshop影像處理軟體 Illustrator繪圖軟體 InDesign排版軟體 Flash動畫製作軟體 Dreamweaver網頁製作軟體 Premiere剪輯軟體 After Effects後製效果軟體等等ndash Autodesk公司早期是發展 AutoCAD工程軟體的廠商這個軟體在建築與機械設計的市占率獨居矛頭奠定了大量的技術基礎爾後為了發展電影遊戲與娛樂事業所需要的軟體併購了相關的企業推出的 Maya軟體主要是應用於 3D動畫的製作而3ds Max則在 3D繪圖具有龐大的市占率同時也跨足 3D動畫製作
ndash Corel公司早期的產品為 WinZip和 WordPerfect等辦公室軟體以及 CorelDRAW向量圖形製作軟體爾後則併購了相關的企業推出的 Painter可用於電腦繪圖 PaintShop Photo則是影像編輯軟體會聲會影是一套簡單的視訊編輯軟體值得注意的是發展影像編輯軟體 PhotoImpact的台灣本土企業友立資訊也是被這家公司所併購
16
1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
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表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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1113 多媒體產業內容提供者
bull 談及內容提供者時一般都是以影音效果的製作為主bull 這些使用者主要是透過上述所介紹的各種軟硬體取得多媒體的內容加以編修或製作bull 目前有許多科技大學都成立了多媒體應用系其主要的學習內容就在於熟悉上述各軟體的操作方式bull 除此之外傳統的電影美術等科系為了迎接資訊時代也都必須學習上述的軟體
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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文字是電腦與人溝通最早出現的媒體文字能清楚表達要傳遞的訊息是最常用的多媒體之一尤其全球資訊網流行後網頁的文字超鏈結和關鍵字搜尋更是傳達訊息的利器文字需儲存為文字檔案的格式並具有儲存空間小利於電腦處理可呈現的內容精確等特點
圖 11-5 文字媒體可清處表達傳遞的訊息
112 文字
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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一般手寫文字的特性可能只有語言上的區分而電腦文字的特性則包含眾多面向例如輸入方式編碼格式顯示格式輸出對象檔案類型等分述如下文字可利用多種輸入方式常見者如下bull 直接使用鍵盤搭配各種輸入法進行輸入常見的繁體中文輸入法有倉頡注音新注音大易行列嘸蝦米等bull OCR光學字元辨識先將文字文件掃描為圖檔再使用 OCR光學字元辨識技術將其中的文字圖形辨識出來bull 手寫辨識可使用手寫板觸控板甚至是觸控螢幕進行手寫輸入然後透過手寫辨識軟體將圖形轉換為文字bull 語音辨識語音辨識最主要的目的是希望電腦聽懂人類說話的聲音然後轉換成文字也可進一步命令電腦執行相對應的工作或只將文字進行儲存與顯示編碼格式bull 文字必須以特定的內碼格式儲存在各類文字檔案中半形的英文與數字字元以 ASCII碼為主而台灣慣用的繁體中文則以 Big-5碼為主簡體字是 GB2312碼
bull 而隨著 Web的普及目前許多文字已經不論是否為英文中文或日文都採萬國字元 UniCode進行編碼
1121 文字的特性
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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顯示格式包含顯示的字型顏色特效（如粗體斜體）等其中字型又分為點陣字型與向量字型兩種輸出對象傳統文字的輸出對象為螢幕或印表機而目前也已經開發出語音輸出可透過特定軟體將文字用擴音設備唸出來文字檔案的常見類型至少包含兩大類如下bull 無描述之文字檔此類文字檔只包含文字本身的資料並無其他描述用的資訊 TXT檔案為其最常見之檔案類型使用記事本軟體即可開啟編輯與撰寫其他如 BAT檔也是如此但 BAT檔具有特定用途（其內容為要批次執行的指令）
bull 包含描述之文字檔這類檔案包含一些描述資訊用以描述字體顏色特效等常見的有下列幾種
圖 11-6 使用記事本編輯純文字 TXT 檔
1121 文字的特性
20
HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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HTML檔案bull HTML是網頁檔但本質為純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）當中除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些描述資訊以標籤（或屬性）型式出現例如 ltbgt代表粗體XML檔案
bull XML檔的本質是純文字檔（可使用純文字編輯器編輯）而用途廣泛不受限制在 XML檔案中可包含各項資料的本身以及描述資料的資料 (MetaData)這些描述訊息也是使用標籤格式出現但並未限制其用途可由使用者自定故 XML是一種標籤描述語言(Meta Language)例如 W3C利用 XML制定了XHTML而 XHTML中的標籤如同 HTML標籤的功能
1121 文字的特性
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
35
音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
56
點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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RTF檔案bull RTF(Rich Text Format豐富文字格式 ) 是微軟制定的文字描述檔格式除了代表資料的文字外還包含一些描述資訊這些資訊仍可使用純文字編輯器（如記事本）來觀察用途是描述字型及邊框等格式使用 WordPad即可製作 RTF文件檔並且在 Word中也可顯示其效果
解讀為
圖 11-7 RTF檔內容與WordPad解讀 RTF檔
rtf1ansiansicpg950deff0deflang1033deflangfe1028fonttblf0fromanfprq2fcharset136 b773b2d3a9fac5e9f1fmodernfprq6fcharset136 b773b2d3a9fac5e9colortbl red0green0blue255red255green0blue0generator Msftedit 541212506viewkind4uc1pardcf1lang1028f0fs20 This is acf0f1 ulb RTFulnoneb0 cf2f0 Documentcf0f1par
1121 文字的特性
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DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
22
DOC檔案bull 這是 Microsoft Word的檔案格式當中可記載文字也包含字型與邊框等格式訊息除此之外 Word中也可以包含圖片等其他非文字格式的資料bull DOC檔的描述訊息是封閉的故無法使用純文字編輯器觀察而 DOCX檔是 Word 2007版以後的特殊檔案格式其最大的變化在於將部份描述訊息使用 Open XML格式來儲存PDF檔案
bull PDF（ Portable Document Format可攜式文件格式）是由 Adobe Systems公司在 1993年所發展出的檔案格式主要用途為檔案交換bull 它的優點在於可跨平臺能保留檔案原有格式開放標準能免版稅自由開發 PDF相容軟體 PDF在 2007年 12月成為 ISO 32000國際標準
1121 文字的特性
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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檔案格式 檔案格式 說明無描述 TXT 只記錄文字資料本身的內容 使用純文字編輯器便可觀看與編輯檔案內容
含描述 HTMLHTM
本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容但效果應由瀏覽器讀取 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 作為網頁使用
XML 本質為純文字檔可使用純文字編輯器編輯檔案內容 除資料本身外使用標籤儲存描述資料 用途不特定可自行定義標籤
RTF 除資料本身外使用「 」引導描述資料 可使用純文字編輯器觀看檔案內容但不易了解其意涵 使用 WordPad Word皆可編輯與觀看文件效果
DOCDOCX
除資料本身外也包含一些描述資料 除文字資料外也可包含圖片等其他資料 無法使用純文字編輯器觀看檔案內容 需使用 WORD 等軟體編輯與觀看文件效果
PDF Adobe Systems 發展的可攜式文件格式方便於檔案交換具有跨平台與開放的優點 可使用免費的 Adobe Reader軟體觀看文件內容但欲製作則必須其他相關軟體例如付費的 Adobe Acrobat或 pdfFactory
表 11-1 文字檔案格式分類
1121 文字的特性
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊媒體是利用聲音傳遞訊息聲音是一種由能量所產生的震動通常以空氣為介質用波動的形式傳遞到我們的耳中音訊媒體的製作首先利用硬體工具進行波形音訊的錄製錄製好的聲音是類比訊號然後利用電腦進行後續的取樣量化轉成數位訊號後即可進行進一步的處理與編輯
113 音訊媒體
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
67
想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊媒體的輸出入裝置包含輸入音源的麥克風 CD等電氣設備輸出音訊的裝置為耳機與喇叭並且又分為單音立體聲環場音效等音訊輸出也經常搭配其他媒體（例如視訊）一起展現具有輔助強化的效果某些音訊的輸出入裝置被製作成同一個硬體例如耳機麥克風麥克風可將外界的聲音訊號輸入到音效卡中透過音效卡的轉換輸入到電腦然後形成數位型態的訊號以方便錄音軟體進行處理耳機則可以將音效卡的訊號轉換為聲音後輸出由於使用麥克風的場合通常會搭配使用耳機因此廠商通常將耳機和麥克風做在一起簡稱「耳麥」
圖 11-8 喇叭
圖 11-9 耳機麥克風
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
69
動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音效卡音效卡可說是音效媒體最重要的硬體具有最基本的聲音輸入輸出和合成功能音效卡主要功能是將電腦所產生的數位音訊轉換成類比訊號然後傳送給喇叭耳機來輸出聲音通常音效卡也具備輸入插孔可將麥克風線插入其中進行輸入它會將輸入的類比訊號轉換為數位訊號傳入電腦中目前市面上銷售的高階音效卡多已支援多聲道音效控制 ( 杜比音效 DTS等 ) 而音效卡的音質解析度與取樣率決定了音效卡的品質取樣頻率與解析度越大則數位音訊的品質就越細膩
圖 11-10 音效卡
1131 音訊媒體的輸出入裝置
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊處理技術是多媒體處理技術的一大重點許多以訊號編碼為主的音訊壓縮方式紛紛被制定出來以 MP3為例它是利用移除人類聽覺系統中聽不到的聲音來達到高壓縮比高音質的壓縮
以下我們首先由聲音的物理原理開始說明進而介紹聲音如何被轉換儲存於電腦中以及轉換輸出於耳機與喇叭聲音的基本原理聲音是一種由能量所產生的震動透過介質（例如空氣水）以波動形式傳遞至我們的耳中更詳細來說介質產生了震動此震動對介質造成壓力而此壓力會以波的形式藉由介質向外擴散當這些波傳到人的耳朵且頻率範圍在人耳可感應的範圍內 (30Hz~30kHz)耳膜會因感應而聽見聲音這就是聲音的產生原理
1132 音訊處理技術
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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聲音的類比轉換數位 (Analog to Digital)流程聲音是類比訊號要儲存在電腦中必須先轉換為數位訊號以下是聲音輸入的流程bull 首先聲音經過麥克風進行輸入這些聲音波動被轉換成一連串高低變化的電壓波bull 將電壓波透過低通濾波器濾除其高頻雜訊bull 透過類比數位轉換器 (Analog Digital ConverterADC)將聲音波型取樣為數位化音訊
ndash ADC為音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡上專屬的 ADC晶片來負責
bull 將數位化音訊存入記憶體或儲存設備（如硬碟等）
圖 11-11聲音的類比轉換數位流程
1132 音訊處理技術
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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聲音的數位轉換類比 (Digital to Analog)流程 相反地要將數位音訊輸出為聲音也需要將之轉換為類比訊號以下是聲音輸出的流程
bull 將記憶體或儲存設備中的數位音訊輸出至音效卡由音效卡的角度來看則為音效卡讀取數位音訊bull 透過數位類比轉換器 ((Digital Analog Converter DAC)將數位訊號還原為類比訊號
ndash DAC也是音效卡的主要功能之一轉換工作一般交由音效卡的 DAC晶片來負責bull 還原的類比波形再經過音效卡的低通濾波器將高次諧波濾除使音訊較為平滑bull 最後將聲音輸出至揚聲器（如喇叭或耳機）
圖 11-12 聲音的數位轉換類比流程
1132 音訊處理技術
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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聲音品質的決定因素影響聲音品質的要素包含 (1)取樣頻率 (2)解析度(3)聲道數分述如下聲音的取樣頻率
bull 聲音數位化最重要的就是將類比訊號取樣取樣頻率是以Hz(赫茲 ) 為單位 1 Hz代表每秒取樣一次取樣頻率的倒數為取樣週期
bull 取樣頻率越高代表取樣間隔時間越短所擷取後的數位音訊資料也就越準確但資料量較大例如 CD音質取樣頻率為 441kHz
1132 音訊處理技術
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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聲音的解析度 ( 位元深度 ) bull 取樣在每一個上升邊緣時ADC會將當時的值紀錄下來量化此紀錄的値稱為樣本單位為位元 (bit)或稱為解析度bull 取樣位元深度 ( 解析度 ) 越多則越精確也會有越好的音質同樣地資料量也會較大bull 例如 CD音質的解析度為16bits位元深度
【聲音輸入品質的其他因素】聲音輸入當然也會受到麥克風的影響諸如動圈式麥克風電容式麥克風等但已超越本書範圍故在此不討論
1132 音訊處理技術
圖 11-13 聲音的取樣和解析度流程
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聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
32
聲道數bull 聲道簡單來說就是聲音的通道最早期的技術為單聲道技術而後來則發展出立體聲（ DTS與杜比音效等）bull 真實世界人類能夠接受到的聲音是立體聲例如在馬路旁閉上眼睛仔細聆聽我們可以分辨出通過的汽車是由左向右或由右向左行駛這是因為假設汽車由左向右行駛則當汽車靠近時左耳聽到的聲音會比右耳聽到的聲音大然後兩耳聽到的聲音會相同最後當汽車遠離時則右耳聽到的聲音會比左耳聽到的聲音大bull 如果使用單聲道技術搭配耳機時我們將無法依照聲音來判斷汽車的方向因兩耳聽到的聲音是完全相同的（因為音訊來源單一且相同故耳機發出的聲音只有一種）只能判斷汽車靠近又離開了bull 立體聲的發明使得失明者得以完成「聽」電影的願望因它可輸出多種音訊來源給不同位置的喇叭使得每個喇叭發出的聲音是不同的bull 一個好的立體聲對於失明者而言非常重要因他們可藉由不同的聲音運用其日常生活的經驗搭配想像力將電影影像還原在腦海中
1132 音訊處理技術
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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bull 立體聲目前大多以杜比音效及 DTS為主杜比音效使用杜比數位技術輸出音效它允許不同聲道的組合最多且最常用的是 51聲道它必須使用六個喇叭其中五個為主要喇叭分別稱為左前喇叭(Front Left)中前喇叭 (Front Center)右前喇叭 (Front Right)左後喇叭 (Rear Left)右後喇叭 (Rear Right)另外還有一個負責重低音的 Subwoofer喇叭喇叭連接法配置圖如圖11-14即可構成環繞音效
bull DTS（ Digital Theater Systems數位影院系統）也是採用 51聲道配置與杜比音效類似但後來發展的 DTS-ES則提供了 61聲道 圖 11-14 杜比音效的 51聲道配置示意圖
1132 音訊處理技術
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊數位資訊可經由音訊軟體進行播放也可進行編修或更換格式常見的音訊檔格式如表 11-2整理音訊檔案格式 說明wav 聲波形式以波形 (Waveform)儲存聲音
一分鐘長度的聲音所使用的記憶體約 644K~ 27MB wma Windows Media 音訊
wma代表 Microsoft Windows Media 音訊轉碼器此類聲音檔案內容是聲音經由 wma 壓縮後的結果 由於已壓縮故通常使用於網際網路的傳播
au UNIX 音訊 一般使用於 UNIX 系統或網際網路的傳播
mp3 使用 MPEG-1 Audio Layer 3轉碼器為目前網路上極為流行的聲音檔案格式 可將 Wav檔壓縮成 110 的大小壓縮後可能會導致失真只是人類的耳朵很難感覺到差異
mp4 mp3是MPEG-1 Layer 3 的簡稱但 mp4 不同於 mp3 mp4是MPEG-4 整個標準的簡稱 MPEG-4 可做為視訊音訊視訊 + 音訊的格式其中音訊編碼的模組沿用 MPEG-2
AAC(Advanced Audio Coding) 的標準並做些微改變成為 MPEG-4 AAC標準midmidi
MIDI (Musical Instrument Digital Interface樂器數位介面 ) 是一個工業標準的電子通訊協定為電子樂器等演奏裝置定義了各種音符或彈奏碼 此類檔案內容記錄了樂器音符長度音量等資料為樂器合成器及電腦的音樂資訊交換標準格式 【轉碼器】轉碼器（ Codec ）代表壓縮與解壓縮程式的縮寫通常使用於音效檔或視訊檔各類音效檔與視訊檔使用不同的轉碼器若播放軟體未內建該轉碼器則須另行安裝
1133 音訊檔案格式
表 11-2 音訊檔案格式分類
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊軟體分為音訊播放軟體與音訊處理軟體兩大類音訊播放軟體僅提供播放各類音訊檔案的功能例如早期的Winamp Windows內建的 Windows Media Player以及 Apple的 iTunes等
圖 11-15 Windows Media Player音訊播放軟體
1134 音訊軟體
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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音訊處理軟體可提供轉換音訊檔案格式的功能例如RealOne更專業的音訊處理軟體還會包含錄音音軌編輯混音等功能例如 GoldWave Adobe Audition而頂級的專業音訊處理時常是在工作站上製作因它需要更高的硬體效能
圖 11-16 Adobe Audition音訊處理軟體
1134 音訊軟體
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
39
選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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影像 (Image)媒體就是我們常講的圖檔人的眼睛所看到的自然景色建築物等景象可以透過數位照相機來拍攝若欲自行創作影像亦可藉助繪圖軟體產生影像除此之外我們還可以對於現有的影像透過影像處理軟體進行加工以產生各式各樣我們所需要的影像
114 影像及圖形媒體
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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影像媒體的輸出設備一般為螢幕顯示卡投影機或印表機當中若要求印表機輸出類似相片品質者則可使用相片印表機搭配特定用紙來完成影像媒體的輸入設備則包含攝取平面文件的掃描機自然景象的數位相機和手繪影像的數位板等影像擷取卡則是影像媒體與視訊媒體共通的輸入介面卡數位相機數位相機是利用電子傳感器（ CCD或 CMOS）將光學影像轉換成電子影像的照相機物體所反射的光被轉換為數位訊號壓縮後儲存於內建的記憶體晶片(RAM)或可攜式的記憶卡上所以可以即時觀看成品不須經過沖洗過程已取代用底片成像的傳統相機
圖 11-17 數位相機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
39
選購數位相機可參考數位相機的相關規格整理如下解析度（ Resolution）bull 解析度是一定會標示的規格例如 1600x1200pixels解析度越高照出來的相片畫面越清晰bull 也有些會以畫素 (pixel)來表示畫素其實就是解析度的長寬值乘積bull 比較嚴格的規格還會將解析度分為感光元件 CCD的解析度 (Sensor Resolution)與影像解析度 (Image Resolution)若未特別說明是哪種解析度則通常指的是影像解析度
bull 而且 CCD的畫素會略等於影像畫素雖然解析度越高越好但也代表著照片將佔用比較大的容量因此您應該視需要選擇或調整解析度檔案格式（ File Formats）bull 這裡的檔案格式指的是照片的圖檔格式也就是相機可設定的圖檔格式通常至少會提供 JPEG壓縮圖檔格式有的也會提供 TIFF未壓縮圖檔格式bull 若您希望將圖檔轉為其他未提供的格式可以透過繪圖看圖軟體來轉換
1141 影像媒體的輸出入裝置
40
記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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記憶卡 (Image Storage)bull 數位相機是將照片存放在快閃記憶卡內快閃記憶卡種類眾多（如 CF卡 SM卡 MMC卡等）您最好使用比較方便的記憶卡（視您其他的電腦配備而定例如讀卡機）有時候記憶卡種類不會標示在此規格中而會標示在介面(interface)規格上
bull 除了記憶卡種類外在此項目中一定會註明記憶容量的大小有時候也會以各種解析度的照片張數來表示容量LCD預看螢幕 (LCD Display)
bull 數位相機有一個小小的 LCD預看螢幕可以讓我們不必單眼靠在觀景窗拍攝同時也可以做為各項設定時的顯示螢幕bull LCD預看螢幕通常不會提供太高的解析度與顏色因為那無關拍攝結果的品質bull 若無提供 LCD螢幕則使用時必須像以往使用傻瓜相機一樣單眼靠在觀景窗拍攝
1141 影像媒體的輸出入裝置
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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鏡頭 (Lens)bull 鏡頭最好具有變焦功能可以將拍攝物拉近或放遠大多數的數位相機都提供『普通』與『近距離』兩種拍攝方式如果仍舊不夠使用有些數位相機也可以加裝外接鏡頭bull 變焦方式一般有數位變焦及光學變焦兩種光學變焦 (zoom鏡頭 ) 在使用上比較方便也比較能夠獲得好效果bull 事實上數位變焦只是透過數位計算的模擬變焦因此採購時應以光學變焦為主電池 (battery)bull 數位相機非常耗電一般採用三號電池bull 有些數位相機使用鋰電池或鎳氫電池可以充電請特別注意由於相機極有可能在戶外使用因此最好出門前檢查電量是否足夠傳輸介面bull 傳輸介面必須視您的電腦提供了哪些介面來選擇相機目前數位相機的傳輸介面大多以新型態的 USBIEEE1394為主
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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影像擷取卡bull 影像擷取卡是一塊連接於電腦上專為擷取影像所設計的介面卡我們可以利用它來將錄影帶或攝影機所錄的影像（類比訊號）轉換成數位訊號後傳送到電腦中再由專門的視訊程式加以處理bull 影像擷取卡一般提供 1 組 Composite及 1 組 S-Video輸入端子可連接一般 V8 Hi-8錄放影機或影碟機將您想要的影像擷取到電腦內儲存成動態影片檔（即視訊）或靜態圖檔（即影像）bull 因此它同時是影像與視訊媒體的輸入硬體裝置目前大多數的影像與視訊都是採用數位相機與數位攝影機取得由於已經是數位訊號因此就不再需要影像擷取卡了
圖 11-18 影像擷取卡操作流程
1141 影像媒體的輸出入裝置
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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數位板bull 數位板的板面一般採用 43比例設計主要用於手繪圖像也可用於影像編輯照片編修時使用
掃描器 bull 掃描器可將靜態影像文件掃瞄成數位影像已經是相當普遍的大眾化產品bull 掃描器是以 DPI（ Dot Per Inch每英吋的點數）作為解析度的單位bull 目前的「多功能事務機」通常已經具備了掃描器功能（詳見第六章內容）
圖 11-19 數位版
圖 11-20 掃描機
1141 影像媒體的輸出入裝置
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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影像媒體的相關軟體包含繪圖軟體與影像處理軟體兩大類繪圖軟體是提供使用者「從無到有」產生影像的工作環境並且也提供影像再編修的能力點陣圖與向量圖
電腦螢幕是由許多的小點所組成這些小點稱為像素點 (Pixel)每一個像素點若填上不同的顏色就可以顯示出不同的圖形其中點陣圖 (Bitmap)的圖檔就是將圖片的每一個像素點儲存起來因此非常佔用空間點陣圖的副檔名為 BMP檔由於點陣圖太過龐大因此後來許多研究機構與軟體公司發展了許多壓縮圖檔的方法例如常見的 GIF（副檔名為 GIF）與 JPEG（副檔名為 JPG）格式就是已壓縮過的圖檔
1142 繪圖軟體
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
1142 繪圖軟體
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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bull 可以製作點陣圖及其壓縮格式的繪圖軟體最著名的就是Windows所附的小畫家
除了少部分的基礎繪圖軟體之外大多數的進階繪圖軟體都是以另一種數學向量方式來儲存圖形檔案（稱之為向量圖）電腦記錄向量式影像的方式是記錄圖像的座標及圖形種類與相關參數由於使用向量方式儲存繪圖元件不必記錄所有的像素點因此可以製作比較複雜的圖案修改圖片或進行圖片變化時也比較方便進行縮放時也不至於失真bull 這類進階的繪圖軟體有 Corel公司的 Corel Draw及 Adobe公司的Illustrator
圖 11-21 Windows的小畫家繪圖工具
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖 11-22 Corel Draw
圖 11-23 Adobe Illustrator
1142 繪圖軟體
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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2D與 3D繪圖上述的 Corel Draw及 Illustrator只能算是 2D平面繪圖軟體雖然可以透過某些技巧讓圖片呈現立體感但並非完全的 3D繪圖真正的 3D立體繪圖能夠自由旋轉圖像顯示不同的面向
bull 例如 3ds Max與 TrueSpace都屬於 3D立體繪圖軟體bull 此類軟體一般需要極高的硬體資源（如獨立顯示卡多核心 CPU大量的 RAM）執行起來才會流暢除了上述專為 3D繪圖發展的軟體之外有些 2D的影像處理軟體（下一小節介紹）也推出了 Extended軟體可讓原本的
2D影像加入 3D效果例如 Adobe PhotoShop Extended
1142 繪圖軟體
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖 11-24 3ds Max
圖 11-25 TrueSpace
1142 繪圖軟體
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影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
49
影像處理軟體是對「既有」的影像或圖片進行各類型的加工例如調整影像某部分的顏色色調及飽和度對影像進行切割放大縮小等等Windows提供的影像處理工具『 Image』就是具有上述功能的低階影像處理軟體比較高階的影像處理除了提供上述功能外還提供了合成霧化等濾鏡功能例如 Adobe公司發行的 PhotoShop就是目前最流行的高階影像處理軟體而國內廠商友立 (Ulead)也發行了 PhotoImpact雖然功能不如 PhotoShop來得齊全但由於操作比較簡便因此在國內外也有一定的市場佔有率非常適合初學者或業餘者使用
bull （友立已被加拿大 Corel公司併購預計獲得更多資源後會逐漸追上 PhotoShop的功能）
1143 影像處理軟體
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖 11-26 Adobe Photoshop
圖 11-27 PhotoImpact
1143 影像處理軟體
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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在進行繪圖儲存或影像處理時常會遇到許多種不同的存檔格式我們將常見的影像檔格式的特色分述如下BMP檔點陣圖的最基本格式最早是由微軟提出並採用的規格初期就已經使用在 Windows作業系統支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型由於未壓縮因此檔案龐大GIF檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁最常用的圖形格式之一（在非破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）可儲存為透明圖交錯圖和小型動畫等等格式檔案較小且圖片不失真最多只能存放 256色
1144 影像檔案格式
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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JPG(JPEG) 檔由點陣圖壓縮而得採「破壞性壓縮」壓縮率驚人但可能造成圖片失真是網頁最常用的圖形格式之一（在破壞性壓縮的網頁圖片中奪冠）高壓縮的方式使得影像的品質可能會降低支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型PNG檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」是網頁常用的圖形格式之一但普及度不如 GIF檔與 JPG檔介於 GIF與 JPG之間各取其特色例如顏色可達全彩但為非破壞性壓縮不失真可儲存為透明圖交錯圖支援黑白灰階索引色 RGB全彩等類型
1144 影像檔案格式
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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TIF(TIFF) 檔由點陣圖壓縮而得壓縮技術為「非破壞性壓縮」這是影像處理界最普遍使用的圖檔格式因為所有的影像處理或排版軟體都支援 TIF圖檔並且適合用於印刷輸出檔案較大但若經 ZIP壓縮傳送則 ZIP壓縮比非常高UFO檔等特殊軟體檔依照影像處理軟體的不同各軟體會提供一些專屬的檔案格式用以保存所有使用到的物件以便日後繼續編輯例如 UFO檔是 PhotoImpact專用的檔案格式其他軟體無法開啟
1144 影像檔案格式
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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在進行影像處理時常會遇到一些專有名詞說明如下點陣式與向量式影像從電腦儲存影像的角度來看影像可分為點陣式影像 (Raster Image)與向量式影像 (Vector Image)兩大類點陣式影像
bull 影像是由許多小點組合而成（這些小點稱為像素點）點陣式影像會記錄每一個小點的資訊例如該點的顏色所以顯示時不需要經過運算只要直接顯示該點顏色即可例如 BMP檔即採用此類格式
圖 11-28 點陣圖影像範例
【範例 11-1 】以三角形為例若黑白圖形如右（黑為 1 白為 0 ）則未壓縮的點陣式影像會儲存的資訊為 0000000000000000 0000000000100000 0000000001100000 0000000010100000 0000000100100000 0010000000100000 0011111111100000 0000000000000000
1145 影像處理技術簡介
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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向量式影像bull 向量式影像是透過數學方式計算將影像顯示出來通常用在美工插畫與工程繪圖所以存放的只有關於該影像的重要座標與必要參數例如 圖形種類起點座標長度寬度
【範例 11-2 】以方形為例要以向量方式儲存下列圖形則儲存的資訊為 實心方形 (2 1) 55
圖 11-29 向量圖影像範例
1145 影像處理技術簡介
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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點陣式影像 向量式影像優點 1 可製作各式的影像處理2 效果逼真3 用途廣泛
1適合記錄幾何圖形2易於改變圖形屬性處理速度快3儲存圖形所需的空間小缺點 所佔記憶體龐大 1 不適於記錄不規則內容的影像2 進行影像處理特效困難應用 1相片的保存與處理
2 各種影像的製作與編輯1建築機械製圖流程圖繪製等幾何繪圖2虛擬實境 2D 動畫 3D影像繪圖
表 11-3 點陣式影像與向量式影像的特點
1145 影像處理技術簡介
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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影像處理的專有名詞像素bull 像素又稱為像素點在點陣圖中影像是由眾多小點組成這些小點稱之為像素 (pixel)因此越大或解析度越高的點陣圖所需要使用的儲存空間也越大以範例 11-1為例該圖片包含16x12個像素影像大小（尺寸）
bull 影像大小代表影像的寬與長例如 800x600 1024x768等在點陣圖中影像大小代表的就是像素點的數量影像深度bull 影像深度代表一個像素點所佔用的位元數例如 8 位元 16位元等等使用越多的位元數可以表達的顏色越多種以 8 位元的深度為例每一個像素點可以有 256種變化因此影像格式為 256色而若想要達到 65536色則深度必須為 16也就是每一個像素點必須使用 16位元因為 216=65536解析度
bull 解析度是單位長度所包含的點數一般單位為 DPI(Dots Per Inch)代表一英吋內的點數在數位影像中點數代表像素點的數量因此也會以 PPI(Pixels Per Inch)來表示單位
1145 影像處理技術簡介
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bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
58
bull 例如一張 6 x 4吋大小的照片影像圖檔當以 300 PPI的解析度印刷輸出時總共會輸出 (6 x 300)x(4 x 300)＝2160000個像素
bull 事實上解析度在不同場合中會常常出現因而可區分為影像解析度輸出解析度掃描解析度等等
圖 11-30 不同的影像解析度
【鋸齒現象】在範例 11-1 中所使用的 16x12 尺寸解析度明顯不足因此三角形的斜邊呈現鋸齒狀如果同樣的單位面積的像素點可以達到 800x600 則鋸齒狀現象就會改善
1145 影像處理技術簡介
59
顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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顯像原理及色彩不論是點陣圖或向量圖對於顯示器而言傳送到顯示器的資料都是類似點陣圖的像素點資訊（如果是點陣圖可直接傳送如果是向量圖則需要經過軟體運算出像素資料後再傳送）顯示像素點的方式很單純如果是單色影像則只有黑白兩色故使用一個位元來表示即可而對於彩色影像而言則需要使用較多位元來表示早期的為 4 位元 8 位元過渡期的為16位元現在較流行的則為 24位元與 32位元其原理都是利用『紅綠藍』三原色來調配眾多色彩（針對 16位元 24位元與 32位元而言）以下我們就各種顏色加以介紹單色 (Mono)
bull 一個位元代表一個像素點只需要表達黑白兩色256 灰階 (256 Gray level)
bull 256 灰階仍屬於黑白影像但已經有明暗深淺之分所謂 256灰階代表共有 256種層次的明暗度因此一個像素點需要使用 8 個位元 (28=256)來表示
1145 影像處理技術簡介
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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16 色bull 16色可以說是最陽春的彩色模式一個像素點需要使用 4 個位元來表示 (24=16)採用索引色彩技術（ index-color）將各種顏色對應固定的 4 位元圖樣 (pattern)其對應如下表
圖樣 顏色 圖樣 顏色0 0 0 0 黑 1 0 0 0 深灰0 0 0 1 藍 1 0 0 1 寶藍0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淺綠0 0 1 1 灰藍 1 0 1 1 淺藍0 1 0 0 紅 1 1 0 0 淺紅0 1 0 1 紫紅（洋紅） 1 1 0 1 淺紫0 1 1 0 棕 1 1 1 0 黃0 1 1 1 灰（淺白） 1 1 1 1 白（亮白）
表 11-4 16色的 4位元圖樣顏色對應表
1145 影像處理技術簡介
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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256 色bull 一個像素點需要 8 個位元來儲存同樣採用索引色彩技術（ index-color）因此可以表達 256 種不同顏色 (28=256)
65536色（ 64K）高彩模式 (Hi-Color)bull 高彩採用『三原色調配』方式產生顏色一共使用 2 個位元組（ 16位元）來儲存像素點的顏色早期分為 555位元（第一個位元不使用）與 565位元兩種表示法bull 現今大多採 565位元方式也就是紅色佔 5 個位元綠色佔 6 個位元藍色佔 5 個位元（格式為 RRRRRGGGGGGBBBBB）因此一共可產生 25x26x25=32x64x32=65536種顏色
全彩模式 (True Color)bull 全彩模式是最接近自然界色彩的模式一共提供一千多萬種顏色（一般稱為 167百萬色）它也是採用『三原色調配』方式產生顏色並且至少必須使用 24位元（ 224=16777216）其中紅綠藍色都各佔 8 位元格式為（ RRRRRRRR GGGGGGGG BBBBBBBB）由於 4 個二進位數恰可對應 1 個 16進位數因此一般以 (RR GG BB)來表示例如 (FF FF 00)代表黃色
1145 影像處理技術簡介
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖像內容圖像內容是影像處理或看圖軟體得以還原圖像的依據以點陣圖為例圖像本身所需空間為「圖像高 ( 像素點數 ) times圖像寬 ( 像素點數 ) times像素深度 ( 位元數 ) 」而除了圖像的每個像素內容外也必須把圖像構成的基本要素加以記錄這些要素包含下列資訊通常記錄於檔案開頭故又稱為表頭資訊
bull 1 圖像的長寬所佔的像素點數bull 2 圖像所採用的色彩模式bull 3 若採用 16色或 256色模式時則必須記錄所採用的調色盤
1145 影像處理技術簡介
63
【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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【 RGB 三原色調配】利用光學原理紅 (Red) 綠 (Green) 藍 (Blue)RGB 的 3 原色可以調配出各種顏色例如黃色就是全紅 + 全綠調配而成如圖目前常見的高彩與全彩都是採用3 原色調配方式產生各種顏色
圖 11-31 RGB 三原色調配
【 CMYK印刷四色模式】我們常使用的 RGB模式並不適用在印刷輸出上印刷輸出時通常使用四種顏料來著色也就是青色 (Cyan) 紫紅色 (洋紅Magenta) 黃色 (Yellow) 及黑色 (blacK) RGB 是直接採自光線的色彩組合而 CMYK 則是利用照射在顏料上反射回來的光線色彩來組合（也就是 3 原色的補色） CMYK 中的 K 代表的是黑色由於 CMY 等量混合後仍無法產生完美的黑色或灰色因此印刷時會額外加上黑色色彩而又為了與藍色 (Blue) 有所區隔因此黑色 (blacK) 改採 K作為代表字母通常 RGB 的檔案比 CMYK 檔案小一些因此編輯時可以先用 RGB模式來編輯等到需要進行實體印刷時再轉為 CMYK模式進行輸出即可
1145 影像處理技術簡介
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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【 24 位元全彩與 32 位元全彩的差別】全彩其實有兩種分別使用 24 位元與 32 位元一般人會認為使用越多位元記錄像素點的顏色可以使得影像的顏色產生更多種的變化這句話在一般狀況下是對的不過由於 32 位元全彩實際上仍舊使用 24個位元來記錄像素點的顏色因此 32 位元全彩並不會比 24 位元全彩表達更多種類的顏色既然如此為何我們還要浪費 8個位元呢這是一種以空間換取時間的策略由於記憶體與磁碟機的硬體存取組合語言指令高階程式語言變數資料型態等設計通常都只提供單位元組雙位元組四位元組（字組）等 2 的次方位元組存取單位因此當您要讀取 24 位元時通常需要分解為三次單位元組的讀取既然如此為何我們不直接讀取四位元組的資料然後針對其中的前三位元組來作處理呢也就是因為這樣所以才有 32 位元全彩的設計
1145 影像處理技術簡介
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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BMP檔包含表頭資訊與像素資訊兩部分首先我們可透過檔案總管觀察圖檔的大小如下就該圖為例 PG30009bmp是 24位元色彩的 BMP圖檔檔案大小為102774位元組由於寬與高為 160times214=34240而每一個像素點的深度為 3 個位元組 (24bits)故要存放所有像素點必須使用34240times3=102720個位元組這和 102774仍相差了 54個位元組這 54個位元組即為表頭資訊
按右鍵執行【內容】指令
1146 BMP 點陣圖檔
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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BMP圖檔的表頭資訊分為兩大部分第一段佔用 14個位元組（例如檔案大小記錄於此區間）第二段佔用 40個位元組（例如寬與高記錄於此區間）詳細資訊整理如表 11-4位元組編號 說明（第一段）0-1
代表點陣圖的標識這兩個位元組固定為 424DH 對應 ASCII 則為 BM2-5 代表檔案大小6-9 保留（因此皆為 0 ）可作為往後擴充使用
10-13 記錄圖形資料的起始位址（第二段）14-17
一個常數值用來描述影像區塊的大小在不同的系統中常數值並不相同在 Windows 中為 28H 18-21 點陣圖的寬度（以像素點數量表示）22-25 點陣圖的高度（以像素點數量表示）
1146 BMP 點陣圖檔
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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想要觀察上述的 PG30009bmp點陣圖可透過 debug指令或UltraEdit等軟體開啟它通常會以 16進制表示各位元組內容如下圖
位元組編號 說明26-27 彩色平面數通常為 1 ( 十六色影像則為 4) 28-29 每個像素的顏色位元數亦即深度常用值是 1 4 8 （灰階）和 24 （全彩）30-33 記錄所使用的壓縮演算法可能的值為 0 1 2 3 4 5若未壓縮則其值為 0 JPEG 壓縮則為 434-37 實際圖形檔的字組大小38-41 圖像水平解析度（單位為像素 英吋）42-45 圖像垂直解析度（單位為像素 英吋）46-49 所用顏色數目50-53 保存所用重要顏色數目若每個顏色都同等重要時則與顏色數目相等
表 11-4 BMP圖檔的表頭資訊（ 54個位元組）
1146 BMP 點陣圖檔
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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請注意當以四個位元組代表一組資料時必須反過來觀看例如圖檔之大小顯示為「 76」「 91」「 01」「 00」實際上應該是「 00」「 01」「 91」「 76」 H 個位元組 = 102774個位元組【註】關於 JPEG檔的說明請見 117節
圖 11-32 觀察點陣圖 BMP檔內容
1146 BMP 點陣圖檔
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
70
bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
73
動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
75
螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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動畫製作原理由於人類的眼睛在分辨視覺訊號時會產生「視覺暫留」的現象因此只要先製作多張連續性靜態圖片每一張圖片只做一些小小的改變（如位置或造型）然後以快速連續播放的方式進行處理就可以欺騙眼睛造成動畫的效果動畫中的每一張圖片稱為視框 (Frame)而播放視框的速度將會決定動畫的流暢度在電視上或電影上所看到的卡通動畫都是利用人類視覺暫留的原理透過快速更換畫面的內容逹到動態的目的卡通動畫目前常見於卡通影片電影或電腦遊戲等應用電腦動畫又分成 2D動畫和 3D動畫說明如下2D動畫
bull 2D(2 Dimension二維 ) 動畫是利用人類的視覺暫留將一連串的圖片在螢幕上快速連續地播放所產生的動畫效果bull 2D動畫一般分為兩種型式一種是傳統的 GIF圖片交換式動畫另一種則是由 Flash軟體所製作的動畫
115 動畫媒體
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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bull GIF動畫的原理是先製作一連串連續動作的圖片然後透過動畫製作軟體將之整合為 GIF動畫檔這類的軟體有 Adobe Fireworks及各家廠商（如友立微軟）推出的 GIF Animator等等其中的 Fireworks還具備向量繪圖的功能
圖 11-33 友立的 GIF Animator
115 動畫媒體
71
bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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bull Flash是一種網頁動畫製作軟體目前版本為 Flash CS5x在Flash 4之後 Flash就快速擄獲首頁動畫製作者的心這是因為它結合了向量繪圖工具以及流程控制使得動畫產生了許多的特殊效果除此之外我們還可以在 Flash動畫中加入影音的媒體資料也可以透過Action Script程式進行流程控制製作各式各樣的網頁遊戲 Flash 提供了動畫插補的功能所以並非每一張圖都要使用者自行繪製在製作動畫上節省了非常多的時間
圖 11-34 Flash動畫軟體
115 動畫媒體
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
115 動畫媒體
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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3D動畫bull 3D(3 Dimension 三維 ) 動畫的製作原理遠比 2D動畫來得複雜 3D動畫會記錄圖形物件的三度空間座標具有十足的立體感與光影效果bull 3D的立體動畫主要的代表軟體是 Alias公司的Maya Autodesk公司的 3ds Max等
bull 3ds Max是一套具有強大製作 3D電腦動畫功能的軟體（也可用於 3D繪圖）被廣泛用於電影電視廣告電腦遊戲和電視遊戲等的數位特效創作
【獨立顯示卡】由於 3D 動畫需要使用大量的硬體資源故不但在製作時應使用含獨立顯示卡的電腦來製作以加速處理速度在瀏覽上也建議使用獨立顯示卡來加速3D 處理這也是眾多遊戲軟體的特色
圖 11-35 3ds Max
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動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
75
螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
73
動畫媒體是將圖像快速連續播放而視訊媒體的原理則是將影像快速連續的播放兩者的差別在於瞬間之單張圖片的來源前者主要是設計者自行繪製（如同繪圖軟體的繪圖之意）或電腦自行計算插補後者則通常使用攝影錄影等設備來完成
116 視訊媒體
74
視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
75
螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
76
圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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視訊媒體的輸入設備包含 DV數位攝影機網路攝影機錄影機 VCDDVD播放機視訊擷取設備（如視訊擷取卡）等輸出設備則包含螢幕與投影機等網路攝影機
網路攝影機 (Webcam)是一個極小型的攝影機一般不具備大量儲存功能網路攝影機搭配視訊軟體可以透過網路寬頻直接將攝影取得的輸入視訊傳遞給另一端通常也搭配麥克風與耳機構成完整的視訊通話視訊通話扮演著聯繫及增進親友關係的重要橋梁讓相隔兩地的人彼此面對面交談與溝通
圖 11-36 網路攝影機
1161 視訊媒體的輸出入設備
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
76
圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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螢幕與電視第六章所介紹的液晶螢幕是視訊媒體的輸出設備之一由於視訊媒體包含電影等較強調聲光效果的媒體故也時常將液晶電視作為其輸出設備不論是液晶螢幕或液晶電視其主要材質皆為 LCD統稱為 LCD液晶顯示器LCD液晶顯示器的工作原理如下
bull 主要的核心結構類似一塊「三明治」兩塊玻璃基板中間充斥著運動的液晶分子液晶本身不會發光（屬於背光型顯示器）經由信號電壓直接控制薄膜晶體的開關狀態再利用晶體管控制液晶分子的導通或遮蔽控制來自背光燈管發射的光線形成圖像的顯示bull 通電後如果螢幕上的液晶像素全部打開則背光毫無遮掩此時螢幕一片全白當要顯示圖像時輸入信號經由 AD轉換計算出各像素的通斷狀態後直接透過信號驅動具體像素控制該液晶像素對光線的導通或遮蔽就可以在螢幕上產生圖像螢幕後側或旁側通常包含數種接孔用以連接各類接頭與端子常見的有 15針腳的 D-sub S 端子 AV端子 DVI-D接頭等整理如表 11-5
1161 視訊媒體的輸出入設備
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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圖 11-38常見的端子或接頭接頭與端子 說明D-sub 接頭 D-sub 為標準 VGA 接頭即電腦顯示器接頭傳統 15pin的 D-sub 傳輸的是類比訊號 (複合信號 ) 數位畫面訊號由顯示卡轉換成類比訊號經 D-sub 傳送到電腦螢幕S端子 S-端子（ S-Video ） S 是「 Separate」的簡稱它是將視頻數據分成兩個單獨訊號（光亮度和色度）進行傳送的模擬訊號AV端子 AV端子是家用影音電器用來傳送類比視訊（如 NTSC PAL SECAM ）的常見端子在 AV端子中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素 Y U V 以及作為同步化基準的脈衝信號DVI-D 接頭 DVI 介面有兩種分別是只能連接數位顯示設備的 DVI-D 與可以連接數位及類比顯示設備的 DVI-I DVI 介面全部的內容都採用數位格式傳輸確保主機到顯示器的傳輸過程中資料的完整性（無干擾信號介入）以便得到更清晰的影像 表 11-5 常見的顯示器端子或接頭
1161 視訊媒體的輸出入設備
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
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視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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微型投影機與行動投影機bull 對於要求更大螢幕的電影媒體而言數位投影機也是常見的輸出設備之一（詳見第六章說明）bull 值得注意的是目前投影機的技術已經能夠製作出大小如同手機般的微型投影機有些成為手機的功能之一稱之為「行動投影機」方便取得的輸出將使得視訊媒體更加蓬勃發展
圖 11-39 三星的MBP200為投影手機（資料來源三星網站）
1161 視訊媒體的輸出入設備
78
視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
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1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
78
視訊媒體是由動態的影像畫面所構成若不加以處理而直接儲存則容量會大到無法進行有效的傳播因此各家廠商與標準組織推出了各種編碼與壓縮的技術並且可透過副檔名加以判斷其格式常見視訊檔案格式包含 MPEG系列（含 MPEG-1 MPEG-2等） AVI WMV QuickTime等格式說明如下 MPEG-1（ mpg mpeg）
MPEG-1與 MPEG-2編碼是常見的工具它可製作成 DVD VCD或SVCD MPEG-1與 MPEG-2的資料流都使用 mpg 和 mpeg 做為副檔名MPEG-1檔的解析度只有 352x240 NTSC訊號為每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式只有 4 2 0 單一種使用 200 1 的影像壓縮比例所以失真的情形在所難免每小時資料量約 600 MB
MPEG-2（ mpg mpeg）MPEG-2 檔的解析度為 720x480 NTSC訊號每秒 30影格 (fs)亮度與色度之間的比例格式有 4 2 0(或 4 0 2) 4 2 2 4 4 4 等三種使用 200 1 的影像壓縮比例每小時資料量約 600 MBMPEG-2 的壓縮品質良好加上 DVD及各國極力推廣的數位電視 高畫質電視 (DTVHDTV) 均採用 MPEG-2作為壓縮的標準使得以 MPEG-2 壓縮的影片不斷增加
1162 視訊媒體的檔案格式
79
【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
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電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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【 NTSC傳輸訊號規格】NTSC PAL SECAM是大多數國家所採用的電視播放系統規格 NTSC主要用於北美日本及台灣等地而 PAL和 SECAM則是歐洲國家使用的規格大陸方面也採用 PAL的規格三者的差別如下
bull NTSC 有 525條水準線每秒 30個 Frame因為交錯關係故每秒共有 60個 field這是類比規格而數位解析度則為 720x480bull PAL的制定比較晚被認為畫面品質比 NTSC好不過在技術條件差不多的情況下做了某些取捨 PAL有 625條水準線每秒降為 25個Frame因為交錯故每秒共有 50 field數位規格則為 720x576
bull SECAM系統與 PAL系統相似都具有 625條掃描線以及每秒 25個Frame的播放速度主要與 PAL系統的差異在於使用 FM調變方式來作顏色的處理
1162 視訊媒體的檔案格式
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
80
1162 視訊媒體的檔案格式MPEG-4 (mp4)
MPEG-4 是目前普及的最新 MPEG標準在音訊方面沿用 MPEG-2 AAC的模組只做小部分修改但在視訊方面的編碼則與 MPEG-1 MPEG-2 有非常大的區別bull MPEG-1 MPEG-2 對於畫面的編碼是採用矩形為單位進行壓縮而 MPEG-4 則是以物件為單位進行壓縮
bull 這麼做的好處在於物件除了可以是原本畫面中舊有的物件之外也可以是電腦軟體產生的物件因此更適合用來儲存經由後製加工的視訊bull 通常 MPEG-4 的壓縮率可達 MPEG-2的 14 倍並且品質更佳由於採用 MPEG-4 壓縮的檔案較小所以更適合網路下載隨身裝置的儲存與播放例如 iPad 的視訊播放軟體預設不支援 MPEG-1 MPEG-2 的播放但支援 MPEG-4 第十部分的 H264 之格式
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AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
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QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
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FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
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表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
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視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
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熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
81
AVI（ avi）Audio Video Interleave (AVI) 是「資源交換檔案格式」 (RIFF) 的特例 AVI 是 Microsoft定義開發的格式avi 檔案格式是電腦上音訊與視訊資料的最常見格式僅描述資料儲存方式與結構並未指定固定的編碼方式故播放時必須取得正確的 codec方可進行解碼常見的 code包含 DivX 轉碼器 Cinepak 轉碼器 Indeo 轉碼器等種類由於是微軟定義的格式故 avi檔可使用 Windows Media Player加以播放
ASF（ asf wmv）ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 是一種可延伸的檔案格式ASF可儲存已同步處理的多媒體資料除可本機播放外也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放 Windows Media Player也可播放 ASF檔ASF可使用於音訊與視訊當只使用 Windows Media音訊 (WMA) 轉碼器壓縮的音訊內容會以 wma 做為副檔名而使用 Windows Media音訊 (WMA)及 Windows Media視訊 (WMV) 轉碼器壓縮的音訊內容視訊內容或影音內容會以 wmv做為副檔名
1162 視訊媒體的檔案格式
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
82
QuickTime（ mov）QuickTime檔案格式為 Apple公司所發展以建立編輯發佈和檢視多媒體檔案為主要功能副檔名為 mov QuickTime 格式可包含視訊動畫圖形 3D和虛擬實境 (VR)等內容只有 20或較舊版本的 QuickTime檔案才能在 Windows Media Player中播放較新版本的 QuickTime檔案需要使用Apple QuickTime Player來播放
RM（ ra rm ram）rm ram檔內容是「 RealPlayer」專屬的儲存格式由RealNetworks公司所發展檔案內容是以專用的RealVideo與 RealAudio轉碼器加以壓縮儲存可使用 RealOne進行播放
圖 11-40 Realone player播放器
1162 視訊媒體的檔案格式
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
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視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
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網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
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多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
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由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
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隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
83
FLV（ flv）FLV是 Flash Video的簡稱是一種流行的 Flash動畫網路視頻格式目前 YouTube Google Video Yahoo Video等大部分視頻分享網站均採用這個格式原先 Flash的產出 SWF檔案體積龐大不能在網路上有效使用 FLV的出現有效地解決了此一缺點FLV要用類似 FLV Player才能瀏覽視訊檔網路上也有相關免費軟體可將 flv檔案轉換成 mpg檔案
1162 視訊媒體的檔案格式
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
84
表 11-6 視訊檔案常見的分類和說明
視訊檔案格式 說明mpg與mp4
由Moving Picture Expert Group 所制定的影像檔案包含聲音和影像avi Microsoft 所定義的檔案格式可存放不同種類的資料流 (data stream)如影像資料流聲音資料流文字資料流mov Quick Time專屬檔案為 APPLE公司規畫可建立編輯發佈和檢視多媒體檔案asfwmv
ASF(Advance Streaming Format進階串流格式 ) 為可延伸的檔案格式可以儲存已同步處理的多媒體資料可本機播放也支援跨越各種網路通訊協定的資料傳遞播放rmram
Real player 所制訂的檔案內容為聲音影像資料流的格式目前有許多網路廣播使用此項技術flv Flash Video 的簡稱是一種流行的 Flash 動畫網路視頻格式目前
YouTube Google Video Yahoo Video 等大部分視頻分享網站均採用這個格式 FLV 視頻檔要用 FLV Player 才能進行瀏覽
1162 視訊媒體的檔案格式
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
85
視訊軟體可分為(1)傳統視訊播放器(2)網路視訊傳輸播放器(3)視訊剪輯軟體等三大類傳統視訊播放器此類軟體可播放不同格式的視訊檔案但通常只能播放其中某幾種格式而無法播放所有格式這是因為某些格式的編碼器牽涉到權利金等問題所致常見的播放器包含CyberLink的 PowerDVDApple的 QuickTime Player及 Microsoft的Windows Media Player等
圖 11-41 Apple 的 QuickTime Player 播放器
1163 視訊軟體
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
86
網路視訊傳輸播放器bull 網路視訊播放器並非單一獨立的軟體而是嵌於網路通訊之中例如 MSN Skype等它提供了網路通訊時的視訊功能使得對話的兩方可看到對方透過網路攝影機所拍攝的視訊
圖 11-42 視訊傳輸
1163 視訊軟體
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
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JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
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圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
87
視訊剪輯軟體bull 視訊剪輯軟體是針對已存在的視訊檔案影片進行相關特效與後製處理包含剪輯合成轉錄快格慢動作等bull 常見的視訊編輯軟體有Adobe 的 Premiere 及 After Effects Pro Sony 的Vegas Pro蘋果的Final Cut Express 等
bull 使用此類軟體時通常也需要較高的硬體支援圖 11-43 Adobe Premiere Pro
1163 視訊軟體
88
數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
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數位科技的進步與網際網路的蓬勃發展各種影像聲音與視訊的多媒體應用技術不斷推陳出新而由於多媒體資料量的龐大故資料壓縮 (Data compression)就顯得重要且無法避免使用壓縮技術對多媒體資料進行壓縮會造成儲存空間播放速度與網路傳輸等多方面的影響分述如下
可降低儲存多媒體資料所需的空間可減少多媒體播放時從儲存體讀出之資料量可降低網路的傳輸量會增加 CPU的工作負擔
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
89
多媒體的資料壓縮又分為靜態或動態兩大類分述如下靜態壓縮
bull 指靜態媒體的壓縮例如影像 ( 圖檔 ) 檔案壓縮動態壓縮bull 指動態媒體的壓縮包含音訊資料壓縮視訊資料壓縮
【失真與非失真壓縮】『壓縮』技術其實分為失真與非失真兩種其目的都是為了使得檔案小一點失真壓縮是將資料所佔用的空間減少一點特色是有部份資料將會無法還原為本來的面目此類壓縮技術常使用於圖檔及影像檔例如 JPEG 與 MPEG非失真壓縮的意思是壓縮後的資料仍舊可以透過解壓縮過程還原回原始檔案此類壓縮技術有 ZIP RAR 等等並且通常必須透過特殊的軟體進行壓縮與解壓縮
117 資料壓縮原理（以 JPEG 為例）
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
90
國際標準化協會國際電子學委員會國際電信協會等國際組織於二十世紀 90年代領導制定了三個重要的視訊圖像壓縮編碼國際標準包含影像的JPEG標準視訊的 H261標準和 MPEG標準分述如下
JPEGbull JPEG是彩色灰度靜止圖像的第一個國際標準可適於靜態圖像的壓縮也是圖像壓縮編碼最常採用的標準H261
bull H261是視訊圖像壓縮編碼的國際標準主要用於視訊電話和電視會議等場合以 H261標準進行壓縮可獲得較好的品質以利傳輸更複雜的圖像MPEG
bull MPEG視訊壓縮技術是針對動態圖像的資料壓縮技術bull 目前又分為 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21等格式
1171 壓縮標準
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
91
由於壓縮技術屬於非常專業的技術故在本節中我們將僅以 JPEG為例說明 JPEG是如何對點陣圖檔進行失真壓縮其餘壓縮技術請見多媒體與壓縮技術專書JPEG簡介
JPEG是一種針對相片影像廣泛使用的失真壓縮標準方法名稱的由來是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）此團隊創立於西元 1986年 1992年發布了 JPEG標準並在 1994年獲得了 ISO 109918-1的認定JPEG本身只描述如何將一個影像轉換為位元組的數據串流(streaming)但並沒有說明這些位元組應該如何在任何特定的儲存媒體上進行儲存JPEG的壓縮方式通常是破壞性資料壓縮意即在壓縮過程中圖像的品質會遭受到可見的破壞故而只能使用於不完全要求100品質的場合使用 JPEG格式壓縮的圖片檔案一般也被稱為 JPEG 檔案最普遍被使用的副檔名格式為 jpg與 jpeg
1172 JPEG 影像壓縮技術
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
92
JPEG編碼壓縮的過程事實上也是編碼的一種只不過此時編碼的目的是要讓原本的資料大於編碼後的資料（如此就達成了壓縮的效果）因此在多媒體的壓縮技術中常見到所謂的「編碼器」即此原因JPEG編碼可大幅度減少需要儲存或通訊的資訊量而縮減後的資訊影像也的確可以被人們的視覺感官所接受下圖大略地說明了 JPEG的整個壓縮過程
圖 11-44 JPEG圖檔轉換流程圖
1172 JPEG 影像壓縮技術
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
93
圖 11-44的轉換步驟說明如下色彩空間轉換bull 首先影像由 RGB(紅綠藍 ) 轉換成為不同色彩空間目前採用的色彩空間變換包含 YIQ YUV和 YCrCb等三種與模擬 PAL彩色電視傳輸所使用的色彩空間相似取樣 (Sampling)bull 若在 YUV色彩空間中減少 U 和 V 的成份稱為 縮減取樣 或 色度抽樣 JPEG採用的縮減取樣比例可以是 4 4 4(無縮減取樣 ) 4 2 2(在水平方向取一個 2 的倍數 ) 以及最普遍的 4 2 0(在水平和垂直方向各取一個 2 的倍數 ) 離散餘弦轉換 (DCT Discrete Cosine Transform)
bull 將影像中的每個成份 (YUV)生成三個區域每一個區域再劃分成如磁磚般排列的 8times8子區域每一個子區域使用二維的離散餘弦轉換 (DCT)轉換到頻率空間量化 (Quantization)bull 人類眼睛對於一個相對大的範圍區域可清楚辨別亮度上的細微差異但是對高頻率亮度變動之確切強度的分辨上卻不是如此地準確這個事實讓我們能在高頻率成份上極佳地降低資訊的數量bull 簡單地把頻率領域上的每個成份除以一個對於該成份的常數即可完成最後進行四捨五入取最接近的整數這也是整個過程中的主要失真運算
1172 JPEG 影像壓縮技術
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
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重點回顧 amp 本章結束
94
熵編碼技術 (entropy coding)bull 熵編碼是無失真資料壓縮的一個特別形式它牽涉到將影像成份以 Z 字型排列把相似的頻率群組在一起插入長度編碼的零接著對剩下的部分使用霍夫曼編碼輸出 JPEG檔
bull 最後依據特定格式輸出 JPEG檔案
1172 JPEG 影像壓縮技術
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
95
電腦在多媒體的軟硬體發展上已經取得相當程度的成果並且多媒體技術隨著電腦的軟硬體發展也成為了一門重要的學科許多資訊科系皆已成立多媒體學程或學群更有甚至某些學校將多媒體獨立為個別科系或研究所接下來介紹多媒體重要的技術發展與整合相關應用
118 多媒體的技術發展與整合應用
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
重點回顧 amp 本章結束
96
隨著多媒體的快速發展因而衍生出「多媒體個人電腦」一辭多媒體個人電腦（ Multimedia Personal Computer簡稱 MPC）是指使用特定的硬體與軟體零組件進行輸入輸出及處理各種媒體資訊這些媒體資訊包括文字圖形聲音及影像等多媒體個人電腦至少包括了 DVD網路攝影機麥克風音效卡喇叭獨立顯示卡及高解析度顯示器等組件目前大多數的個人電腦都能夠輕易升級為多媒體個人電腦除了上述的基本配備外多媒體電腦還可以透過 USBIEEE 1394擴充更多的設備例如想要新增照片或圖像則加插掃描器或數位相機後照片就可以直接傳送到電腦上
圖 11-45 多媒體電腦
1181 多媒體個人電腦
97
多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
100
應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
105
QampA討論時間
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多媒體電腦除了硬體之外也需要許多軟體來搭配如果要製作多媒體資料則需要透過多媒體編輯軟體來完成多媒體編輯軟體可建立編輯和整合多媒體文件讓多媒體文件則有一致性一目了然力求簡潔保持生動傳遞訊息等特性常見的多媒體編輯軟體有些已在前面的章節詳細介紹過現將之整理如下繪圖編輯軟體實際應用各種繪圖技巧進行圖形的製作包含各種繪製圖形的指令精確繪圖編輯圖形等例如AutoCAD CorelDraw等影像編輯軟體又稱為影像處理軟體主要的功能包含瀏覽編輯整批處理分頁影像結合等例如 Paintbrush PhotoShop Photo Impact等簡報編輯軟體可用來協助製作演講訓練課程銷售展示和其它需要視覺輔助進行展示的場合例如 Power Point動畫編輯軟體透過動畫編輯軟體動畫家不需要再一格一格的畫只需要建立物件和幾個關鍵影格然後由軟體自動產生填補空檔的影格即可又分 2D和 3D二類軟體例如 3ds Max Maya Flash等
1181 多媒體個人電腦
98
視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
1181 多媒體個人電腦
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
1182 多媒體的技術發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
1184 多媒體的未來發展
104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
1184 多媒體的未來發展
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視訊編輯軟體透過視訊編輯軟體可輕鬆完成影片的剪接合成與配樂同步等工作也可以使得特效等進階工作變得更容易例如Adobe Premiere繪聲繪影 Ulead Media Studio Pro等聲音編輯軟體兼具錄音功能的聲波編輯軟體例如 Sound Recorder Audacity等螢幕錄影軟體可將螢幕的展示過程和聲音一併錄製起來例如PowerCam等網頁編輯軟體專為設計網頁的編輯軟體例如Dreamweaver FrontPage Silverlight
圖 11-46 PowerCam常見於多媒體教學應用
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99
多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
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多媒體技術目前的主流發展為「利用電腦的互動式技術和網路技術處理多種資訊媒體含文字影像聲音動畫和視訊等將多種訊息集合成一個互動式系統」相關的技術發展如下音訊處理技術bull 聲音處理語音識別聲紋比對音樂合成文字語音相互轉換影像處理技術bull 影像壓縮影像處理影像識別數位暗房3D繪圖技術
bull 3D繪圖影像編輯立體動畫編輯虛擬實境視訊處理技術bull 視訊後製動態偵測
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
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應用軟體開發bull 創作工具編輯工具多媒體搜尋bull 擷取多媒體資料的內涵作為索引及設計各類多媒體查詢方法以便用於多媒體搜尋處理與多媒體資料庫等方面的應用多媒體通訊bull 視訊會議系統隨選視訊 (MOD)和通訊系統設計等多媒體應用bull 電腦輔助教學 (CAI)遠距教學地理資訊系統 (GIS)等
1182 多媒體的技術發展
101
多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
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未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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104
多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
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多媒體整合 (Integration)是利用電腦來安排與整合多種媒體可產生更多樣化的作品例如某一段背景配樂在影片中的哪個時間點開始播放新聞播報中子母畫面的相對位置字幕出現在畫面上的位置與時間等在電腦網路應用的普及與高速傳輸下多媒體在企業界和生活中的整合應用非常多列舉如下多媒體簡報 (Multimedia Presentations)應用多媒體簡報系統進行產品特點或工作的重點說明視訊會議 (Video Conferencing)視訊會議是一種重要的多媒體通信系統它將電腦的交互性通信的分佈性和電視的真實性融為一體現在的視頻會議系統已經有成熟的產品家庭視聽這是多媒體最常見的應用由於數位化的多媒體具有傳輸儲存方便保真度非常高等特色使得數位化的音樂和影像進入了家庭如 CD VCD DVD等設備多媒體資料庫使用多媒體資料庫快速查詢影片圖案聲音等
1183 多媒體的整合和互動應用
102
多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
圖 11-48 iPad載體有助於多媒體電子書的創新發展
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多媒體互動 (Interaction)是一種特殊的多媒體整合應用它提供了多媒體與使用者的互動功能讓使用者能自由選擇想看的內容相關應用列舉如下公共導覽系統經由展示模擬方式導覽系統可導引我們很快地瞭解環境或事物虛擬實境bull 虛擬實境是一項與多媒體技術密切相關的邊緣技術它通過綜合應用電腦圖像處理類比與仿真傳感技術顯示系統等技術和設備以類比仿真的方式提供用戶一個真實反映操作物件變化與相互作用的三維圖像環境從而構成一個虛擬世界並通過特殊設備（如頭盔和資料手套）或攝影辨識提供用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維互動式用戶介面bull 最新且商業化的虛擬實境代表是體感遊戲 Kinect它是藉由三組攝影機拍攝使用者的動作然後透過軟體的辨識進行遊戲的操作而遊戲中的人物就會隨著使用者的動作而改變未來這一項技術將會使用於智慧型電視例如只需要揮一揮手就可以進行轉台而不再需要使用遙控器隨選視訊 (Video on Demand)隨選視訊系統是一種由使用者主導的視訊選擇系統所謂使用者主導乃指使用者可以隨時隨地主動地選擇需要的視訊節目並且可以隨意地控制視訊節目的播放方式
圖 11-47中華電信的MOD是多媒體整合應用之一
1183 多媒體的整合和互動應用
103
未來對多媒體的發展主要可分為幾個不同研究議題資料壓縮多媒體資訊特性與建模多媒體資訊的組織與管理多媒體資訊的表現與互動多媒體通信與分佈處理多媒體的軟硬體平臺虛擬實境技術及多媒體應用開發展望未來網路和電腦技術相交融的互動式多媒體將成為 21世紀多媒體主流發展方向
未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
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未來人們不僅可以從網路上接受資訊選擇資訊還可以發送資訊並且資訊還是以多媒體的形式進行傳輸利用互動式網路多媒體技術人們能夠在家裡購物點播自己喜歡的電視節目不過互動式多媒體技術的實現會以電視還是個人電腦為基礎設備還未有定論也有可能兩者在未來合而為一
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多媒體正以迅速意想不到的方式進入人們生活的多個層面目前的趨勢是各方面都將朝著當今最新技術綜合的方向發展包含大容量光碟記憶體網際網路和互動電視多媒體不僅影響資訊的包裝方式和我們如何運用這些資訊而且也將改變我們的未來和通信方式
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