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1、第第5章章 多媒体数据格式及流媒体技术多媒体数据格式及流媒体技术5.1 图像文件格式图像文件格式 5.2 声音文件格式声音文件格式 5.3 流媒体技术流媒体技术5.1 图像文件格式图像文件格式 1. GIF文件格式文件格式(*.GIF) GIF是图形交换格式(Graphics Interchange Format)的英文缩写，是由CompuServe公司于20世纪80年代推出的一种高压缩比的彩色图像文件格式，它支持的图像颜色可以多达256色，采用无损数据压缩方法中压缩效率较高的LZW算法，主要用于图像文件的网络传输。最初，GIF只是用来存储单幅静止图像，称GIF87a，后来，又进一步发展成为G
2、IF89a，可以同时存储若干幅静止图像并进而形成连续的动画。目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的GIF文件。 2. Flic文件格式文件格式(*.FLI/*.FLC) Flic文件是Autodesk公司在其出品2D/3D动画制作软件中采用的彩色动画文件格式。*.FLI是最初的基于320200分辨率的动画文件格式，*.FLC是*.FLI的进一步扩展，采用了更高效的数据压缩技术，其分辨率也不再局限于320200。Flic文件采用游程编码算法和Delta算法进行无损的数据压缩，首先压缩并保存整个动画序列中的第一幅图像，然后逐帧计算前后两幅相邻图像的差异或改变部分，并对这部分数据
3、进行游程编码压缩。 3. AVI及及n AVI文件格式（文件格式（*.AVI） AVI是音频视频交错(Audio Video Interleaved)的英文缩写，是一种桌面系统上的低成本、低分辨率的视频格 式 。 AVI是 Microsoft公 司 开 发 的 一 种 符 合 RIFF (Resource Interchange File Format)文件规范的数字音频与视频文件格式。AVI格式允许视频和音频交错在一起同步播放，支持256色和游程长度编码，但AVI文件并未限定压缩标准，因此，AVI文件格式只是作为控制界面上的标准，不具有兼容性。 nAVI是newAVI 的缩写，是一个名为Sh
4、adowRealm的地下组织发展起来的一种新视频格式。 4. MPEG文件格式文件格式(*.MPEG/*.MPG/*.DAT) MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，同时保证30帧/s的图像动态刷新率，已被几乎所有的计算机平台共同支持。MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统(视频、音频同步)三个部分，而Video CD (VCD)、Super VCD (SVCD)、DVD (Digital Versatile Disk)则是全面采用MPEG技术所产生出来的新型消费类电子产品。 DIVX视频编码技术由Microsoft MPE
5、G4v3修改而来，使用MPEG-4压缩算法，可以说它是为了打破ASF的种种协定而发展出来的。MPEG-4是一种新的压缩算法，使用这种算法的ASF格式可以把一部120分钟长的电影压缩到300MB左右的视频流，供网上观看。其他的 DIVX 格式也可以压缩到 600 MB左右，但其图像质量比ASF要好很多。DIVX视频播放对机器的要求也不高，CPU只要是300MHz以上、配上64MB的内存和一个8MB显存的显卡就可以流畅地播放了，这个要求是目前出厂的任何一款计算机都能达到的。 5. WMV文件格式（文件格式（*.WMV） WMV (Windows Media Video)是Microsoft公司出品
6、的视频格式文件，公司希望用其取代QuickTime之类的技术标准以及WAV、AVI之类的文件扩展名。WMV的主要优点包括：本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。 6. BMP文件格式（文件格式（Windows Bitmap） BMP格式为Windows下的标准位图格式，最大色深为24 bit，可以不压缩存储，也可以用游程长度无损压缩方案存储。Windows的应用程序“调色板”就是以这种格式存取图像文件的。我们可以用这种格式存取单色或256色的图像以供Windows环境下的多媒体工具使用。 7. PCX文件
7、格式文件格式(PC Paintbrush) PCX文件格式是Zsoft公司为Paintbrush这套绘图软件开发出来的。 Paintbrush所提供的图像文件扩展名为PCC， 其格式即为PCX的文件格式。 8. TGA文件格式文件格式(TARGA) TGA文件格式是True Vision公司为其TARGA视频卡开发出来的，许多在全彩色的色彩类型下工作的专业图像处理系统常采用此种格式。它有 8、16、24、32、64位几种，3DS 生成的TGA文件为24位图像。TGA图像以其逼真的记录方式深受人们的喜爱。压缩TGA文件的产生，使TGA 格式逐渐成为一种标准的R.G.B型真彩色图像格式。 9. E
8、PS文件格式文件格式(Encapsulated PostScript) Post Script打印机的特性在于，使用者并非直接传送数据到打印机，而是以Postscript语言（一个强大的程序语言，其编辑器在打印机中）编写一个程序，描述希望打印的东西。所以EPS文件中的内容不是图形或图像数据本身，而只是一段程序，描述希望打印的图形或图像。有很多知名的排版系统如北大方正支持EPS格式。 10. TIF文件格式文件格式(Tagged Image File Format) TIF文件格式是Microsoft和Aldus公司针对桌面印刷(DTP)和桌面型扫描仪的应用而开发出来的，有时也称为TIFF文件格
9、式。TIF可支持高达24位全彩色的图像，而且移植性高，很容易在PC和Macintosh机器之间交互使用。TIF格式分黑白和彩色两种，记录方式原始，占用空间大，但是图像质量好。 11. JPEG文件格式文件格式(JPEG File Interchange Format) JPEG是一个名为Joint Photographic Experts Group的组织针对图像文件空间的压缩问题开发出来的，JPG文件格式可以提高压缩率。当磁盘空间有限或图像很大时，可以考虑采用JPG格式（它的最大压缩率可达1001）。JPG格式属于R.G.B型真彩色图像格式，可以人为地控制图像压缩程度，在保持质量不变的情况下
10、， 有很高的压缩率。一般压缩图像为原来图像体积的1/5， 从而节省磁盘空间。 12. DXF文件格式文件格式(Drawing Interchange Format) DXF是由Autodesk公司所开发的，作为Auto CAD中的ASCII绘图交换文件格式，这一格式现在也为许多计算机辅助设计人员所使用。 13. IGS文文 件件 格格 式式 (Initial Graphics exchange Specification) IGS又称IGES，是由一个工业委员会开发的，作为传送CAD的一个广泛标准。 Einstein.bmp颜色：真彩色大小：239.1 KB压缩比：1.0Einstein.gi
11、f颜色：256大小：61.4 KB压缩比：1.3Einstein.jpg颜色：真彩色大小：11.1 KB压缩比：21.4Einstein.tif颜色：真彩色大小：238.4 KB压缩比：1.05.2 声音文件格式声音文件格式 1. CD格式格式 (*.CDA) CD是当今世界上音质最好的音频格式，标准CD格式音频的采样频率是44.1 kH，16位量化位数。虽然CD音频是采用有损压缩，但其音质可以说是近似无损的，因此，它的声音基本上是忠于原声的。CD光盘可以在CD唱机中播放，也能用电脑里的各种播放软件来重放。一个CD音频文件是一个*.cda文件，这只是一个索引信息，并不是真正的包含声音信息，所以
12、不论CD音乐的长短，在电脑上看到的“*.cda文件”都是44字节长。 2. Wave文件格式文件格式 (*.WAV) WAV是微软公司开发的一种声音文件格式，它符合RIFF文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所支持。“*.WAV”格式支持多种压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，标准格式的WAV文件和CD格式一样，也是44.1kHz的采样频率，16位量化位数，支持多种音频位数、采样频率和声道，但其文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片断。 3. MPEG音频文件格式音频文件格式 (*.MP1 /*.MP2 /*.MP3) MPEG音频文件的压
13、缩是一种有损压缩，根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层，分别对应MP1、 MP2和MP3这三种声音文件。MPEG音频编码具有很高的压缩率，MP1和MP2的压缩率分别为41和61 81，而MP3的压缩率则高达101121，也就是说一分钟CD音质的音乐，未经压缩需要10 MB存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1MB左右，同时其音质基本保持不失真，因此，目前使用最多的是MP3文件格式。 4. MIDI文件格式文件格式 (*.MID) MIDI是Musical Instrument Digital Interface（乐器数字接口）的缩写。它是由世界上主要电子乐器制造厂商建立起来的一个通信标准
14、，以规定计算机音乐程序电子合成器和其它电子设备之间交换信息与控制信号的方法。MIDI文件中包含音符定时和多达16个通道的乐器定义，每个音符包括键通道号、持续时间、音量和力度等信息。所以MIDI文件记录的不是乐曲本身，而是一些描述乐曲演奏过程的指令。严格地说，MIDI与上面提到的那些声音格式不是一族，因为它不是真正的数字化声音，而仅是一堆声音或乐器符号的集合。 5. WMA文件格式文件格式 (*.WMA) WMA (Windows Media Audio)是Microsoft公司出品的音频文件格式，WMA格式的音乐文件的突出特点是提供了比MP3音乐文件更大的压缩比，并且在音质上也毫不逊色。关键是
15、WMA格式的音乐文件，使用Windows中提供的媒体播放器Windows Media P1ayer 78就可以支持播放，所以只要你使用Windows，就不必担心不能播放。WMA的压缩率一般都可以达到181左右，WMA的另一个优点是内容提供商可以通过DRM（Digital Rights Management）方案如Windows Media Rights Manager 7加入防拷贝保护。另外，WMA还支持音频流(Stream)技术，适合在网络上在线播放。 6. VOC文件格式文件格式 (*.VOC) VOC文件格式是Creative Labs公司的波形音频文件格式，多用于保存Creative
16、Sound Blaster(创新声霸)系列声卡所采集的声音数据，被Windows平台和DOS平台所支持，支持CCITT A-Law和CCITT -Law等压缩算法。每个VOC文件由文件头块(header block)和音频数据块(data block)组成。文件头包含一个标识版本号和一个指向数据块起始处的指针。数据块分成各种类型的子块，例如，声音数据子块、静音标识子块、ASCII码字符子块、循环重复子块、终止子块以及用于立体声音响的扩展子块等。 7. VQF文件格式文件格式 VQF是日本YAMAHA公司购买NTT公司的技术开发出来的一种音频压缩格式，矛头直指MP3，主要卖点是压缩比比MP3高，
17、而且音质也比MP3好。但由于VQF是YAMAHA公司的专有格式，受到的支持（播放器）相当有限，所以影响力不如MP3。VQF需要YAMAHA公司的VQF播放器才能播放。其它播放器比如WinAMP需要安装支持插件才能播放。 8. AIFF文件格式文件格式 (*.AIF /*.AIFF) AIFF是音频交换文件格式(Audio Interchange File Format)的英文缩写，是Apple 公司开发的一种声音文件格式，被Macintosh平台及其应用程序所支持，Netscape Navigator浏览器中的LiveAudio也支持AIFF格式，SGI及其它专业音频软件包也同样支持这种格式。
18、AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6压缩标准，支持16位44.1 kHz立体声。 9. 模模块块文文件件格格式式 (*.MOD /*.S3M /*.XM /*.MTM /*.FAR /*.KAR /*.IT) 这些文件格式其实互不相同，但又都属于一个大类：Module（模块）。模块格式是一种已经存在了很长时间的声音记录方式，它同时具有MIDI与数字音频的共同特性。模块文件中既包括如何演奏乐器的指令，又保存了数字声音信号的采样数据，为此，其声音回放质量对音频硬件的依赖性较小，也就是说，在不同的机器上可以获得基本相似的声音回放质量。模块文件根据不同的编码方法有MOD、S3M、XM、M
19、TM、FAR、 KAR、IT等多种不同格式。 5.3 流媒体技术流媒体技术5.3.1 流媒体定义流媒体定义 流媒体指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体。基本技术包括：网络通信、多媒体数据采集、多媒体数据压缩、多媒体数据存储、多媒体数据传输。5.3.2 流媒体通信原理流媒体通信原理图5.3-1 流式传输基本原理 HTTP/TCPWeb浏览器控制信息RTCP/TCP(UDP)数据信息RTP/UDP元文件定位A/V播放器Web服务器A/V服务器 1. 顺序流式传输顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的
20、后续部分。 2. 实时流式传输实时流式传输 实时流式传输保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。5.3.3 流媒体实现原理流媒体实现原理图5.3-2 流媒体实现原理 1. 预处理预处理 预处理主要包括两方面：一是采用先进高效的压缩算法；二是加入一些附加信息把压缩媒体转为适合流式传输的文件格式。 2. 支持流媒体传输的网络协议支持流媒体传输的网络协议 (1) 实时传输协议(RTP, Real-time Transport Protocol) (2) 实时传输控制协议(RTCP, Real-time Transport Control Protocol) (3) 实时流协议(RTSP
21、, Real-time Streaming Protocol) (4) 资源预订协议(RSVP, Resource Reserve Protocol) 3. 识别流媒体类型的途径识别流媒体类型的途径 MIME Web服务器和Web浏览器可通过MIME来识别流媒体并对其进行相应的处理。它不仅用于电子邮件，还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型。 Web服务器和Web浏览器都基于HTTP，而HTTP都内建有MIME。HTTP正是通过MIME来标记Web上繁多的多媒体文件格式。 5.3.4 流媒体播放方式流媒体播放方式 1. 单播单播 2. 组播组播 3. 点播与广播点播与广播5.3.5
22、 流媒体文件格式流媒体文件格式 1. 压缩媒体文件格式压缩媒体文件格式 2. 流式文件格式流式文件格式 1) RealMedia 在RealMedia规范中主要包括三类文件：RealAudio、RealVideo和RealFlash 。 2) ASF ASF（Advanced Streaming Format）文件是一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式，用MPEG-4的压缩算法。 3) MOV QuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能，被包括Apple Mac OS、Microsoft Windows在内的所
23、有主流操作平台支持。 4) SWF SWF（Shock Wave Flash）是 Micromedia公司推出的一种动画格式，它采用矢量图形方法存储动画。 3. 媒体发布格式媒体发布格式 媒体发布格式不是压缩格式，也不是传输协议，其本身并不描述视听数据，也不提供编码方法。 1) RAM RAM文件是RealMedia文件的索引文件。 2) ASX ASX文件是一个文本文件，主要目的是对流信息进行重定向。 3) SMIL SMIL（同步多媒体集成语言）是由W3C指定的有关流媒体技术的语言。 5.3.6 流媒体系统的基本构成流媒体系统的基本构成图5.3-3 流媒体系统结构示意图 1. 媒体内容制作
24、媒体内容制作 转档/转码软件：可将普通格式的音频、视频或动画媒体文件通过压缩转换为流服务器进行流式传输的流格式文件。 流媒体编辑软件：对流媒体文件进行编辑，常与转档/转码软件捆绑在一起。 合成软件：利用合成软件，可以将各类图片、声音、文字、视频、幻灯片或网页同步，并合成为一个流媒体文件。 编程软件：流媒体系统提供的SDK可使开发者对系统进行二次开发。 2. 媒体内容管理媒体内容管理 媒体内容管理包括流媒体文件的存储、查询及节目管理、创建和发布。节目不多时可使用文件系统， 当节目量大时，就必须使用数据库管理系统。 1) 视频业务管理媒体发布系统 2) 媒体存储系统 3) 媒体内容自动索引检索系统
25、 索引和编码：允许同时索引和编码，使用先进的技术实时处理视频信号，而且可以根据内容自动地建立一个视频数据库（或索引）。 媒体分析软件：可以实时地根据屏幕的文本来识别。 3. 用户管理用户管理 用户管理主要进行用户的登记、授权、计费和认证。 用户身份验证：可以限制非法用户使用系统，只有合法用户才能访问系统。通常可根据不同的用户身份，提供对系统不同的访问控制功能。 计费系统：根据用户访问的内容或时间进行相应的费用统计。 媒体数字版权加密系统(DEM)：它允许内容提供商在其发布的媒体或节目中对制定的时间段、观看次数及其内容进行加密和保护。 4. 视频服务器视频服务器 视频服务器是网络视频的核心，直接
26、决定着流媒体系统的总体性能。为了能同时响应多个用户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算法。视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流，其存储量要大，数据率要高，并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以确保用户请求在系统资源下的有效服务。存储设备多采用SCSI接口，以确保高速、并行、多重I/O总线的能力。 基于ATM的VOD系统，采用的视频服务器是以MPSR (Multi Path Self-Routing: 多路径自选路由选择开关)为中心的宽带视频服务器。 5. 客户端系统客户端系统 流媒体客户端系统支持实时音频和视频直播和点播，可以嵌入到流行的浏览器中，可播放多种
27、流行的媒体格式，支持流媒体中的多种媒体形式。目前应用最多的播放器有RealNetworks公司的RealPlayer、 Microsoft公司的Media Player和Apple公司的QuickTime三种产品。 1) RealPlayer Real Networks公司在流媒体领域起步较早，其系统由三个部分构成：捕捉媒体文件并进行压缩编码的Real Producer或Real Encoder、服务器系统Real Server和客户端播放软件Real Player。 为支持一台视频服务器对多台服务器的并发连接，Real Networks公司推出了一种复播技术，使其能够在网络上以树型结构复制服
28、务器，使网络响应不受影响，从Real System G2系统开始，使用了智能流（Sure Stream）技术。 2) Windows Media Player Microsoft公司的Windows Media系统包括Windows Media Server、Windows Media Tools和Windows Media Player三个部分。 Windows Media Player（媒体播放器）是一款能提供较强的扩展性、灵活性和方便性的多媒体播放软件。它与Internet Explorer 5.0紧密集成，与Real表现Player的功能相差无几，可播放绝大部分的多媒体格式文件，“Me
29、dia Guide”（网络媒体向导）更像是一张图文并茂的电子版新闻快报。 3) QuickTime QuickTime是苹果公司推出的能在计算机上播放高品质视频图像的技术，是面向专业视频编辑、Web网站创建和CD-ROM内容制作开发的多媒体技术平台，是数字媒体领域事实上的工业标准，它可以通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能。它由三个不同部分组成：QuickTime电影（ Movie） 文 件 格 式 、 QuickTime媒 体 抽 象 层 及QuickTime内置媒体服务系统。 QuickTime电影文件格式定义了存储数字媒体内容的标准方法，使用这种文件格式不仅可
30、以存储单个的媒体内容，如视频帧或音频采样，而且能保存对该媒体作品的完整描述。QuickTime媒体抽象层是一种综合性的媒体软件架构，它定义了软件工具和应用程序如何访问QuickTime内置媒体服务系统，以及如何通过硬件提升QuickTime的关键性能。QuickTime内置媒体服务系统则可作为软件开发工具的基础，帮助软件开发商和用户充分利用QuickTime的技术优势。 5.3.7 流媒体的应用流媒体的应用 1. 流媒体应用类型流媒体应用类型 流媒体应用可以根据传输模式、实时性、交互性粗略地分为多种类型。传输模式主要是指流媒体传输是点到点的方式还是点到多点的方式。实时性是指视频内容源是否实时产
31、生、 采集和播放。交互性是指应用是否需要交互， 即流媒体的传输是单向的还是双向的。 2. 常见的流媒体的应用常见的流媒体的应用 根据上述分类， 常见的流媒体的应用主要有： (1) 视频点播（VOD） (2) 视频广播 (3) Internet TV (4) 视频监视 (5) 视频会议 (6) 远程教学 (7) 电视上网 (8) 音乐播放 (9) 在线电台练习与思考题练习与思考题 1. 常见声音文件格式有哪些？从生成文件数据量的大小以及音质两个方面分析其性能。 2. 常见图像文件格式有哪些？从生成文件数据量的大小以及重建图像质量两个方面分析其性能。 3. 利用流媒体技术传输音视频信号与利用传统技术传输音视频信号有何区别和联系？信号在发送端应作哪些特殊处理？ 4. 结合某种具体应用简述流媒体工作原理。
