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1、第1章多媒体技术概论,1.1多媒体的基本概念1.1.1媒体与多媒体1媒体媒体又称媒质或媒介，它是信息表示、信息传递和信息存储的载体。传统的媒体，如报纸、杂志、广播、电影和电视等，都是以各自的媒体形式进行传播。在计算机领域中，媒体有两种含义：表示信息的载体和存储信息的实体。如文本、音频、图形、图像、动画和视频等是用来表示信息的载体，而纸张、磁带、磁盘、光盘和半导体存储器等都是存储信息的实体。现代科技的发展大大方便了人们之间的交流和沟通，也给媒体赋予许多新的内涵。根据国际电信联盟电信标准局ITU-T（原国际电报电话咨询委员会CCITT）建议的定义，媒体可分为下列五大类。,（1）感觉媒体,感觉媒体是
2、指直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉一类媒体，如视觉、听觉、触觉和味觉等。（2）表示媒体表示媒体是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为构造出来的一种媒体，如文字、音频、图形、图像、动画和视频等信息的数字化编码表示。借助于表示媒体，可以很方便地将感觉媒体从一个地方传输到另一个地方。（3）显示媒体显示媒体是指媒体传输中电信号与媒体之间转换所用的一类媒体。它又分为两种：一种是输入显示媒体，如键盘、鼠标器、话筒和扫描仪等；另一种是输出显示媒体，如显示器、打印机、音箱和投影仪等。（4）存储媒体存储媒体又称存储介质，用来存放表示媒体，以便计算机随时调用和处理信息编码，如磁盘、光盘和内存等。（5）传输媒体
3、传输媒体又称传输介质，它是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体，如双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。,2多媒体,通常，人们所指的多媒体就是表示媒体，即文本、音频、图形、图像、动画和视频等媒体信息。多媒体是融合两种或者两种以上表示媒体的一种人机交互式信息交流和传播媒体，它是多种媒体信息的综合。多媒体的实质是将自然形式存在的各种媒体数字化，然后利用计算机对这些数字信息进行加工或处理，以一种友好的方式提供给用户使用。因此，多媒体是一个丰富多彩的感官世界，它能使人的眼睛、耳朵、手指，特别是大脑兴奋起来。人类感知信息的第一个途径是视觉，通过视觉可以从外部世界获取80%左右的信息；其次是听觉，通过
4、听觉可以从外部世界获取10%左右的信息；第三个途径是触觉、嗅觉和味觉，它们合起来能获取的信息量约占10%。目前，多媒体只利用了人的视觉和听觉，虚拟现实中用到了触觉（如数据手套、数据衣服等）和嗅觉（如电子鼻等），而味觉尚未集成进来。随着多媒体技术的进步，多媒体的含义和范围还将扩展。,1.1.2多媒体技术的主要特性,多媒体技术至今无公认统一的严格定义，但可以从其特点来进行描述。多媒体技术是利用计算机把文本、图形、图像、音频和视频等多种信息一体化，使之建立逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统，并能对多种媒体信息进行获取、压缩编码、编辑、加工处理、存储和展示。简单地说，多媒体技术就是把声、文、图、像和
5、计算机结合在一起的技术。实际上，多媒体技术是计算机技术、通信技术、音频技术、视频技术、图像压缩技术、文字处理技术等多种技术综合的技术。由多媒体技术的定义可知，它具有如下几个特性：1.信息媒体的多样性人类对信息的接收主要依靠5种感觉，即视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉。其中前三者所获取的信息量占95%以上。多媒体技术目前只提供了多维化信息空间中音频和视频信息的获得和表示方法，它使得计算机中信息表达的方式不再局限于数字与文字，而广泛采用图像、图形、视频、音频等信息形式，使我们的思维表达有了更充分更自由的扩展空间。多媒体信息的多样化不仅仅指输入，而且还指输出。对输入信息进行变换、组合和加工，就可以大大丰
6、富信息的表现能力，实现有声有色、生动逼真的效果。2.实时性由于多媒体技术是研究多种媒体集成的技术，其中声音和活动的视频图像都与时间有着密切的关系，这就决定了多媒体技术应支持实时处理。如播放时，声音和图像都不能有停顿的现象。,1.1.3多媒体系统的分类,多媒体系统可按其功能不同和应用不同进行分类。1.多媒体系统基于功能的分类多媒体系统按其功能不同可分为开发系统、培训系统、演示系统、家庭系统等。（1）开发系统主要用于多媒体应用的开发，因此系统配有功能强大的计算机系统和声、文、图等信息齐全的外部设备及多媒体演示工具，主要应用于多媒体应用制作。非线性编辑等，如视频、音频制作系统。（2）培训系统单用户多
7、媒体播放系统，以计算机为基础，配有光驱、声卡、音响与图像接口控制卡以及相应的外设。常用于小型商业销售和教育培训等。（3）演示系统它是增强型的演示窗口，可完成多媒体的应用，并与网络连接。主要用于单位多媒体教学和会议演示等。（4）家庭系统家庭多媒体播放系统、通常配有光驱，可作为家庭影院等。,2.多媒体系统基于应用的分类,多媒体按其应用不同可分为：多媒体信息咨询系统、多媒体管理系统、多媒体辅助教学系统、多媒体通信系统和多媒体娱乐系统等。（1）多媒体信息咨询系统图书资料检索系统、交通枢纽信息咨询系统、证券交易咨询系统、旅游咨询系统、房地产交易咨询系统、酒店信息咨询系统、多媒体产品广告系统等。（2）多媒
8、体管理系统档案管理系统、超级市场管理系统、名片管理系统等。（3）多媒体辅助教学系统课件、电子教材、多媒体学习软件等。（4）多媒体通信系统可视电话、视频会议系统等。（5）多媒体娱乐系统电脑卡拉OK系统、视频VOD系统、网络游戏等。多媒体技术的发展为人类实现以自然的方式来传递各种信息和进行人机交互提供了平台，使得人们摆脱了那些静止的、固定不变的应用程序和设备，进入可以表现才能、实现人机交互的多媒体境界，开创了计算机应用的新纪元。,1.1.4媒体系统的层次结构,多媒体系统的层次结构如图1-1所示，该结构与常用的计算机系统的结构原则上是相通的，它主要包括以下几层：图1-1多媒体系统的层次结构第一层（最
9、底层）是多媒体硬件系统，它是多媒体系统的硬件设备。除了一般PC机的硬件外，还有各种媒体控制板卡及其输入输出设备，其中包括多媒体实时压缩和解压缩卡。由于实时性要求高，有些板卡使用以专用集成电路为核心的硬件来实现。第二层是多媒体驱动程序，它是直接用来控制和管理多媒体硬件，完成设备的初始化、设备的启动和停止、设备的各种操作，基于硬件的压缩解压缩、图像快速变换以及功能调用等。一种多媒体硬件需要相应的驱动程序，它通常随着多媒体硬件产品一起提供。第三层是多媒体操作系统，又称多媒体核心系统。它除了一般操作系统的功能外，还具有实时任务调度、多媒体数据转换和同步控制机制、对多媒体设备的驱动和控制以及具有图形和声
10、像功能的用户接口等。根据多媒体系统的用途，多媒体操作系统的设计方法有两种：,1.2多媒体的关键技术,在开发多媒体应用系统中，要使多媒体系统能交互地综合处理和传输数字化的声音、文字、图像信息，实现面向三维图形、立体声音、彩色全屏幕运动画面的技术处理和传播的效果，它的关键技术是要进行数据压缩解压缩、生产专用芯片、解决大容量信息存储等问题。,1.2.1视频音频数据压缩解压缩技术,研制多媒体计算机需要解决的关键问题之一，是要使计算机能适时地综合处理声、文、图信息。由于数字化的图像、声音等媒体数据量非常大，致使在微型计算机上实现多媒体应用十分困难。例如，未经压缩的视频图像在处理时的数据量为每秒约28MB
11、，播放一分钟立体声音乐也需要100MB存储空间。视频与音频信号不仅需要较大的存储空间，还要求传输速度快。因此，必须对多媒体信息进行实时压缩和解压缩。如果不经过数据压缩，实时处理数字化的较长的声音和多帧图像信息所需要的存储容量、传输率和计算速度，都是目前PC机难以达到的和不经济实用的。数据压缩技术的发展大大推动了多媒体技术的发展。目前的研究结果表明，选用合适的数据压缩技术，有可能将字符数据量压缩到原来的1/2左右，语音数据量压缩到原来的1/21/10，图像数据量压缩到原来的1/21/60。数据压缩理论的研究已有40多年的历史，技术日趋成熟。如今已有压缩编码和解压缩编码的国际标准JPEG和MPEG
12、，并且已经产生了各种各样针对不同用途的压缩算法、压缩手段和实现这些算法的大规模集成电路及计算机软件。,1.2.2多媒体专用芯片技术,专用芯片是多媒体计算机硬件体系结构的关键。因为要实现音频、视频信号的快速压缩、解压缩和播放处理，需要大量的快速计算。而实现图像的许多特殊效果(如改变比例、淡入淡出、马赛克等)、图形的处理(图形的生成和绘制等)、语音信号处理(抑制噪声、滤波等等，也都需要较快的运算和处理速度。因此只有采用专用芯片，才能获得满意的效果。多媒体计算机专用芯片可归纳为两种类型：一种是固定功能的芯片，另一种是可编程的数字信号处理器(DSP)芯片。DSP芯片是为完成某种特定信号处理设计的，在通
13、用机上需要多条指令才能完成的处理，在DSP上可用一条指令完成。最早出现的固定功能专用芯片是基于图像处理的压缩处理芯片，即将实现静态图像的数据压缩/解压缩算法做在一个芯片上，从而大大提高其处理速度。之后，许多半导体厂商或公司又推出了基于国际标准压缩编码的专用芯片，例如，支持用于运动图像及其伴音压缩的MPEG标准芯片，芯片的设计还充分考虑到MPEG标准的扩充和修改。由于压缩编码的国际标准较多，一些厂家和公司还推出了多功能视频压缩芯片。另外还有高效可编程多媒体处理器，其计算能力可望达到2Bips(BillionInstructionsPerSecond)。这些高档的专用多媒体处理器芯片，不仅大大提高
14、了音频、视频信号处理速度，而且在音频、视频数据编码时可增加特技效果。,1.2.3大容量信息存储技术,多媒体的音频、视频、图像等信息虽经过压缩处理，但仍然需要相当大的存储空间。而且硬盘存储器的盘片是不可交换的，不能用于多媒体信息和软件的发行。大容量只读光盘存储器(CD-ROM)的出现，解决了多媒体信息存储空间及交换问题。CD-ROM以其存储量大、密度高、介质可交换、数据保存寿命长、价格低廉以及应用多样化等特点成为多媒体计算机中必不可少的设备。利用数据压缩技术，在一张CD-ROM光盘上能够存取70多分钟的全运动的视频图像或者十几个小时的语音信息或数千幅静止图像。CD-ROM光盘机技术已比较成熟，但
15、速度慢，其只读特点适合于需长久保存的资料。在CD-ROM基础上，还开发了CD-I和CD-V，即具有活动影像的全动作与全屏电视图像的交互式可视光盘。在只读CD家族中还有称为“小影碟”的VCD，可刻录式光盘CD-R，高画质、高音质的光盘DVD以及用数字方式把传统照片转存到光盘，使用户在屏幕上可欣赏高清晰度的照片的PHOTOCD。DVD(DigitalVideoDisc)是1996年底推出的新一代光盘标准，它使得基于计算机的数字视盘驱动器将能从单个盘片上读取4.717GB的数据量，而盘片的尺寸与CD相同。,1.2.4多媒体输入输出技术,多媒体输入输出技术包括媒体变换技术、媒体识别技术、媒体理解技术和
16、综合技术。媒体变换技术是指改变媒体的表现形式，如当前广泛使用的视频卡、音频卡(声卡)都属媒体变换设备。媒体识别技术是对信息进行一对一的映像过程。例如，语音识别是将语音映像为字、词或句子；触摸屏是根据触摸位置识别操作要求。媒体理解技术是对信息进行更进一步的分析处理,以理解信息的内容，如自然语言理解、图像理解、模式识别等技术。媒体综合技术是把低维信息表示映像成高维模式空间的过程，例如，语音合成器就可以把语音的内部表示综合为声音输出。前两种技术相对比较成熟，应用较广泛，而媒体理解和综合技术目前还不成熟，只用在某些特定场合。,1.2.5多媒体软件技术,多媒体软件技术主要包括多媒体操作系统、多媒体素材采集与制作技术、多媒体编辑与创作技术、多媒体应用程序开发技术、多媒体数据库管理技术等。1.多媒体操作系统多媒体操作系统是多媒体软件的核心。它负责多媒体环境下多任务的调度，保证音频、视频同步控制以及信息处理的实时性，提供多媒体信息的各种基本操作和管理，具有对设备的相对独立性与可扩展性。要求该操作系统要像处理文本、图像文件一样能方便灵活地处理动态音频和视频；在控制功能上，要扩展到对录像机、音响、MIDI
