電視與電腦科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)課件第一章電視與電腦科學(xué)概述電視與電腦科學(xué)的定義與發(fā)展11920s-1940s電視技術(shù)誕生機(jī)械電視到電子電視的轉(zhuǎn)變，CRT顯示技術(shù)的發(fā)明奠定了電視工業(yè)的基礎(chǔ)21950s-1970s計(jì)算機(jī)科學(xué)興起從大型機(jī)到個(gè)人電腦，程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展推動(dòng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的系統(tǒng)化31980s-2000s數(shù)字化革命模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換，多媒體技術(shù)將計(jì)算機(jī)與電視緊密結(jié)合42000s-至今智能融合時(shí)代智能電視、流媒體服務(wù)，電視與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面融合電視與電腦的融合趨勢技術(shù)融合的關(guān)鍵特征1硬件集成現(xiàn)代智能電視內(nèi)置強(qiáng)大的處理器和操作系統(tǒng)，具備完整的計(jì)算能力，可以運(yùn)行各種應(yīng)用程序2軟件生態(tài)應(yīng)用商店、流媒體平臺、游戲服務(wù)等軟件生態(tài)系統(tǒng)，讓電視成為多功能娛樂終端3交互革新語音控制、手勢識別、移動(dòng)設(shè)備互聯(lián)等交互方式，提升用戶體驗(yàn)智能電視界面展示了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)電視的完美融合"從笨重的顯像管電視到輕薄的智能顯示屏，技術(shù)的進(jìn)步讓我們見證了視覺傳媒的革命性變化。每一次技術(shù)躍進(jìn)都代表著人類對更好視聽體驗(yàn)的不懈追求。"早期電視特征單向信息傳播固定頻道選擇模擬信號傳輸大型顯像管結(jié)構(gòu)現(xiàn)代智能電視特征雙向交互通信無限內(nèi)容選擇高清數(shù)字信號第二章電視信號與顯示技術(shù)原理電視信號的基本組成視頻信號包含圖像的亮度和色彩信息亮度信號(Y)：黑白圖像信息色度信號(C)：彩色信息復(fù)合視頻信號：Y+C組合同步信號控制掃描時(shí)序的關(guān)鍵信號行同步脈沖：控制水平掃描場同步脈沖：控制垂直掃描復(fù)合同步信號：時(shí)序控制消隱信號掃描回程期間的信號處理行消隱：水平回程消隱場消隱：垂直回程消隱前肩后肩：消隱時(shí)間控制電視顯示技術(shù)01CRT顯像管技術(shù)電子束掃描熒光屏產(chǎn)生圖像，體積大但色彩還原度高02LCD液晶顯示技術(shù)利用液晶分子的電光效應(yīng)，配合背光源實(shí)現(xiàn)圖像顯示03OLED有機(jī)發(fā)光技術(shù)有機(jī)材料自發(fā)光，實(shí)現(xiàn)真正的黑色和無限對比度電視信號生成的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)//基于微控制器的同步信號生成示例#include"timer.h"#defineH_SYNC_WIDTH64//行同步脈沖寬度#defineH_BACK_PORCH128//行后肩時(shí)間#defineH_ACTIVE1024//有效圖像時(shí)間#defineH_FRONT_PORCH48//行前肩時(shí)間voidgenerate_hsync(){//產(chǎn)生水平同步脈沖output_low(HSYNC_PIN);delay_cycles(H_SYNC_WIDTH);output_high(HSYNC_PIN);//后肩時(shí)間delay_cycles(H_BACK_PORCH);//有效圖像數(shù)據(jù)輸出output_video_line();//前肩時(shí)間delay_cycles(H_FRONT_PORCH);}視頻DAC電路要點(diǎn)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓標(biāo)準(zhǔn)電平：0.7V峰值視頻信號同步電平：-0.3V同步脈沖75歐姆阻抗匹配信號電平規(guī)范白電平：100IRE單位黑電平：7.5IRE單位消隱電平：0IRE單位電視信號波形分析同步脈沖負(fù)極性脈沖精確時(shí)序控制后肩時(shí)間掃描穩(wěn)定期色彩基準(zhǔn)建立有效視頻圖像信息傳輸亮度色度數(shù)據(jù)前肩時(shí)間掃描返回準(zhǔn)備下一行預(yù)備第三章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)硬件組成簡介中央處理器CPU執(zhí)行指令和運(yùn)算算術(shù)邏輯單元(ALU)控制單元(CU)寄存器組緩存系統(tǒng)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)和程序的存儲載體內(nèi)存(RAM)：臨時(shí)存儲硬盤(HDD/SSD)：永久存儲緩存：高速緩沖寄存器：極速存儲輸入輸出設(shè)備人機(jī)交互的橋梁鍵盤鼠標(biāo)：數(shù)據(jù)輸入顯示器：視覺輸出網(wǎng)絡(luò)接口：數(shù)據(jù)傳輸存儲接口：數(shù)據(jù)讀寫系統(tǒng)總線各組件間的通信通道地址總線：內(nèi)存尋址數(shù)據(jù)總線：信息傳輸控制總線：操作協(xié)調(diào)擴(kuò)展總線：設(shè)備連接數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示基本概念1位(bit)最小存儲單位0或1的二進(jìn)制值8字節(jié)(byte)8個(gè)位組成可表示256種狀態(tài)1024千字節(jié)(KB)1024字節(jié)約等于1000字節(jié)進(jìn)制轉(zhuǎn)換實(shí)例十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制151111F25511111111FF102410000000000400655361000000000000000010000計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制是因?yàn)殡娮悠骷拈_關(guān)特性：通電為1，斷電為0。這種簡單可靠的表示方法成為了所有數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)。編碼與文件管理基礎(chǔ)文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層次的目錄組織方式根目錄：系統(tǒng)頂層子目錄：分類存儲文件：數(shù)據(jù)實(shí)體路徑：位置標(biāo)識字符編碼標(biāo)準(zhǔn)文字信息的數(shù)字化表示ASCII：基礎(chǔ)英文編碼Unicode：國際標(biāo)準(zhǔn)編碼UTF-8：可變長度編碼GBK：中文編碼擴(kuò)展數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少存儲空間的方法無損壓縮：完全還原有損壓縮：近似還原ZIP：通用壓縮格式JPEG：圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)文件管理系統(tǒng)為用戶提供了直觀的數(shù)據(jù)組織方式，隱藏了底層硬件的復(fù)雜性。編碼技術(shù)解決了不同語言文字的數(shù)字化表示問題，使得全球信息交流成為可能。壓縮技術(shù)則在存儲空間和傳輸效率之間找到了平衡。數(shù)據(jù)的數(shù)字化表示與傳輸1模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換連續(xù)信號離散化采樣量化編碼2數(shù)字信號處理算法運(yùn)算存儲壓縮加密3網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議分組傳輸錯(cuò)誤檢測路由選擇4終端顯示還原解碼處理格式轉(zhuǎn)換視覺呈現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)將各種媒體內(nèi)容統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效存儲、處理和傳輸?shù)谒恼掠?jì)算機(jī)編程與軟件基礎(chǔ)編程是人與計(jì)算機(jī)溝通的語言，通過精確的指令讓機(jī)器完成復(fù)雜任務(wù)。從基礎(chǔ)語法到實(shí)際應(yīng)用，編程技能是現(xiàn)代科技工作者的必備素養(yǎng)。本章將引導(dǎo)您進(jìn)入編程世界的大門。程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)變量與數(shù)據(jù)類型存儲和操作數(shù)據(jù)的容器整型(int)：整數(shù)數(shù)據(jù)浮點(diǎn)型(float)：小數(shù)數(shù)據(jù)字符型(char)：文字?jǐn)?shù)據(jù)布爾型(bool)：邏輯數(shù)據(jù)流程控制結(jié)構(gòu)控制程序執(zhí)行順序的語句順序結(jié)構(gòu)：按序執(zhí)行選擇結(jié)構(gòu)：條件分支循環(huán)結(jié)構(gòu)：重復(fù)執(zhí)行跳轉(zhuǎn)語句：流程跳轉(zhuǎn)函數(shù)與模塊化可重用的代碼功能塊函數(shù)定義：功能封裝參數(shù)傳遞：數(shù)據(jù)輸入返回值：結(jié)果輸出作用域：變量可見性編程語言分類機(jī)器語言CPU直接識別的二進(jìn)制指令1011000001100001執(zhí)行效率最高但編寫困難匯編語言使用助記符的低級語言MOVAL,97接近硬件但可讀性更好高級語言接近人類思維的抽象語言printf("Hello");易于理解和維護(hù)開發(fā)電視與視頻相關(guān)編程實(shí)例//C語言實(shí)現(xiàn)電視信號同步代碼詳細(xì)解析#include<stdio.h>#include<stdint.h>//定義PAL制式電視參數(shù)#defineLINES_PER_FRAME625//每幀行數(shù)#definePIXELS_PER_LINE1135//每行像素?cái)?shù)#defineSYNC_LEVEL64//同步電平#defineBLACK_LEVEL256//黑電平#defineWHITE_LEVEL940//白電平//視頻緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)typedefstruct{uint16_tpixel_data[LINES_PER_FRAME][PIXELS_PER_LINE];uint8_tsync_flag;}VideoBuffer;//生成水平同步脈沖voidgenerate_hsync_pulse(VideoBuffer*buffer,intline){//同步脈沖部分(4.7微秒)for(inti=0;i<64;i++){buffer->pixel_data[line][i]=SYNC_LEVEL;}//后肩部分(5.7微秒)for(inti=64;i<128;i++){buffer->pixel_data[line][i]=BLACK_LEVEL;}//有效圖像部分(52微秒)generate_active_video(buffer,line,128,1024);//前肩部分(1.65微秒)for(inti=1152;i<1184;i++){buffer->pixel_data[line][i]=BLACK_LEVEL;}}這段代碼展示了如何用C語言生成符合PAL制式標(biāo)準(zhǔn)的電視同步信號。每一行視頻信號都包含精確定時(shí)的同步脈沖、消隱信號和有效圖像數(shù)據(jù)。通過控制像素值的大小，可以生成不同亮度的圖像內(nèi)容?；?dòng)演示：用代碼生成簡單黑白視頻信號//生成測試圖案的函數(shù)voiddraw_test_pattern(VideoBuffer*buf){for(inty=0;y<576;y++){for(intx=128;x<896;x++){//生成黑白條紋if((x/64)%2==0){buf->pixel_data[y][x]=WHITE_LEVEL;}else{buf->pixel_data[y][x]=BLACK_LEVEL;}//生成灰度漸變if(y>288){intgray=(x-128)*684/768;buf->pixel_data[y][x]=BLACK_LEVEL+gray;}}}}//主循環(huán)：連續(xù)輸出視頻幀intmain(){VideoBufferframe_buffer;while(1){//清空幀緩沖clear_frame_buffer(&frame_buffer);//繪制測試圖案draw_test_pattern(&frame_buffer);//輸出到DACoutput_frame_to_dac(&frame_buffer);//等待下一幀wait_for_vsync();}return0;}測試圖案說明黑白條紋：用于測試水平分辨率和幾何失真灰度漸變：檢驗(yàn)亮度線性度和動(dòng)態(tài)范圍同步信號：確保掃描時(shí)序的準(zhǔn)確性消隱電平：提供穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)編程要點(diǎn)：精確的時(shí)序控制是視頻信號生成的關(guān)鍵，每個(gè)像素的時(shí)間間隔必須嚴(yán)格符合廣播標(biāo)準(zhǔn)。從程序代碼到視頻輸出的完整流程程序編譯將C語言源代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器可執(zhí)行的二進(jìn)制程序?qū)崟r(shí)執(zhí)行微控制器按照程序指令，精確控制輸出時(shí)序模擬轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像數(shù)據(jù)通過DAC轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)視頻信號顯示輸出電視機(jī)接收信號并在屏幕上呈現(xiàn)可視圖像編程技術(shù)讓我們能夠完全控制視頻信號的生成過程，實(shí)現(xiàn)自定義的圖像顯示效果第五章多媒體與動(dòng)畫技術(shù)應(yīng)用多媒體技術(shù)融合了文字、圖像、聲音、動(dòng)畫等多種表現(xiàn)形式，為信息傳播和藝術(shù)創(chuàng)作開辟了新的天地?，F(xiàn)代影視制作離不開計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和動(dòng)畫技術(shù)的支撐。3D建模與動(dòng)畫基礎(chǔ)Blender軟件核心功能建模系統(tǒng)創(chuàng)建三維幾何對象網(wǎng)格建模：多邊形編輯曲線建模：NURBS曲面雕刻工具：有機(jī)建模修改器：程序化建模動(dòng)畫系統(tǒng)賦予對象運(yùn)動(dòng)生命關(guān)鍵幀動(dòng)畫：傳統(tǒng)動(dòng)畫路徑動(dòng)畫：沿線運(yùn)動(dòng)骨骼動(dòng)畫：角色動(dòng)畫物理模擬：真實(shí)運(yùn)動(dòng)渲染引擎生成最終圖像效果Cycles：光線追蹤Eevee：實(shí)時(shí)渲染材質(zhì)系統(tǒng)：表面屬性燈光系統(tǒng)：照明設(shè)置影視動(dòng)畫制作流程概念設(shè)計(jì)：角色場景設(shè)計(jì)預(yù)視化：3D故事板制作建模貼圖：精細(xì)模型創(chuàng)建綁定動(dòng)畫：角色動(dòng)作設(shè)計(jì)燈光渲染：最終圖像生成后期合成：特效音效整合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在影視制作中發(fā)揮著越來越重要的作用。從《玩具總動(dòng)員》到《阿凡達(dá)》，每一部里程碑式的電影都推動(dòng)了CG技術(shù)的重大進(jìn)步?，F(xiàn)在的電影制作流程已經(jīng)高度數(shù)字化，演員表演通過動(dòng)作捕捉技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字角色，實(shí)景拍攝與虛擬場景無縫融合。電視節(jié)目中的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)案例"《BitsandBytes》節(jié)目在1980年代通過電視媒體向大眾普及計(jì)算機(jī)知識，成為教育電視的經(jīng)典范例。它證明了電視作為教學(xué)媒介的巨大潛力。"經(jīng)典教育節(jié)目特色循序漸進(jìn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)從基礎(chǔ)概念到高級應(yīng)用，符合學(xué)習(xí)規(guī)律的知識體系生動(dòng)形象的演示方式通過動(dòng)畫、圖表、實(shí)物展示等方式化抽象為具體互動(dòng)參與的學(xué)習(xí)模式鼓勵(lì)觀眾動(dòng)手實(shí)踐，提供練習(xí)題和思考問題權(quán)威專業(yè)的內(nèi)容質(zhì)量由計(jì)算機(jī)專家和教育專家共同制作，確保準(zhǔn)確性現(xiàn)代教育電視發(fā)展趨勢多媒體整合：視頻、音頻、文本、互動(dòng)元素有機(jī)結(jié)合個(gè)性化學(xué)習(xí)：根據(jù)學(xué)習(xí)者水平調(diào)整內(nèi)容難度實(shí)時(shí)互動(dòng)：觀眾可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)參與討論跨平臺傳播：電視、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備多渠道播出AI輔助制作：智能推薦、自動(dòng)字幕、語音識別教學(xué)啟示：優(yōu)秀的教育電視節(jié)目需要將專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為大眾易于理解的表達(dá)方式，這正是科學(xué)傳播的藝術(shù)所在。現(xiàn)代電視與互聯(lián)網(wǎng)融合1傳統(tǒng)廣播電視單向傳播模式固定節(jié)目時(shí)間表有限頻道選擇被動(dòng)觀看體驗(yàn)統(tǒng)一內(nèi)容輸出2網(wǎng)絡(luò)視頻平臺按需點(diǎn)播服務(wù)隨時(shí)隨地觀看海量內(nèi)容庫個(gè)性化推薦多設(shè)備同步3智能電視系統(tǒng)融合交互平臺語音操控功能應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)社交分享能力云端內(nèi)容同步4未來媒體形態(tài)沉浸式體驗(yàn)VR/AR技術(shù)集成AI智能助手實(shí)時(shí)內(nèi)容生成全感官交互網(wǎng)絡(luò)視頻流技術(shù)通過分片傳輸、自適應(yīng)碼率、CDN加速等方式，解決了大規(guī)模視頻分發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)。智能電視的交互功能不僅限于內(nèi)容消費(fèi)，還擴(kuò)展到購物、教育、健康管理等生活服務(wù)領(lǐng)域，成為智能家居的核心控制中心?，F(xiàn)代影視制作中的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用前期制作數(shù)字故事板概念藝術(shù)設(shè)計(jì)3D預(yù)視化虛擬場景搭建拍攝階段動(dòng)作捕捉技術(shù)虛擬攝影機(jī)實(shí)時(shí)渲染預(yù)覽數(shù)字替身演員后期制作數(shù)字合成特效模擬色彩校正音效同步發(fā)行播放格式轉(zhuǎn)換數(shù)字發(fā)行流媒體適配多平臺優(yōu)化從創(chuàng)意構(gòu)思到最終播放，整個(gè)影視制作流程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化第六章實(shí)踐與項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是實(shí)際應(yīng)用。通過動(dòng)手制作項(xiàng)目，我們能夠深入理解電視與計(jì)算機(jī)技術(shù)的工作原理，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。本章將指導(dǎo)您完成具體的技術(shù)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電視信號生成器硬件選型與設(shè)計(jì)01微控制器選擇ArduinoUno或STM32F4足夠的IO口數(shù)量精確定時(shí)器功能SPI/I2C通信接口豐富的開發(fā)資源02視頻DAC電路AD7125或類似芯片8位分辨率滿足需求快速建立時(shí)間75歐姆輸出阻抗標(biāo)準(zhǔn)電平輸出03同步信號處理專用同步分離電路精確時(shí)序控制混合同步輸出標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極性脈沖抗干擾設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)組件規(guī)格要求關(guān)鍵參數(shù)晶振25.175MHz±50ppm精度視頻DAC8位50MSPS1V輸出擺幅同步混合器ECL邏輯電平2ns上升時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)75Ω阻抗±2%阻抗誤差設(shè)計(jì)注意：高頻信號布線需要考慮傳輸線效應(yīng)，保持阻抗連續(xù)性和良好的接地設(shè)計(jì)。軟件編程需要實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序控制，包括像素時(shí)鐘生成、行場同步信號產(chǎn)生、視頻數(shù)據(jù)輸出等功能。調(diào)試流程包括波形測量、信號質(zhì)量分析、兼容性測試等步驟，確保生成的信號符合廣播標(biāo)準(zhǔn)要求。計(jì)算機(jī)科學(xué)小項(xiàng)目圖形繪制程序開發(fā)項(xiàng)目目標(biāo)：創(chuàng)建基礎(chǔ)2D圖形庫點(diǎn)、線、圓的繪制算法多邊形填充技術(shù)顏色混合與漸變鼠標(biāo)交互響應(yīng)//布雷森漢直線算法示例voiddraw_line(intx0,inty0,intx1,inty1){intdx=abs(x1-x0);intdy=abs(y1-y0);interr=dx-dy;while(x0!=x1||y0!=y1){set_pixel(x0,y0);inte2=2*err;if(e2>-dy){err-=dy;x0+=sx;}if(e2<dx){err+=dx;y0+=sy;}}}互動(dòng)教學(xué)動(dòng)畫制作項(xiàng)目目標(biāo)：制作科普教育短片二進(jìn)制轉(zhuǎn)換動(dòng)畫演示CPU指令執(zhí)行可視化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模擬用戶互動(dòng)問答系統(tǒng)制作工具：Blender動(dòng)畫+Python腳本3D場景建模與材質(zhì)角色動(dòng)畫與表情音效同步與字幕交互邏輯編程項(xiàng)目開發(fā)步驟需求