多媒体关键技术

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1、多媒体关键技术上节课主要介绍了：多媒体技术的定义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 等多种技术的一种综合技术。简单地说，多媒体技术就是把声、文、图、像和计算机结合在 一起的技术。多媒体计算机的定义MPC,就是多媒体计算机，全称为Multimedia Personal Computer。相对于一般的PC(个人计 算机)，多媒体计算机增加了一些多媒体部件(包括硬件和软件)，使得计算机具有多媒体处理 能力。多媒体技术在教育与培训方面的应用CAI计算机辅助教学，CAL计算机辅助学习，CBI计算机化教学，CBL计算机化学习， CAT计算机辅助训练，CMI计算

2、机管理教学多媒体技术六个发展方向(1) 高分辨化，提高显示质量。(2) 高速度化，缩短处理时间。(3) 简单化，便于操作。(4) 高维化，三维、四维或更高维。(5) 智能化，提高信息识别能力。(6) 标准化，便于信息交换和资源共享。本节课内容多媒体的关键技术 1.音频、视频数据压缩/解压缩技术研制MPC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。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 1/2-1/10，图像数据量压缩到原来的1/2-1/60。当前常用的压缩编码/解压缩编码国际标准JPEG和MPEG。静像数据压缩标准JP

3、EG(Joint Photo 一 graphic Experts Group)，直译为联合摄影术专家 组，其中联合是指几个国际组织的联合。它是从1986年正式开始制订的。当时由两个国际组织联合支持，其一，是国际标准组织ISO;其二，是国际电报电话咨询委 员会CCITT。到1987年11月，国际电工委员会IEC也参加合作，因此说JPEG是三个国 际组织合作的成果。虽然从 1986开始，经过许多次国际会议讨论和修改后，于1992年 7 月 2日表决通过 标准的第一部分，但是可能对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作进一步修改。JPEG是 ISO的标准，同时也CCITT的推荐标准。JPEG是数字图

4、像压缩的国际标准。它用于连续变化的静止图像，这里包括灰度等级和颜 色两方面的连续变化。JPEG 包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种是有损压缩，它是以 DCT(Discrete Cosine Transform)为基础的压缩方法。第二种为无损压缩，又称预测压缩方法。 但最常使用的是第一种，即DCT压缩方法，也称为基线顺序编解码(Baseline Sequential Codec) 方法，因为这种方法的优点是先进、有效、简单、易于交流，因此应用广泛，是以 DCT 为基 础的最基本、最重要的方法。MPEG 标准运动图象压缩标准 MPEG(Moving Picture Expert Gr

5、oup) 是目前国际上影响最大的技术标 准之一。制定MPEG标准的国际组织全称为ISO/IEC/JTC1/SC29WG11,简称MPEG专家组。 该组织成立于1988年，是国际标准化组织内就同一个技术问题开展工作的最大工作组，成员 来自世界近30个国家，参加工作的专家近400人。十多年来，该工作组制定了一系列国际标准，其中MPEG-1、MPEG-2已为人们所熟知， 这两个标准制定，为 VCD、 DVD 及数字电视等产业的发展奠定了基础。目前正在制定的 MPEG-4和MPE G-7标准为多媒体数据压缩和基于内容检索提供了一个更为通用的平台，将 对下一代视、音频系统和网络应用产生深远的影响。MPE

6、G 标准概况MPEG-1ISO的活动图像专家组(MPEG)在1991年11月提出了 ISO/IECII172标准草案，通称 MPEG-1 标准。该标准于1992年11月通过， 1993年8月公布。它是为工业级标准而设计的，可适用于 不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I等。MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits / s。标准速率为1.4Mbits/s。MPEG-21995年出台的MPEG-2 (ISO / IEC 13818)，它所追求的是CCIR601建议的图像质量， 即为DVB、HDTV和DVD等制定的3Mbps-10Mbps的运动图像及其伴音的编码标准。MPE

7、G-2在NTSC制式下的分辨率可达720X486, MPEG-2还可提供广播级的视像和CD 级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道，以及一个重低音声道，和多 达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。同时，由于MPEG-2的出色性能表现，已能适用于HDTV,使得原打算为HDTV设计的 MPEG-3，还没出世就被抛弃了。对于最终用户来说，由于电视机分辨率限制,MPEG-2所带 来的高清晰度画面质量(如 DVD 画面)在电视上效果并不明显，倒是其音频特性(如重低 音，多伴音声道等)更引人注目。MPEG-4MPEG专家组继成功定义了 MPEG-1和MPEG-2之后，于199

8、4年开始制定全新的MPEG-4 标准。MPEG-4 标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用 环境提供标准的算法及工具，用于实现音视频(audio-visual )数据的有效编码及更为灵活的 存取。MPEG-4 试图达到两个目标：一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒体通信 的综合。据此目标，MPEG-4引入了 AV (Audio / Visaul Objects)对象，使得更多的交互操 作成为可能。MPEG-7网络应用最重要的目标之一就是进行多媒体通信。而其中的关键就是多媒体信息的检索 和访问，这样 MPEG-7 就应运而生。 MPEG-7 是多媒体内容描述

9、接口，与前述标准集中在音 频/视频内容的编码和表示不同，它集中在对多媒体内容的描述。MPEG 7 的目标就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。针对这个问题 MPEG-7 于 1998 年 10月提出。MPEG-7 将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内 容相联系，以实现快速有效的搜索。其正式的称谓是多媒体内容描述接口。与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具有如下独特的优点：( 1)内容的交互性MPEG-4提供了基于内容的多媒体数据访问工具，如索引、超级链接、上下载、删除等。 利用这些工具，用户可以方便地从多媒体数据库中有选择地获取自己所需的与对

10、象有关的内 容，并提供了内容的操作和位流编辑功能，可应用于交互式家庭购物，淡入淡出的数字化效 果等。 MPEG-4 提供了高效的自然或合成的多媒体数据编码方法。它可以把自然场景或对象 组合起来成为合成的多媒体数据。（2）高效的压缩性MPEG-4 基于更高的编码效率。同已有的或即将形成的其它标准相比，在相同的比特率 下，它基于更高的视觉听觉质量，这就使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。同 时 MPEG-4 还能对同时发生的数据流进行编码。一个场景的多视角或多声道数据流可以高效、 同步地合成为最终数据流。这可用于虚拟三维游戏、三维电影、飞行仿真练习等 （3）通用的访问性MPEG-4 提供了

11、易出错环境的鲁棒性，来保证其在许多无线和有线网络以及存储介质中 的应用，此外，MPEG-4还支持基于内容的的可分级性，即把内容、质量、复杂性分成许多 小块来满足不同用户的不同需求，支持具有不同带宽，不同存储容量的传输信道和接收端。 这些特点无疑会加速多媒体应用的发展，从中受益的应用领域有：因特网多媒体应用； 广播电视；交互式视频游戏；实时可视通信；交互式存储媒体应用；演播室技术及电视后期 制作；采用面部动画技术的虚拟会议；多媒体邮件；移动通信条件下的多媒体应用；远程视 频监控；通过ATM网络等进行的远程数据库业务等。MPEG-4 主要应用如下：（1）应用于因特网视音频广播 由于上网人数与日俱增

12、，传统电视广播的观众逐渐减少，随之而来的便是广告收入的减 少，所以现在的固定式电视广播最终将转向基于TCP/IP的因特网广播，观众的收看方式也由 简单的遥控器选择频道转为网上视频点播。视频点播的概念不是先把节目下载到硬盘，然后 再播放，而是流媒体视频（streaming video），点击即观看，边传输边播放。现在因特网中播放视音频的有：Real Networks公司的Real Media，微软公司的Windows Media，苹果公司的QuickTime，它们定义的视音频格式互不兼容，有可能导致媒体流中难以 控制的混乱，而 MPEG-4 为因特网视频应用提供了一系列的标准工具，使视音频码流具

13、有规 范一致性。因此在因特网播放视音频采用MPEG-4,应该说是一个安全的选择。（2，应用于无线通MPEG-4 高效的码率压缩，交互和分级特性尤其适合于在窄带移动网上实现多媒体通 信，未来的手机将变成多媒体移动接收机，不仅可以打移动电视电话、移动上网，还可以移 动接收多媒体广播和收看电视。（3，应用于静止图像压缩静止图像（图片）在因特网中大量使用，现在网上的图片压缩多采用JPEG技术。MPEG-4 中的静止图像（纹理，压缩是基于小波变换的，在同样质量条件下，压缩后的文件大小约是 JPEG压缩文件的十分之一。把因特网上使用的JPEG图片转换成MPEG-4格式，可以大幅度 提高图片在网络中的传输速

14、度。（4，应用于电视电话传统用于窄带电视电话业务的压缩编码标准，如H261,采用帧内压缩、帧间压缩、减 少象素和抽帧等办法来降低码率，但编码效率和图像质量都难以令人满意。MPEG-4的压缩 编码可以做到以极低码率传送质量可以接受的声像信号，使电视电话业务可以在窄带的公用 电话网上实现。（5）应用于计算机图形、动画与仿真MPEG-4特殊的编码方式和强大的交互能力，使得基于MPEG-4的计算机图形和动画可 以从各种来源的多媒体数据库中获取素材，并实时组合出所需要的结果。因而未来的计算机 图形可以在MPEG-4语法所允许的范围内向所希望的方向无限发展，产生出今天无法想象的 动画及仿真效果。（6）应用

15、于电子游戏MPEG-4 可以进行自然图像与声音同人工合成的图像与声音的混合编码，在编码方式上 具有前所未有的灵活性，并且能及时从各种来源的多媒体数据库中调用素材。这可以在将来 产生象电影一样的电子游戏，实现极高自由度的交互式操作MPEG 系列标准的比较MPEG-1直接针对1.2Mb/s的标准数据流压缩率，其基本算法对于每秒2430逐行描帧，分辨率 360X280，运动图象有很好压缩效果。但随着速率的提高，解码后图像质量较差，并且它没 有定义用于对额外数据流进行编码的格式，因此这种机制未被广泛采用。MPEG-2力争获得更高的分辨率（720X486），提供广播级视频和CD级的音频。作为MPEG-1

16、的 一种兼容型扩展，MPEG-2支持隔行扫描视频格式和其它先进功能o MPEG-2以可扩展档次的 形式来定义，每个档次支持一种特殊应用所需的功能，因此它是一种通用标准。但是 MPEG-2 标准数据量依然很大，一部影片的数据量大到8G字节左右，不便存放和传输。MPEG-4视频格式大大优于MPEG-1与MPEG-2:视频质量与分辨率高，而数据率相对较低。主 要的原因在MPEG-4采用了 ACE（高级译码效率）技术，它是一套首次使用于MPEG-4的编码 运算规则。与ACE有关的目标定向可以启用很低的数据率。这可以将整部视频电影以完全PAL或 者NTSC的分辨率与立体声（16位,48 kHz）存储在单个CD-ROM上。具体而言：700 MB的容 量对多数110分钟的电影来说绰绰有余了，而MPE