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1、计算机网络和多媒体技术常宝宝北京大学计算机科学与技术系多媒体技术概述计算机网络和多媒体技术什么是媒体？媒体媒体：承载信息的载体。 在这种意义下，文字、声音、图形、图像、视像、动画都是信息的载体。 “媒体”在计算机领域还有其它的含义，例如媒体也用来表示可以记录数据的物理载体，如媒体也用来指计算机中各种存储介质，如磁盘、磁带和光盘等等。计算机网络和多媒体技术多媒体计算机技术q利用计算机把文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体信息综合一体化，并能够对多种媒体信息进行获取、压缩编码、编辑、加工处理、传输、存储和展示的技术。q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
2、处理技术等多种技术的一种结合。计算机网络和多媒体技术多媒体计算机系统q多媒体系统是指能够对文字、声音、图像等多种信息媒体进行获取、编辑、处理、传输、展示以及综合的计算机系统。q早期的计算机系统只能处理文字信息，多媒体的引入扩大了计算机所能处理的信息空间，多媒体系统能够把多种媒体信息有机的同步组合成完整的多媒体信息，使信息表达不再局限于顺序、单调和狭小的范围。计算机网络和多媒体技术多媒体系统的特点q集成性集成性可对文字、图像、图形、声音、视像等信息媒体进行综合处理，达到各种媒体协调一致，形成一个整体。q交互性交互性用户和系统能够方便的交流，能对系统的多媒体处理功能进行控制。q数字化特征数字化特征
3、各种媒体信息都以数字的形式(0和1)进行存储和处理，而不是以传统的模拟信号方式。计算机网络和多媒体技术什么是模拟信号q模拟信号：幅度随时间而连续变化的信号。变化规律与对应的物理量的变化规律是类比关系。q模拟信号的主要参数：振幅A和频率f。振幅反映了信号的强度，对于声音信号来说，就是声音的大小；频率反映了震动的快慢，对于声音而言，反应了音调的高低。频率的单位为Hz，即每秒震动的次数。计算机网络和多媒体技术数字信号q数字信号：取值被限制在有限个数值之内，如0和1，是离散的信号。q数字信号，由于只有有限个状态，所以能精确地进行存储，易于判决，不怕噪音干扰，可以无失真的传输和复制，数字化后也可以利用校
4、验位进行检错和纠错。总之数字信号具有模拟信号所不具有的高保真度高保真度和易于处理易于处理的优点。计算机网络和多媒体技术数模转换和模数转换q用传统的设备(如：话筒，摄像机)得到的媒体信号，常常是模拟信号。为了能进入多媒体计算机进行处理，模拟信号必须转换为数字信号，这称为A/DA/D转换转换。同样存储在计算机中的数字化媒体信号要在传统设备(喇叭)上播放，也要把数字信号转换成模拟信号，这称为D/AD/A转换转换。计算机网络和多媒体技术模拟信号的数字化q基本过程采样、量化和编码。q采样 在连续信号中每隔一定时间取一个值。（时间离散化）q量化量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续
5、幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。（幅度离散化）q编码编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示。计算机网络和多媒体技术采样定律和量化精度q采样定律：采样频率要高于信号最高有效频率的两倍。话音的最高频率为4000Hz，则每秒至少采样8000次，声音最高频率20kHz，所以计算机中常使用的采样频率为44.1kHzq量化精度：表示一个采样样本值的二进制位数，位数越多，精度也越高。若用16个二进制位表示声音，可将声音强度分为65536级，若用8位则仅能区分256级。计算机网络和多媒体技术计算中的文字q文字用编码的方式在计算机内存储和交换。英文字符常用的编码是ASCII码；汉字常用的编码
6、是GB-2312编码。ASCII码是7位，扩展后是8位，而GB2312码是16位。q为了在屏幕上显示字符或在打印机上打印字符，需要字模库。字模可以是点阵字模，也可以是矢量字模。汉字字模库所占的存储量相当大。计算机网络和多媒体技术声音q声音是一种波，频率在2020kHz的波称为音频波，频率小于20Hz的波称为亚音波，频率大于20kHz的波称为超音波。q我们说话时产生的声音波的频率范围约为3003000Hz；音乐波的频率范围可达1020kHz。q设备所允许的声音的频率范围越大，声音的质量就越好。例如调幅无线电广播的声音质量要优于电话的话音质量，调频无线电广播质量优于调幅无线电广播质量，而数字激光唱
7、盘的质量优于调频无线电广播的质量。计算机网络和多媒体技术声音q声音的频率范围为2020kHz，根据采样定理，其采样频率不应低于40kHz，在多媒体技术中常用的采样频率为44.1kHz。量化精度现在常采用16位，质量更高的也有用24位的。q为了取得立体声音响效果，有时需要进行“多声道”录音，最起码有左右两个声道，较好的则采用5.1或7.1声道的环绕立体声。q采样频率越高，量化精度越高，声道数越多，则声音质量就约好，而数字化后的数据量就越大。计算机网络和多媒体技术声音文件q在计算机中常用的声音文件有：(1).WAV文件 (2) .MP3 文件 (3) .MID 文件计算机网络和多媒体技术图形q图形
8、的显著特点是由点、线和面等基本构图元素组成。例如：机械结构图、建筑结构图。q图形中的直线、弧线一般用数学的方法来表达。例如：线段可以用始点坐标和终点坐标表示，圆可以用圆心和半径来表示。这种表示法是一种矢量表示法，不同于图像表示的位图表示法，所需存储空间较小。计算机网络和多媒体技术图形q只有X、Y两个坐标的平面图形称为二维图形。q三维图形指具有X、Y、Z三个坐标的立体图形。q对于一个三维图形，例如一个建筑物，计算机内不但有表示宽度和高度的信息，还有表示前后深度的完整信息。选择不同的观测点，会有不同的观测结果。把这个结果用平面方式表示出来，一般称为2.5D图形，即在2D平面上表现3D图形。q真感3
9、D立体图形指针对人眼的特性而产生的真实感立体显示效果的图形。q.DXF文件是AutoCAD使用的一种矢量化图形文件。计算机网络和多媒体技术图像q典型的图像是照片。图像不象图形由有规律的线条组成，不能用矢量表示，一般采用点阵表示。q数字图像的最小元素称为像素。数字图像的大小是用“水平像素垂直像素”来表示的。计算机网络和多媒体技术图像q每一个像素在计算机中用若干二进制位来表示。例如，一个像素若用8位二进制数表示，则可以表示出256种黑白灰度或256种色彩。如果一个像素用24位二进制表示，则可以表现出1677万种颜色，一般称为真彩色。q数字图像的存储量巨大。例如一幅能在标准VGA显示屏上作全屏显示的
10、真彩色图像（24位），所占存储量为大约900K计算机网络和多媒体技术图像q常见图像文件有：.BMP文件、 .JPG文件、 .GIF文件、.TIF文件、.PCX文件等等。q图像的输入设备有：扫描仪和数码照相机q图像的输出设备有：打印机、显示器。显示器的分辨率要求一般低于打印机。计算机网络和多媒体技术视像q视频图像是一种活动影像，与电影和电视原理一致。主要利用人眼的视觉暂留现象，将足够多的画面（帧）连续播放。q只要达到每秒20帧以上，人眼不会觉察出画面的不连续性。电影：24帧秒、电视:(PAL) 25帧秒、(NTSC)30帧秒计算机网络和多媒体技术视像q视像的每一帧，实际上就是一幅静态图像，所以图
11、像中存储量大的问题，在视像中显得更为严重，因为一秒中内就要播放2030幅静态图像。因而，全屏、全速、全色的视频图像，数据量十分庞大。q常见的视像文件：.AVI文件、.MPG文件q常见的视像输入设备：摄像机、电视机等视频设备。计算机网络和多媒体技术动画q动画也是一种活动影响，典型的动画是卡通片，动画和视频影像不同，指人工创造出来的连续图形所组合成的动态影像。q动画也需要每秒20个以上的画面。画面的产生可以逐幅绘制，也可以实时计算。计算机网络和多媒体技术多媒体技术的应用q电子出版技术(1)传统纸张印刷出版设备笨重、生产周期长、作品信息密度低、成本高等许多缺点。相反电子出版具有快速出版、图文声像并茂
12、、信息密度高、成本低、流通快等许多优点 。(2)电子出版是多媒体最早的应用，现在已经相当普及。例如：各种软件、电子图书、电子期刊、电子新闻报纸、电子广告、电子音像制品、教育用电子教材和课件、娱乐用电子游戏；电子出版物的载体可以是软盘、光盘以及网络。计算机网络和多媒体技术多媒体技术的应用q多媒体数据库技术目前常见的多媒体数据库应用有：(1)高品质数字音频点播(AOD)(2)数字视频点播(VOD)(3)公共多媒体资源库，如：博物馆艺术藏品多媒体资料库、多媒体百科全书、多媒体地图等(4)教学素材库（内含各学科教学素材，富含图片、动画以及影视片断等等）(5)公司产品多媒体资料库计算机网络和多媒体技术多
13、媒体技术的应用q可视通信技术多媒体在可视通信方面的应用包括：(1)视频会议系统(2)可视电话技术计算机网络和多媒体技术多媒体技术的应用q虚拟现实技术 (1)虚拟现实也称为“人工现实”获“灵境”技术，是多媒体应用的更高境界，是用计算机多媒体技术生成一个集视觉、听觉甚至嗅觉在一起的感觉世界，让人得到一种逼真的体验。 (2)虚拟现实技术可广泛应用于模拟训练、科学可视化以及娱乐领域。计算机网络和多媒体技术颜色的物理解释q可见光是由很多不同波长的光线混和而成的，不同的波长，人眼感受为不同的颜色，波长较长的接近红色，波长较短的接近蓝色。q物体有反射光和吸收光的能力，它所反射的光，就是我们看到的颜色，而吸收
14、的光是它的补色。计算机网络和多媒体技术三基色原理q可以用三种互相独立的基本颜色(红、绿、蓝)来合成各种颜色，合成时只需要调整这三种基色的比例既可。q三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能由其它两种颜色合成。q红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。 计算机网络和多媒体技术RGB彩色空间红黄绿蓝品红青白红色绿色黄色红色蓝色品红绿色蓝色青色红色绿色蓝色白色黄色、品红以及青色称作相相加二次色加二次色,，也分别称作蓝色、绿色、红色的补色补色红色青色绿色品红蓝色黄色白色计算机网络和多媒体技术RGB彩色空间q在多媒体计算机中，用的最多的是RGB彩色空间。所有颜色则由RGB三色的不同比例生成，
15、可以描述为：F=rR+gG+bB rR、gG、bB称为三色分量。 若每一种基色都用8位，即用256种不同取值来描述，则三种基色的混和就可以有256256256种不同的颜色，即有16M种不同的颜色，一般称为真彩色。计算机网络和多媒体技术RGB彩色空间q当三种原色的比例相等时，混和后得到灰色。而其值从小到大可分别得到从黑色到白色的灰度变化效果。(0,0,0)(51,51,51)(102,102,102)(153,153,153)(204,204,204)(255,255,255)计算机网络和多媒体技术分辨率问题q设备分辨率：设备能达到的表现或识别象素点精细程度的一种度量显示屏分辨率：显示屏在水平和
16、垂直两个方向上可以显示的最大点数。如：640480、800600、1024768以及12801024打印机分辨率：每英寸能打印出多少个点的能力。如某打印机的分辨率为1440d/i，表示该打印机可在每英寸打出1440个点扫描仪分辨率：指每英寸能识别出的点数。如：某扫描仪的分辨率为300d/i，表示其可以从每英寸识别出300个点计算机网络和多媒体技术分辨率问题q颜色分辨率：指表达颜色的能力。如果用1位来表示颜色，则最多能表示出两种颜色，如果用8位表示，则可以表示出256种颜色。 计算机网络和多媒体技术分辨率问题q图像分辨率图像的大小是由长宽来表示，而图像分辨率指图象中每英寸所具有的象素点数，通常表
17、示为：p/i 。象素和屏幕上的点不同，图像在屏幕上放大显示时，一个象素可以对应多个点。 计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术q数据压缩技术q超大规模集成电路芯片技术(VLSI)q大容量光盘存储技术q多媒体网络通信技术q多媒体同步技术q计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(一)q数据压缩技术数据压缩技术多媒体数据的显著特点：数据量非常大。例如，一张彩色相片的数据量可达100MB；视频影像和声音由于连续播放，数据量更加庞大。这对计算机的存储以及网络传输都造成了极大的负担。解决办法之一就是进行数据压缩数据压缩，压缩后再进行存储和传输，到需要时再解压、还原。计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(一)q
18、对多媒体数据进行压缩主要根据以下两点：(1)原始多媒体数据客观上存在大量冗余。图片中大面积的蓝天；视频影像每帧之间变化很小。 (2)人的感观具有不敏感性，多媒体数据主观上存在一些冗余。人对细微的颜色差异感觉不明显。太弱的声音人们感受不到计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(一)q数据压缩算法的分类(1)无损压缩无损压缩 无损压缩要求解压以后的数据和原始数据完全一致例如：磁盘文件的压缩能把数据压缩到原来的1/2到1/4。(2)有损压缩有损压缩 解压以后的数据和原始数据不完全一致图像、视频、音频数据的压缩压缩比可高达100:1，但人的主观感受仍不会对原始信息产生误解。 计算机网络和多媒体技术多媒体
19、关键技术(一)q常用多媒体数据压缩标准(1) JPEG标准标准 静态数字图像压缩编码标准支持有损压缩，压缩比可用参数调整，在压缩比达25:1时，压缩后还原的图像与原始图像相比较，人们很难区分其中的差别。(2) MPEG标准标准 视频影像和高保真声音的数据压缩标准 根据对数字影像质量要求的不同，由不同的标准组成，常见的有： MPEG-1 用于VCD、 MPEG-2 用于DVD、 MP3 MPEG-1 layer 3(音频压缩)计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(二)q超大规模集成电路芯片技术(VLSI)多媒体的大数据量和实时应用特点，要求计算机有很高处理速度：高速的CPU、大容量的RAM、专用
20、数据采集和还原电路、高速数字信号处理电路(DSP)这些都依赖于VLSI技术的发展和支持计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(三)q大容量光盘存储技术数字化的多媒体信息经过压缩处理仍然包含了大量的数据，多媒体信息的存储和发布不能用磁盘进行。硬盘尽管存储容量很大，但价格昂贵也不便于交换和携带。光盘原理简单、存储容量大，便于大量生产，价格低廉，正被广泛用于多媒体数据存储计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(三)q光盘存储原理在园形的光道上，刻上能代表“0”和“1”的一些凹坑；读出时，用激光去照射旋转着的光盘，从凹坑和非凹坑处得到的反射光，其强弱是不同的。根据差别区分是“0”还是“1”计算机网络和多媒
21、体技术多媒体关键技术(三)q目前常用的CD-ROM光盘(1)VCD光盘，存储量达650MB，可存储70分钟的MPEG-1影视节目。(2)DVD光盘，最高容量达17GBq光盘的分类(1)只读光盘CD-ROM(2)用户可写光盘CD-R(3) 一次可写光盘CD-WOq光盘的读出速度单倍速(150KB/s)、二倍速、四倍数、40倍速 计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(四)q多媒体网络通信技术多媒体不但要解决单机上的问题，也要解决多媒体网络通信问题。现有的计算机网络在早期建立时，主要是为了在网络用户之间传送文字数据，而今天人们要求传输的不仅仅是文字数据，而是更加丰富、更加自然的集图、文、声、像于一体
22、的多媒体数据。计算机网络和多媒体技术多媒体关键技术(五)q多媒体同步技术多媒体技术需要同时处理声音、文字、图像等多种媒体信息，在多媒体系统所处理的信息中，各个媒体都与时间有着或多或少的关系。例如：图像、语音都是时间的函数，声音和视频图像要求实时处理同步进行，使得声音和视频具有协同性计算机网络和多媒体技术完整的多媒体计算机系统配置主机视频卡声卡触摸屏显示器I/O接口IO/接口图文扫描仪数码相机图文打印机数字化仪彩色绘图仪光盘驱动器激光打印机光盘刻录机调制解调器高速网络卡麦克风收录机扬声器数字式乐器数码投影机摄像机录像机光碟机电视机音频部分视频部分图形图像部分基本设备部分计算机网络和多媒体技术多媒
23、体I/O设备qCD光盘驱动器q声卡q视频卡q扫描仪q数码相机q光盘刻录机q计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备q音频卡(声卡)(1) 音频卡的主要功能：声音的输入声音的输入 把麦克风或音频连接线(line in)输入的声音(模拟信号)，进行采样、量化和编码，变成数字化的声音进入计算机。声音的输出声音的输出 把计算机中的数字化声音数据，经数/模转换还原为模拟信号，从音频连接线(line out)输出；然后经由扬声器、耳机播出。计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备 编辑与合成处理编辑与合成处理在软件的配合下，对声音文件进行多种编辑和特殊效果的处理，包括剪裁、粘贴、加入回声、倒放、快放慢
24、放。循环播音等等。 MIDIMIDI接口接口提供音乐设备数字接口，可从数字乐器录音，也可控制和操作乐器演奏。（2）音频卡的其它特性 量化精度量化精度 8位、16位、24位等等 单声道单声道 、双声道、环绕立体声、双声道、环绕立体声 采样频率采样频率 软件可设定5k44.1kHz计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备q视频卡视频卡的主要功能视频采集视频采集实现模拟视频模拟信号的数字化。不但实现对视频中单画面的捕捉，也能对实时动态画面连续捕捉，捕获帧率可达25帧/秒、 30帧/秒。若视频卡允许的帧率小于20帧/秒，则影像还原时有闪烁甚至停顿感。数据压缩功能数据压缩功能视频数字化以后的数据量极大
25、，而冗余数据很多，视频卡的压缩功能将对它进行有效地压缩。不同的视卡可能采用不同的压缩算法，所得压缩倍数也不相同。MPEG-1压缩算法压缩比高达100:1200:1计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备 数据解压缩功能数据解压缩功能压缩后的数据在播放前必须进行解压缩。 视频输出视频输出( (电视编码电视编码) )功能功能解压以后输出的数字图象，一般可以直接输出在显示器上，也可输出到电视机上，这时要进行TV信号的转换。 电视接收功能电视接收功能一般的视频卡仅能接收视频信号(来自摄像机和录像机)，不能接收无线电频率的高频电视信号。需要接收电视节目，有时需要电视接收卡计算机网络和多媒体技术常用多媒
26、体I/O设备q图文扫描仪 (1) 功能功能扫描仪是一种图像输入设备，它能把硬拷贝形式的文字和图象经扫描方式输入计算机。 (2) 原理原理 利用光线照射在图片上所产生的反射光，通过一定的电子器件把光线的亮度的强弱和色彩信号转换成模拟电信号，再经模/数转换成数字图象信号输入计算机。计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备(3)扫描仪分类扫描仪分类按照操作方式:平板式、手持式按照色彩方式：彩色型、黑白型 (4)性能指标性能指标光学分辨率：单位长度内的采样点数，单位d/i。 速度：扫描输入图稿时所需时间。色彩分辨率：表示一个象素颜色所需二进制位数。(24位以及36位)接口：USB接口、SCSI接口和
27、并口计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备q数码照相机(1)原理一般照相机是把景物通过镜头聚焦成像后，使胶卷感光；而数码相机是利用CCD(电荷耦合器件)感受光信号，使转变为电信号，再经模/数转换变成数字信号，存贮在相机的内部存储器中。(2)主要指标分辨率 水平位置和垂直位置上的象素数颜色分辨率 表示一个象素的颜色所需要的二进制位数连拍速度 单位时间内拍摄的图片幅数存储方式 内置存储、可移动存储媒体接口 SCSI接口 USB接口等计算机网络和多媒体技术常用多媒体I/O设备qCD刻录机CD刻录机是可以对CD-R可记录式光盘进行写入的设备。在写入时，用待写入的数据去控制聚焦激光束，把CD-R光盘
28、上的有机燃料烧熔后变成光痕，利用光痕记录数据。计算机网络和多媒体技术多媒体计算机软件平台多媒体硬件设备音频/视频信息的压缩和解压缩多媒体设备输入/输出控制接口操作系统的多媒体扩充多媒体创作工具多媒体应用软件 多媒体计算机软件平台具有以下的层次结构: 计算机网络和多媒体技术多媒体计算机软件平台 第一层是硬件,是系统的基础,包括声卡、视频卡以及其他多媒体设备。 第二层是音频视频信息的压缩和解压缩层，由于实时性要求高，有些系统使用以专用集成电路为核心的硬件来实现。 第三层是多媒体输入输出驱动控制及接口层，其主要功能是完成驱动和控制多媒体设备以及插卡，提供软件接口，以便于高层软件调用。计算机网络和多媒
29、体技术多媒体计算机软件平台 第四层为多媒体软件的核心，担负多媒体操作系系统的功能，用以支持对多媒体设备的管理，对文字、音频、视频等媒体信息的处理和调度以及管理多媒体信息间的同步问题。这通常是通过对现有操作系统扩充多媒体功能来实现，例如Windows 95/98/2000都具有多媒体功能。计算机网络和多媒体技术多媒体计算机软件平台 第五层是多媒体创作工具，这一层软件主要是开发多媒体应用的工具软件。开发人员或用户利用这些工具软件制做自己的多媒体应用系统。 第六层是多媒体应用软件层，其内容可以是面向用户的各种多媒体应用系统。计算机网络和多媒体技术Windows多媒体工具 Windows95/98/2
30、000等是支持多媒体的操作系统，它们均提供了一些和娱乐有关的多媒体工具软件，例如：(1)CD播放器(2)录音机(3)媒体播放机计算机网络和多媒体技术CD播放机(1)启动在“开始”菜单中选择“程序/附件/娱乐/CD播放机”(2)设置播放方式(3)编辑播放曲目表(4)设置时间显示方式(5)下载曲目信息计算机网络和多媒体技术录音机录音机是用于数字录音的一个多媒体程序，要使用该程序，用户计算机需要安装声卡和麦克风。(1)启动在“开始”菜单中选择“程序/附件/娱乐/录音机”(2)打开和播放声音文件(3)录制声音文件计算机网络和多媒体技术录音机(4) 编辑声音文件插入声音(把一段声音插入另一段声音中)文件
31、混音(把多段声音叠加播放)添加回音(为声音添加回声效果)声音反向(反向播放声音)改变音量(把音量提高或者降低1/4)改变音速(改变声音播放速度)计算机网络和多媒体技术媒体播放机媒体播放机可以播放多媒体文件，可以用来播放声音波形文件、视频影像以及CD唱盘等等。(1)启动在“开始”菜单中选择“程序/附件/娱乐/媒体播放器”(2)播放多媒体文件计算机网络和多媒体技术思考题1.列出多媒体发展中至少四种关键技术。2.最常用的图像压缩标准是什么？压缩文件的大小可调吗？3.最常用的动态图像压缩标准是什么？4.MP3的含义？5.简述声卡的功能？6.简述视频卡的主要功能？计算机网络和多媒体技术思考题7.列出至少4种多媒体I/O设备，简述其功能？8.简述扫描仪和数码相机的工作原理？9.多媒体软件可分为几层？各个层次的功能是什么？10.上机练习使用windows系统提供的多媒体工具。计算机网络和多媒体技术思考题1.多媒体指那些媒体？2.电视包括了图、文、声，它是多媒体系统吗？为什么？3.什么是模拟信号，什么是数字信号？采用数字信号有什么优点？4.模拟信号怎样数字化？5.什么是采样定理？计算机网络和多媒体技术思考题6.声音的频率范围是多少？常用的采样频率是多少？为什么？什么是5.1通道立体声？7.图像和图形的主要区别是什么？8.什么是三色定理？9.分辨率的含义有哪些？计算机网络和多媒体技术
