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1、多媒体技术教程多媒体技术教程目录目录第第1章章 多媒体技术概要多媒体技术概要第一部分第一部分 多媒体压缩和编码多媒体压缩和编码第2章 数据无损压缩第3章 数字声音编码第4章 彩色数字图像基础第5章 JPEG图像压缩与编码第6章 颜色空间变换第7章 小波与小波变换第8章 数字电视基础第9章 MPEG概要第10章 MPEG声音第11章 MPEG视像 第二部分第二部分 多媒体的存储多媒体的存储第12章 光盘存储器第13章 光盘存储格式第三部分第三部分 多媒体的传输多媒体的传输第14章 多媒体网络应用与服务质量第15章 因特网介绍第16章 TCP/IP协议套第17章 多媒体传输1作业分为：课堂作业和课
2、后作业作业分为：课堂作业和课后作业成绩构成：成绩构成：平时平时20%+实验实验40%+作业作业40%第第1 1章章 多媒体技术概要目录多媒体技术概要目录1.1 多媒体的概念1.1.1 多媒体是什么1.1.2 超文本的概念1.1.3 超媒体的概念1.1.4 多媒体系统的结构1.2 多媒体数据压缩与编码1.2.1 为什么要压缩1.2.2 两种类型的压缩1.2.3 三种类型的编码1.2.4 压缩与编码1.3 多媒体与光盘1.4 多媒体与网络1.4.1 因特网是什么1.4.2 万维网是什么1.5 多媒体国际标准1.5.1 国际电信联盟(ITU)标准1.5.2 ISO/IEC标准1.5.3 因特网技术标
3、准1.5.4 万维网协会(W3C)1.6 迈向信息时代参考文献和站点31.1 多媒体的概念多媒体的概念n n媒体：媒体：媒体：媒体：存储信息的实体存储信息的实体存储信息的实体存储信息的实体; ; 如磁带、磁盘、光盘如磁带、磁盘、光盘如磁带、磁盘、光盘如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器；和半导体存储器；和半导体存储器；和半导体存储器；n n（媒体）（媒体）（媒体）（媒体）信息的载体信息的载体信息的载体信息的载体; ;如数字、文字、声音、如数字、文字、声音、如数字、文字、声音、如数字、文字、声音、图形和图像。图形和图像。图形和图像。图形和图像。n多媒体多媒体(multimedia)融合两种或两种以上
4、媒体的人-机互动的信息交流和传播媒体 使用的媒体元素包括使用的媒体元素包括： 文字、文字、图形、形、图像、声音、像、声音、动画和画和电视图像像 (video)的。的。41 1媒体的类型媒体的类型媒体的类型媒体的类型感觉媒体感觉媒体 ：直接作用于人的感官直接作用于人的感官 ，使人直接产生感觉，使人直接产生感觉，包括听觉、视觉、触觉，包括听觉、视觉、触觉， 如声音、图像、文字、动画等。如声音、图像、文字、动画等。在人的感知系统中：在人的感知系统中： 视觉所获取的信息占视觉所获取的信息占60以上；以上； 听觉获取的信息占听觉获取的信息占20左右；左右； 另外还有触觉、嗅觉、味觉等占其余部分。另外还有
5、触觉、嗅觉、味觉等占其余部分。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造出来的一种媒体 ，即各种编码，如声音编码、图像编码、，即各种编码，如声音编码、图像编码、文字编码。文字编码。5显示媒体：显示媒体：是指获取和显示信息的设备。又可分为两是指获取和显示信息的设备。又可分为两种：输入设备（键盘、鼠标、摄像机等）和输出设备种：输入设备（键盘、鼠标、摄像机等）和输出设备（显示器、打印机、音箱等）。（显示器、打印机、音箱等）。存储媒体：存储媒体：又称存储介质，保存表示媒体的介质，如又称存储介质，保存表示媒体的介质，如磁盘、光盘、内
6、存等。磁盘、光盘、内存等。传输媒体：传输媒体：传输的物理载体，即用来将媒体从一处传传输的物理载体，即用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体送到另一处的物理载体 ，如电缆、光纤、无线电波等，如电缆、光纤、无线电波等6多媒体定义中多媒体定义中 需：要注意：需：要注意： 多媒体是信息交流和多媒体是信息交流和传播媒体播媒体多媒体是人多媒体是人-机交互式媒体机交互式媒体多媒体信息都是以数字的形式而不是以模多媒体信息都是以数字的形式而不是以模拟信信号的形式存号的形式存储和和传输的。的。融合任何两种以上的媒体就可以称融合任何两种以上的媒体就可以称为多媒体，多媒体， 但通常但通常认为多媒体中的多媒体中的连续媒
7、体媒体(声音和声音和电视图像像)是人与机器交互的最自然的媒体。是人与机器交互的最自然的媒体。7各类文字和符号各类文字和符号各类文字和符号各类文字和符号文字和文字和文字和文字和符号符号符号符号多媒体多媒体 多媒体 多媒体各种媒体元素各种媒体元素各种媒体元素各种媒体元素8通过计算而描述的矢量图形通过计算而描述的矢量图形文字文字文字文字图形图形图形图形矢量图形对象矢量图形对象 9用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像文字文字文字文字图形图形图形图形图像图像图像图像位图图像对象位图图像对象 10单画面矢量动画和多画面帧动画单画面矢量动画和多画面帧动画单
8、画面矢量动画和多画面帧动画单画面矢量动画和多画面帧动画文字文字文字文字图形图形图形图形图像图像图像图像动画动画动画动画多画面帧动画多画面帧动画多画面帧动画多画面帧动画单画面矢量动画单画面矢量动画单画面矢量动画单画面矢量动画FRAMEFRAME 01 01 FRAME FRAME 02 02 FRAME FRAME 0303 FRAME FRAME 04 04 FRAME FRAME 0505 FRAME FRAME 06 06 FRAME FRAME 0707动画对象动画对象 11音频数字信号、压缩音频信号音频数字信号、压缩音频信号音频数字信号、压缩音频信号音频数字信号、压缩音频信号文字文字文
9、字文字图形图形图形图形图像图像图像图像动画动画动画动画音频音频音频音频 midimidi音频音频音频音频 wavwav音频音频音频音频 mp3mp3压缩音频压缩音频压缩音频压缩音频音频对象音频对象 12视频数字信号视频数字信号视频数字信号视频数字信号AVIAVI、压缩视频信号压缩视频信号压缩视频信号压缩视频信号MPGMPG文字文字文字文字图形图形图形图形图像图像图像图像动画动画动画动画音频音频音频音频视频视频视频视频音频音频音频音频 + + 视频视频视频视频Audio Audio VedioVedio Information Information视频对象视频对象 ENDEND131.1.2超
10、文本超文本hypertext 主要是以文字的形式表示信息，建立的链接关系主要是文句之间的链接关系. 与传统的文本文件相比，传统文本是以线性方式组织的，而超文本是以非线性方式组织的。 这里的“非线性”是指文本中遇到的一些相关内容通过链接组织在一起。 这种文本的组织方式与人们的思维方式和工作方式比较接近。14印在纸上的科技论文的第一页15用超文本组织前图的文章161.1.3 超媒体超媒体(hypermedia)超文本与多媒体的融合产生了超媒体；除了使用文本外，还使用图形、图像、声音、动画或影视片断等多种媒体来表示信息，建立的链接关系是文本、图形、图像、声音、动画和影视片断等媒体之间的链接关系171
11、.1 多媒体的概念多媒体的概念(续续)n多媒体系统的结构多媒体系统的结构(黄色部分为本教材介绍的内容黄色部分为本教材介绍的内容)(引自http:/www.kom.tu-darmstadt.de/mm-book/) 181.2 多媒体数据压缩与编码多媒体数据压缩与编码n为什么要压缩为什么要压缩降低多媒体数据对存储器容量的要求降低多媒体数据对传输带宽的要求n两种类型的数据压缩两种类型的数据压缩 无损压缩无损压缩: 经过压缩和解压缩后的数据与压缩前的经过压缩和解压缩后的数据与压缩前的原始数据完全一样的数据压缩技术。原始数据完全一样的数据压缩技术。文本、代码和数字数据文件必须用无损压缩方法压缩。可把普
12、通文件大小压缩到原来的2550%；常用的无损压缩算法包括哈夫曼编码和LZW等算法。有损压缩：有损压缩：经过压缩和解压缩后的数据与压缩前的经过压缩和解压缩后的数据与压缩前的原数据不完全一样，但但不影响人对原始资料表达原数据不完全一样，但但不影响人对原始资料表达的信息造成误解的数据压缩技术。的信息造成误解的数据压缩技术。电视和声音文件经常包括多于呈现给观众和听众的信息，因此可用有损压缩方法去掉这些信息，使压缩后的数据减少到原来的5%191.2 多媒体数据压缩与编码多媒体数据压缩与编码(续续1)n三种类型的编码三种类型的编码 熵编码：熵编码：不考虑数据源的无损数据压缩无损数据压缩技术。其核心思想是按
13、照符号出现的概率大小给符号分配长度合适的代码，对常用的符号给它分配长度较短(即位数较少)的代码，对不常用的符号给它分配长度较长(即位数较多)的代码。最常见的熵编码技术是霍夫曼编码和算术编码霍夫曼编码和算术编码源编码：源编码：考虑数据源特性的数据压缩技术。编码时考虑信号源的特性和信号的内容，因此也称“基于语义的编码(semantic-based coding)”。例如，图像编码考虑相邻像素的值可能完全相同或相近，视像相邻帧之间的变化不大，也可能完全相同。为获得比较大的压缩比，通常采用有损数据编码技术有损数据编码技术。混合编码：混合编码：组合源编码和熵编码的数据有损压缩技有损压缩技术术。影视、图像
14、和声音媒体几乎都采用这种编码方式，如JPEG，MPEG-Video和MPEG-Audio。 201.2 多媒体数据压缩与编码多媒体数据压缩与编码(续续2)n压缩与编码压缩与编码 21n压缩压缩减少数据量（冗余数据）减少数据量（冗余数据）n编码编码用代码表示文字、符号、数据用代码表示文字、符号、数据1.2 多媒体数据压缩与编码多媒体数据压缩与编码(续续3)221.3 多媒体与光盘多媒体与光盘n光盘存储器在多媒体发展史上起了重要作用光盘存储器在多媒体发展史上起了重要作用n下列盘统称为光盘存储器或光盘下列盘统称为光盘存储器或光盘CD(compact disc)DVD(Digital Versatil
15、e Disc)HD DVD(High Definition DVD)BD(Blu-ray Disc)MO disk(magneto-optical disk)磁光盘n光盘的存储容量光盘的存储容量231.3 多媒体与光盘多媒体与光盘(续续)n每种光盘都有很多成员，包括每种光盘都有很多成员，包括-ROM，-Audio，-Video, -R(Recordable)，-RAMn不同的成员用于存储不同的数据，见表不同的成员用于存储不同的数据，见表1-3 241.4 多媒体与网络多媒体与网络n计算机网络计算机网络从20世纪90年代开始，计算机网络对多媒体的发展起着巨大的推动作用，多媒体的传输越来越多地依靠
16、网络 因特网因特网(Internet)n通过网络设备把世界各国使用TCP/IP协议的计算机相互连接在一起的计算机网络n世界上规模最大、用户最多的计算机网络n20世纪全球发展最迅速、影响最深远和冲击最大的信息存取和处理工具互联网互联网(internet, internetwork)n泛指由多种网络通过网络互连设备互连而成的网络n在世界上，因特网只有一个，而互联网却数不胜数万维网万维网(World Wide Web，WWW，Web，W3)n全球性分布式多媒体信息系统n因特网上的最典型应用25n组成万维网的组成万维网的4个核心部分个核心部分(1) 超文本传输协议(HTTP)； (2) 文档格式标准，
17、包括HTML，XML，XHTML； (3) 执行HTTP协议的Web浏览器； (4) 执行HTTP协议的Web服务器。 261.4 多媒体与网络多媒体与网络(续续)n万维网的三项核心技术万维网的三项核心技术统一资源地址统一资源地址(URL)：指定网上信息资源地址的统一命名方法n通过它可指定访问资源时所用的协议(如HTTP，FTP)、资源所在服务机的名称、资源的路径和资源名称超文本传输协议超文本传输协议(HTTP)：在服务机和客户机之间传送超文本文档的通信协议n用于建立与Web服务器的连接和给客户浏览器传送HTML网页超链接超链接(HyperLink)：用于在资源之间建立定向逻辑链接，实际上是一
18、个单元指向另一个单元的指针n例如，文档中的某个元素(单词、短语、符号或图像)指向同一个文档或不同文档中的另一元素、同一个Web站点或不同Web站点上的另一个文档、程序或其他对象的指针271.5 多媒体国际标准多媒体国际标准n标准标准由公认的非商业化组织推荐、政府组织推荐或既成事实的硬件或软件技术准则由专家组或委员会对现有方法、步骤和技术经过反复深入细致研究后编写的详细说明 n四种国际标准：四种国际标准：ITU标准ISO/IEC标准因特网技术标准万维网协会(W3C)标准281.5 多媒体国际标准多媒体国际标准(续续1)VCEG开发的标准n国际电信联盟国际电信联盟(ITU)标准标准291.5 多媒
19、体国际标准多媒体国际标准(续续3)nISO/IEC标准标准国际标准化组织国际标准化组织(ISO)n1946年成立的自愿参加和无条件约束的国际组织,总部设在瑞士日内瓦，其成员目前有130个国家的国家标准化组织n负责制定包括计算机、通信等众多领域的国际标准，以便于国际间信息、科学、技术、经济等活动领域的相互交流合作n突出成就突出成就: 定义了被广泛接受的计算机网络互联定义了被广泛接受的计算机网络互联的的ISO/OSI模型模型n注意：ISO (International Organization for Standardization)不是该组织英文全称的缩写，而是取自希腊词isos，表示“平等”的
20、意思301.6 迈向信息时代迈向信息时代n信息技术工业的发展可分成信息技术工业的发展可分成4个时代个时代19641981年以大、中型机为中心(Systems-centric)19811994年以个人计算机为中心(PC-centric)19942005年以互联网络为中心(Network-centric)20052015年以内容为中心(Content centric) 引自“计算机世界(Computerworld)”专栏作家David C. Moschella在1997年出版的书Waves of Power: Dynamics of Global Technology Leadership 196
21、4-2010n以内容为中心的时代以内容为中心的时代从20世纪90年代开始，随着互联网络的普及，信息技术已逐步渗透到人类活动的各个方面与电视网络系统类似，当技术嵌入到系统变成不可见之后，人们的注意力将会从网络软硬件本身的研究和开发逐步转向到软硬件的使用和服务，以网络为中心的时代将逐步过渡到以内容为中心的时代；我们感受到这个时代已经来到311.6 迈向信息时代迈向信息时代(续续1)n迈向信息时代迈向信息时代信息时代需要信息科学指导信息科学研究进程中有过三个好主意n20世纪50年代出现的在形式逻辑基础上处理信息的“信息检索(information retrieval)”n“相关(relevance)
22、”概念n20世纪80年代出现的人和系统之间的“互动(interaction)”概念。相关和互动相结合就构成了“相关反馈(relevance feedback)”，实际上就是把“正在查找和处理信息的人”加到信息处理系统，构成由人参与调节的自动控制系统。进入20世纪90年代，引入机器学习理论和技术机器学习理论和技术也应该算是一个好主意，这个主意在多媒体内容处理中得到了充分利用，并且取得了相当大的进展321.6 迈向信息时代迈向信息时代(续续2)n迈向多媒体信息时代迈向多媒体信息时代以多媒体内容为中心过渡到以多媒体信息为中心需要相当长的时间，因为指导多媒体内容和信息处理的多媒体信息科学1才刚刚起步1
23、 多媒体信息科学是以多媒体信息为主要研究对象的科学。过去有些学者认为，信息科学要研究的内容包括：阐明信息的概念和本质(哲学信息论)，发掘信息的处理机制(智能理论与计算理论)，寻找信息的传递规律(通信理论)，揭示信息的调节原则(控制理论)，探索信息的度量和变换(基本信息论)，研究信息的提取方法(识别信息论)，开发信息的再生理论(决策理论)。多媒体信息科学的研究也不应该有例外33课课内习题内习题一、选择题一、选择题1-1媒媒体体中中的的_是是为为了了加加工工、处处理理和和传传输输感感觉觉媒媒体体而而人人为为构构造造出出来来的一种媒体，如文字、音频、图像和视频等的数字化编码表示等。的一种媒体，如文字
24、、音频、图像和视频等的数字化编码表示等。 (A) 感觉媒体感觉媒体 (B) 表示媒体表示媒体 (C) 显示媒体显示媒体 (D) 存储媒体存储媒体 1-2多媒体技术的主要特性有多媒体技术的主要特性有_。(1) 多样性多样性 (2) 集成性集成性 (3) 交互性交互性 (4) 实时性实时性 (A) 仅仅(1) (B)(1)+(2) (C) (1)+(2)+(3 ) (D) 全部全部 参考答案参考答案参考答案参考答案: 1-1. B: 1-1. B 1-2. C1-2. C341-3.1-3.请根根据据多多媒媒体体的的特特性性判判断断以以下下哪哪些些属属于于计算算机机多多媒媒体体的的范范畴畴？（1
25、1）交互式）交互式视频游游戏 （2 2）有声）有声图书 （3 3）彩色画）彩色画报 （4 4）彩色）彩色电视 （A A）仅（1 1） (B)(1)+(2) (B)(1)+(2) (C) (1)+(2)+(3 ) (C) (1)+(2)+(3 ) （D D）全部全部参考答案参考答案参考答案参考答案: 1-3. B: 1-3. B351-41-4多媒体技多媒体技术未来未来发展的方向是：（展的方向是：（1 1）高分辨率）高分辨率, ,提高提高显示示质量量;(2;(2）高速度化，）高速度化，缩短短处理理时间；（；（3 3）简单化，便于操作；化，便于操作； （4 4）智能）智能化，提高信息化，提高信息识
26、别能力。能力。(A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4) (A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4) (C) (1)+(3)+(4) (C) (1)+(3)+(4) （D D）全部全部1-51-5下列哪些下列哪些说法正确法正确 ? ?(1) (1) 多媒体技多媒体技术促促进了通信、了通信、娱乐和和计算机的融合。算机的融合。(2) (2) 多媒体技多媒体技术可用来制作可用来制作V-CDV-CD及影及影视音响、卡拉音响、卡拉OKOK机。机。(3) (3) 多媒体技多媒体技术极大地改善了人一机界面。极大地改善了人一机界面。(4) (4) 利用多媒体是利用多媒体是计
27、算机算机产业发展的必然展的必然趋势。 (A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4)(A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4) (C) (2)+(3)+(4) (D) (C) (2)+(3)+(4) (D) 全部全部参考答案参考答案参考答案参考答案: 1-4. D: 1-4. D 1-5. D1-5. D361-61-6下列哪些下列哪些说法正确法正确 ? ? (1) (1) 媒体之媒体之间的关系也代表着信息。的关系也代表着信息。 (2)(2)任何媒体之任何媒体之间都可直接都可直接进行相互行相互转换。 (3) (3) 不同的媒体所表达信息的程度不同。不同的媒体所表
28、达信息的程度不同。 (4)(4)有格式的数据才能表达信息的含有格式的数据才能表达信息的含义。 ( (A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4)A) (1)+(2)+(3) (B)(1)+(2)+(4) (C) (1)+(3)+(4) (D) (C) (1)+(3)+(4) (D) 全部全部 参考答案参考答案参考答案参考答案: 1-6. C: 1-6. C 1.7 有人认为有人认为“因特网就是万维网因特网就是万维网”，这种看法对不对？为什么？，这种看法对不对？为什么？ (1) 不对。 (2) 因特网是专指全球范围内最大的、由众多网络相互连接而成的、基于TCP/IP协议的计算机网络；万维网是指分布在全世界所有HTTP服务器上互相连接的超媒体文档的集合。 37
