《多媒体技术与应用》教学大纲(完整版)

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1、第 1 章多媒体技术基础知识教学目的和要求：教学目的和要求： 1. 掌握多媒体技术的特点。 2. 掌握多媒体信息的基本构成和文件格式。 3. 掌握多媒体信息处理的基本技术。 4. 了解多媒体技术的应用领域。 5. 掌握 MPC 的基本组成。 6. 了解中央处理器的本地信号处理。 7. 了解其他多媒体设备 8. 掌握多媒体素材处理的基本技术 课时安排：课时安排：10 学时。第 1 节多媒体技术概述一. 多媒体技术的特点 多媒体技术就是利用计算机技术来处理文本、图形、图像、声音、视频等多种媒体信 息，使之在不同媒体间能够建立起逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统。 1. 集成性 多媒体技术不仅集成

2、了多种媒体，而且集成同了多种技术，包括计算机技术、通信技 术、电视技术和其他音像处理技术。通过在同一个文件中把来自多个通道的信息统一获取、 组织、存储和合成，使文字、图像、声音等各种媒体信息能在播放时同步地作用于我们的 听觉、视觉等感官，从而取得最佳的效果。 2. 实时性 在多种媒体信息进行综合处理和集成时，声音和动态图像（视频）密切相关，随时间 实时变化，这就决定了多媒体技术必须要支持实时处理，播放时，声音和图像不应出现停 顿或不同步现象。 3. 交互性 多媒体技术则可以实现用户对信息的主动选择和控制。在多媒体系统中，用户可以借 助交互活动控制信息的传播，甚至参与信息的组织过程，使之对感兴趣

3、的画面或内容进行 记录或者专门的研究。 4. 数字化 在多媒体系统中，所有多媒体信息都是用数字信号表示，易于进行加密、压缩等数值 运算，提高信息的安全与处理速度，且抗干扰能力强，在信号的存储和复制中能够达到更 高的保真度。 二. 多媒体信息和文件 1. 文本媒体 文本可区分为英文文本和中文文本，前者由 ASCII 表示每个字符占用一个字节，后者 由符合中国国标的双字节编码表示，每个字符占用两个字节。 向计算机输入文本信息主要靠键盘输入，也可以使用扫描仪输入，利用光学字符识别 器/阅读器，还可以输入手写字符。 2. 声音媒体 声音包括音乐与语音。频率范围在 20Hz20kHz 之间、人耳可以听到

4、的声音称为音频， 连续的模拟音频信号须转换为离散的数字信号，组成数字音频后，才能被计算机存储和处 理，这个过程就是模拟音频的数字化，包括采样、量化和编码三个环节。 在多媒体系统中，用来存储数字音频信息的常用文件有 WAV、MID 和 MP3 等多种格式。 3. 图形与图像 图形是指从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图形，也称为矢量图形。图形文 件有二维与三维之分，二维为平面图形，三维为立体图形。 图像以像素作为最小元素，用灰度或色彩来显示图像的黑白或颜色。图像可以通过扫 描仪输入计算机，或者用数码照相机拍摄后输入计算机。 4. 动画与视频图像 人眼有视觉暂留的生理现象，利用这一现象让一系列

5、逐渐变化的画面以足够的速率连 续出现，就可以感觉到画面上的物体在连续运动。动画要求的速率为 20 帧/秒。 动画通常是人工创造的连续图形，画面可以逐帧绘制，也可以根据设定的场景，用计 算机和图形加速卡等硬件实时计算出下一帧的画面。动画有二维与三维之分。 视频图像也是借助于视觉暂留来实现。每一帧视频图像都是一幅静态图像。在视频技 术中除继续采用 JPEG 压缩标准缩小每帧图像所占用的空间外，还采用 MPEG 动态压缩标 准。常用的视频图像文件主要有 AVI、MPEG、ASF 等格式。 5. 多媒体数据文件 在多媒体系统中，一切多媒体信息均可用数据文件来存储。有些文件只包含一种媒体 类型，也有些可

6、包含多种媒体类型。文件的格式不仅随所描述的媒体而有区别，也随着使 用它的公司或软件而不同。 多媒体文件通常需要占用较大的存储空间。例如：使用 44.1kHz 的采样频率进行采样， 样本值用 16 位的精度存储，则录制 1 分钟的声音，在 WAV 文件中所需的存储空间为： 采样频率（Hz）样本位数/8时间（s）=44 10016/8 60=5 292 000（B） ，即 5.05MB。 显而易见，对声音和图像的质量要求越高，所需的存储空间也越大。同样的内容，如 果选择不同的存储格式，文件的大小也会有不小的差异。 为了方便多媒体文件的制作，许多公司研制了各种工具软件，供用户选择使用，如素 材制作工

7、具，集成创作工具。三. 多媒体关键技术及其标准 1. 只读光盘存储器 音频、视频文件通常包含大量的数据，传统的软盘已不能满足需求。光盘不仅易于装 卸，且具有存储量大、价格低廉等特点。从 CD 唱盘、VCD 影碟，到 DVD 数字通用光盘， 如今已普及，成为多媒体系统大容量存储的首选。 只读光盘上记录的信息是使用激光束预先在反射层上刻录的。一般“1”被刻成凹坑，“0”保持为原来的平面。实际读盘时， “1”信号通常都在凹坑的前沿和后沿出现。CD 光 盘只有单面盘。 DVD 使用波长更短的红色可见激光，能读取更小的凹坑和更密的光道。DVD 可以制 成双层盘和双面盘。 光盘的读/写都要遵循一定的标准。

8、在光盘的不同标准中，记录数据的格式也不尽相同， 因而不能互换。 2. 数据压缩和解压缩 音、视频文件的大数据量引发了对大容量存储器的要求。压缩和解压缩是减小存储容 量和所需数据传输率的有效手段，也是实现对音、视频信息实时处理的重要关键技术。 在声音和图像数据中，都存在着冗余的数据。这就为数据压缩提供了可能性。常见的 数据冗余种类有空间冗余、时间冗余和感觉冗余等。 数据压缩算法可区分为无损压缩和有损压缩两种。前者能在解压缩后还原为原始信号，压缩比一般为 24；后者为不可逆压缩，还原后可能会丢失部分信息，但一般人不易察觉 它与原始声音、图像之间的区别，而压缩比则可大大提高，达到 10100 倍。

9、在压缩与解压缩算法中包含了大量运算。为了获得快速的运算与处理速度，常常采用 专用芯片，也可以用软件来实现，只是速度比硬件实现慢一些。 20 世纪 80 年代，国际标准化组织（ISO）和国际编报电话咨询委员会（CCITT）联合 组成了两个专家组联合图像专家组（JPEG）和运动图像专家组（MPEG） ，制定了两 种数据压缩编码系列标准，从 20 世纪 90 年代初陆续公布实行。 3. 超文本/超媒体技术 超媒体 = 超文本 + 多媒体 超文本是由若干信息节点和表示信息节点间相关性的“一个由链”所构成的、具有一 定逻辑结构和语义的网络。 作为交互式的信息显示系统，超文本/超媒体都具有节点和链构成的非

10、线性网状结构， 节点是信息存储或显示的基本单位，其大小是可变的，从一个节点指向另一个节点的指针 成为链，它代表了节点之间信息的联系。 运行在因特网上的万维网，是目前最流行的超文本系统之一。超文本标记语言 （HTML）被用作万维网网页的描述语言，不仅用标记来定义网页的格式和组成，也用标 记来描述网页中存在的各种超级链接。随着超文本扩展为超媒体，现在 HTML 也可用来描 述音频、视频与动画，并越来越多地被用来制作光盘上的多媒体节目。四. 多媒体技术的应用领域 1. 多媒体计算机 家用电脑一般都具有丰富的多媒体功能，成为普及多媒体应用的有力工具。近年来出 现的新型家用电脑能够集音响、录像与电视功能

11、于一身，甚至打开电脑就实现听 CD 唱片、 观看电视、录制电视节目等多媒体应用功能。 2. 多媒体音像设备 MPC 应用的流行，带动了多媒体外部设备的成长。不仅扫描仪、系列音箱、光盘刻录 机等已越来越多地成为 MPC 用户常用的外部设备，而且涌现了一批既可用作 MPC 外设、 又可独立使用的数码产品。 3. 多媒体网络应用 从涉及的媒体来区分，现有的因特网应用分为两大类。一类是以文本和图形媒体为主 的数据通信，另一类则是以音频和视频媒体为主的多媒体网络应用。IP 电话、实时电视会 议、声音点播和视频点播，都是当前多媒体网络应用的实例。提高网络带宽、减少时延和 抖动是需要解决的问题。 4. 多媒

12、体教学与电子出版 多媒体教学不仅丰富多彩、便于交互，而且可通过各种计算机辅助教学软件的运用， 达到“因人施教” ，用“以学生为中心”取代“以教师为中心”的目标。其主要应用表现在 多媒体教室、CAI 课件和电子出版物等方面。第 2 节多媒体个人计算机一. 从 PC 到 MPC 1. PC 的组成与结构一般地说，一台传统的 PC 由中央处理器、内存储器、外存储器、基本外部设备与若 干扩展卡组成。各组成部分之间的信息交流可通过总线完成。 2. MPC 的基本组成 早期的 PC 只能处理文本和数字，借助键盘和显示器用文本媒体进行人机交互。MPC 的诞生，使计算机能够集声、文、图、像的处理于一身，同时把

13、人机交互扩充到声 音和图像等媒体。 1985 年，美国 Commodore 公司制成了世界上第一台多媒体计算机 Amiga 系统。它采 用了当时功能较强的 Motorola16 位微处理器 MC68000 为 CPU，配置了由该公司研制的 Agnus8370（图形处理） 、Paula8364（音响处理） 、Denise8362（视频处理）等 3 个专用芯 片和专用的多任务操作系统，能支持下拉菜单、多窗口、图符等功能。PC 采用的“主板 扩展板”的结构，使它很容易被扩展为 MPC。例如在 PC 硬件的基础上增加一台 CDROM 光驱、一块声卡和一组音箱，就可以构成基本的 MPC 硬件，即 PCC

14、DROM声卡音箱（或耳机）MPC目前市场上流行的 MPC 主流产品大都是 IBM PC 及其兼容机的升级产品，采用 Microsoft 的 Windows 作为操作系统。另一重要的 MPC 产品来自 Apple 公司的 Macintosh 系列，它通常配有 Macromedia 公司的多媒体系列工具，能为用户提供多媒体应用的各种 功能。 3. MPC 的标准1990 年，Microsoft 公司在由其召开的多媒体开发工作者会议上，首次提出了多媒体个 人计算机的技术标准 MPC1.0。1991 年，由 IBM、Intel 等几十家软、硬件公司联合组成了 “多媒体 PC 市场协会” 。协会确认 M

15、PC1.0 为 MPC 应具备的最低软、硬件标准，同时规 定，只有达到或超过 MPC1.0 标准的计算机，才能使用 MPC 标志。1993 年 5 月和 1995 年 6 月，MPMC 又相继公布了经过修订的 MPC2.0 和 MPC3.0 标准。二. 中央处理器的本地信号处理在早期的多媒体系统中，常使用专用的“数字信号处理器” （digital signal processor,DSP）芯片来处理不同的多媒体数据。CPU 技术的发展，使我们有可能把声音和 图像的处理功能集成到 CPU 中，由同一个芯片来统一承担 CPU 与 DSP 的功能。这就是所 谓的 CPU“本地信号处理”或“主体信号处

16、理” 。目前这种处理方式已被计算机业界所接 受，从而使 NSP 技术成为 CPU 芯片的一项新标准。其直接影响之一，就是在近几年生产 的 MPC 中，有些原来独立的功能卡已经集成到主板上，从而简化了多媒体扩展卡的配置。1. 多媒体扩展技术通过对音、视频处理和数据压缩等一系列多媒体功能的分析，Intel 公司发现：在多媒 体数据处理中，存在着大量的“短整数”处理、频繁相乘和累加以及重复次数很大的短循 环等操作。为了提高这些操作的速度，Intel 决定扩充 CPU 的多媒体处理指令，并将它们尽 可能固化到硬件中。在 1997 年 1 月发布的奔腾处理器中，一举增加了 57 条与多媒体处理 有关的指令；1998 年 2 月发布的奔腾处理器进一步将有关指令扩充到 70 条。前者称为 “多媒体扩展” （Multi Media Extension，MMX） ；后者称为“流式 SIMD 扩展” ，实际上是 MMX 的进一步更新。 2. MMX 技术的主要特点 一般地说，MMX 技术具有以下主要特点： 采用 SIMD 型指令 具有进行“积和运算”的能