計(jì)算思維與人工智能基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院邱虹坤

多媒體與計(jì)算思維01數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)概念數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)是可記錄和識(shí)別的有意義符號(hào)，形式多樣，如文字、數(shù)字、圖像等，是信息的載體。Part01數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)分連續(xù)和離散兩種，連續(xù)如電磁波，離散如計(jì)算機(jī)中的文檔照片。Part02信息概念信息價(jià)值信息因場(chǎng)景和主觀認(rèn)識(shí)而定，對(duì)不同人價(jià)值不同，需承載有用內(nèi)容。信息來(lái)源信息由數(shù)據(jù)加工得來(lái)，消除不確定性，可由數(shù)字、文字等表達(dá)。02字符編碼ASCII編碼ASCII碼標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼由ANSI制定，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，有7位和8位碼，可表示128個(gè)字符。01ASCII存儲(chǔ)ASCII碼在計(jì)算機(jī)中占一個(gè)字節(jié)，最高位用作奇偶校驗(yàn)位。02Unicode編碼Unicode為全球字符提供唯一標(biāo)識(shí)和編碼，定義龐大字符集。Unicode目標(biāo)Unicode采用UTF-8、UTF-16、UTF-32等編碼方案實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和傳輸。編碼方案漢字編碼漢字輸入碼漢字機(jī)內(nèi)碼漢字國(guó)標(biāo)碼漢字國(guó)標(biāo)碼是1980年制定的雙字節(jié)編碼方案，包含6,763個(gè)漢字和682個(gè)字符。漢字機(jī)內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)內(nèi)處理和存儲(chǔ)漢字的表示，2個(gè)字節(jié)最高位均為1。漢字輸入碼是鍵盤輸入漢字的編碼，常見(jiàn)有拼音碼、五筆字型碼。漢字輸出碼用于顯示屏或打印機(jī)輸出漢字，有點(diǎn)陣和矢量?jī)煞N形式。漢字輸出碼03多媒體編碼音頻編碼聲音是物體振動(dòng)產(chǎn)生的波動(dòng)，頻率范圍約20Hz到20kHz。基本概念聲音數(shù)字化包括采樣、量化和編碼，采樣頻率和量化精度影響質(zhì)量。數(shù)字化過(guò)程常見(jiàn)聲音格式有WAV、MP3、WMA、AAC、OGG、FLAC、APE等。常見(jiàn)格式音頻編碼格

式說(shuō)

明WAV是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)聲音文件格式，不進(jìn)行壓縮，保留了聲音的完整信息，但占用空間很大。MP3MP3格式是目前最流行的一種數(shù)字聲音編碼和壓縮格式。它是一種有損壓縮的聲音文件格式，能夠?qū)⒙曇魤嚎s在很小的儲(chǔ)存空間，但會(huì)降低聲音的質(zhì)量。MP3格式利用MPEGAudioLayer3的技術(shù)，通過(guò)消除人耳不敏感的聲音信息來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮。WMA是微軟公司推出的一種與MP3格式齊名的一種新的聲音格式，也是一種有損壓縮的聲音文件格式，但比MP3格式更高效，具有更高的“性價(jià)比”。WMA格式支持證書(shū)加密，可以保護(hù)版權(quán)。AAC是一種專為聲音數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的文件壓縮格式，也是一種有損壓縮的聲音文件格式，但比MP3格式更先進(jìn)，能夠提供更好的聲音質(zhì)量和更小的文件大小。AAC格式是蘋(píng)果公司iTunes和iPod默認(rèn)使用的聲音格式。OGG是一種開(kāi)源Q的無(wú)損或有損壓縮的聲音文件格式，能夠提供高質(zhì)量和低延遲的聲音傳輸。OGG格式使用Vorbis編碼技術(shù)，具有良好的壓縮效率和兼容性。FLAC是一種無(wú)損壓縮的聲音文件格式，能夠保留原始聲音數(shù)據(jù)的完整性和質(zhì)量，但占用空間較小。FLAC格式使用自由編碼技術(shù)，支持多種平臺(tái)和應(yīng)用程序。APE是一種無(wú)損壓縮的聲音文件格式，能夠保留原始聲音數(shù)據(jù)的完整性和質(zhì)量，但占用空間較小。APE格式使用Monkey'sAudio編碼技術(shù)，具有高速和高效率的特點(diǎn)。表2-1常見(jiàn)的聲音格式圖像編碼圖像編碼將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，目標(biāo)是減小數(shù)據(jù)量。Part01圖像數(shù)字化包括采樣、量化和編碼，分辨率和顏色深度影響文件大小。Part02常見(jiàn)圖像格式有BMP、JPEG、PNG、GIF、TIFF、PSD、SVG等。Part03基本概念數(shù)字化過(guò)程常見(jiàn)格式圖像編碼格

式說(shuō)

明BMP是Windows四操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，不進(jìn)行壓縮，保留了圖像的完整信息，但占用空間很大JPEG是一種有損壓縮的圖像文件格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間，但會(huì)降低圖片的質(zhì)量。JPEG格式適合于存儲(chǔ)和傳輸照片等連續(xù)色調(diào)的圖像。PNG是一種無(wú)損壓縮的圖像文件格式，能夠保留圖像的透明度和顏色信息，但壓縮率不如JPEG高。PNG格式適合于存儲(chǔ)和傳輸圖標(biāo)、LOGO等不規(guī)則形狀的圖像。GIF是一種無(wú)損壓縮的圖像文件格式，能夠支持動(dòng)態(tài)圖片和透明背景，但只能表示256種顏色。GIF格式適合于存儲(chǔ)和傳輸動(dòng)畫(huà)、表情包等簡(jiǎn)單色彩的圖像。TIFF是一種無(wú)損壓縮的圖像文件格式，能夠支持不同顏色模式、路徑、透明度、以及通道等信息，但占用空間較大。TIFF格式適合于打印文檔中使用，或者作為PSD格式的替代品。PSD是Photoshop四默認(rèn)的存儲(chǔ)格式，能夠保留圖層、濾鏡、蒙版等PS處理信息，但需要專業(yè)的軟件才能打開(kāi)。PSD格式適合于存儲(chǔ)源文檔和工作文件，方便修改和編輯。SVG是一種基于XML的矢量圖形格式，能夠無(wú)損縮放和旋轉(zhuǎn)，但不支持復(fù)雜的渲染效果。SVG格式適合于網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、圖形制作等應(yīng)用場(chǎng)景。表2-2常見(jiàn)的圖像格式視頻編碼視頻是連續(xù)的圖像序列，計(jì)算機(jī)處理視頻需壓縮。01視頻壓縮去除冗余信息，包括幀內(nèi)、幀間和熵編碼技術(shù)。02常見(jiàn)視頻格式有AVI、DV、MPEG、DivX、MOV、ASF、WMV、RM、RMVB等。03基本概念壓縮原理常見(jiàn)格式視頻編碼格

式說(shuō)

明AVIAVI格式即音頻視頻交錯(cuò)格式，就是可以將視頻和音頻交織在一起進(jìn)行同步播放。這種視頻格式的優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量好，可以跨多個(gè)平臺(tái)使用，但是其缺點(diǎn)是體積過(guò)于龐大，且壓縮標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因此經(jīng)常會(huì)遇到Windows媒體播放器播放不了采用不同版本編碼編輯的AVI格式視頻。DVDV是由索尼、松下、JVC等多家廠商聯(lián)合提出的一種家用數(shù)字視頻格式。這種視頻格式的文件擴(kuò)展名一般也是.avi，也稱其為DV-AVI。MPEGMPEG即運(yùn)動(dòng)圖像專家組格式，是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它采用了有損壓縮方法從而減少運(yùn)動(dòng)圖像中的冗余信息。通過(guò)保留相鄰兩幅畫(huà)面絕大多數(shù)相同的部分，把后續(xù)圖像與前面圖像冗余的部分去除，從而達(dá)到壓縮的目的。MPEG格式有三個(gè)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，分別是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4，另外，MPEG-7與MPEG-21仍處在研發(fā)階段。DivX是由MPEG-4衍生出的另一種視頻編碼（壓縮）標(biāo)準(zhǔn)，也即我們通常所說(shuō)的DVDrip格式，它使用DivX壓縮技術(shù)對(duì)DVD盤片的視頻圖像進(jìn)行高質(zhì)量壓縮，同時(shí)用MP3或AC3對(duì)音頻進(jìn)行壓縮，然后再將視頻與音頻合成并加上相應(yīng)的外掛字幕文件而形成的視頻格式。其畫(huà)質(zhì)直逼DVD但體積只有DVD的數(shù)分之一。MOVApple公司開(kāi)發(fā)的一種視頻格式，具有較高的壓縮比率、較高的視頻清晰度和跨平臺(tái)性等特點(diǎn)。視頻編碼格

式說(shuō)

明ASF是微軟為了RealPlayer競(jìng)爭(zhēng)而推出的一種使用了MPEG-4的壓縮算法的視頻格式，用戶可以直接使用Windows自帶的MediaPlayer對(duì)其進(jìn)行播放。WMV是微軟推出的一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。WMV格式的主要優(yōu)點(diǎn)包括：本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充的媒體類型、可伸縮的媒體類型、多語(yǔ)言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性等。RMNetworks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范，用戶可以使用RealPlayer或RealOnePlayer對(duì)符合RealMedia技術(shù)規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)音頻/視頻資源進(jìn)行實(shí)況轉(zhuǎn)播，并且RealMedia還可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率制定出不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送和播放。這種格式的另一個(gè)特點(diǎn)是用戶使用RealPlayer或RealOnePlayer播放器可以在不下載音頻/視頻內(nèi)容的條件下實(shí)現(xiàn)在線播放。RMVB是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻格式，它的先進(jìn)之處在于RMVB視頻格式打破了原先RM格式那種平均壓縮采樣的方式，在保證平均壓縮比的基礎(chǔ)上合理利用比特率資源，就是說(shuō)靜止和動(dòng)作場(chǎng)面少的畫(huà)面場(chǎng)景采用較低的編碼速率，這樣可以留出更多的帶寬空間，而這些帶寬會(huì)在出現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面場(chǎng)景時(shí)被利用。這樣在保證了靜止畫(huà)面質(zhì)量的前提下，大幅地提高了運(yùn)動(dòng)圖像的畫(huà)面質(zhì)量，從而圖像質(zhì)量和文件大小之間就達(dá)到了微妙的平衡。04計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本概念主要研究圖形生成、變換、渲染和人機(jī)交互等。研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)源于1962年，發(fā)展迅速，應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)、游戲、影視特效等領(lǐng)域。發(fā)展歷程技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)用于創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景、角色、道具，提供沉浸式體驗(yàn)。游戲開(kāi)發(fā)用于制作特效、動(dòng)畫(huà)角色，如《阿凡達(dá)》中的外星生物和奇幻場(chǎng)景。影視制作幫助設(shè)計(jì)師創(chuàng)建建筑模型，進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)和內(nèi)部空間布局。建筑設(shè)計(jì)用于三維建模和外觀設(shè)計(jì)，進(jìn)行裝配模擬和運(yùn)動(dòng)仿真。工業(yè)設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)以圖形形式直觀表示，應(yīng)用于氣象、地震、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。信息可視化05虛擬現(xiàn)實(shí)概念虛擬現(xiàn)實(shí)是綜合利用多種技術(shù)的高級(jí)人機(jī)界面，使用戶沉浸于虛擬世界。定義由杰倫·拉尼爾提出，馬文·明斯基是啟蒙者，技術(shù)不斷發(fā)展。發(fā)展歷程0102

特點(diǎn)沉浸性用戶感覺(jué)置身于虛擬世界中，被虛擬世界包圍。交互性用戶可操作虛擬環(huán)境中的物體，得到自然反饋。想象性用戶通過(guò)互動(dòng)拓寬認(rèn)知范圍，創(chuàng)造不存在的場(chǎng)景。多感知性具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知方式。自主性虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作。分類03.01.02.06.04.05.桌面式利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和屏幕，成本低，應(yīng)用廣?；旌犀F(xiàn)實(shí)真實(shí)和虛擬世界融合，可實(shí)時(shí)交互。沉浸式提供完全沉浸體驗(yàn)，采用頭盔、眼鏡等設(shè)備。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)包括AR、VR、MR等多種形式。增強(qiáng)式將虛擬元素疊加到真實(shí)世界，增強(qiáng)感知和互動(dòng)。分布式支持多用戶交互，共享虛擬環(huán)境。應(yīng)用01020304影視娛樂(lè)9DVR項(xiàng)目提供沉浸式體驗(yàn)，3DVR游戲提升真實(shí)感。航空航天模擬飛行環(huán)境，降低實(shí)驗(yàn)成本和危險(xiǎn)。教育打造生動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室。工業(yè)用于汽車設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和培訓(xùn)。設(shè)計(jì)模擬室內(nèi)設(shè)計(jì)效果，節(jié)省時(shí)間和成本。智能設(shè)備VR眼鏡與智能手機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種操作。醫(yī)學(xué)模擬人體組織和器官，進(jìn)行手術(shù)預(yù)演。050607問(wèn)題沉迷、隱私泄露、社交隔閡等。應(yīng)對(duì)加強(qiáng)法律法規(guī)建設(shè)，引導(dǎo)企業(yè)自律，提升用戶素養(yǎng)。挑戰(zhàn)06元宇宙概念元宇宙是可與現(xiàn)實(shí)世界交互的虛