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多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第1页 第1章 多媒体技术基础知识 本章概述 本章的学习目标 主要内容 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第2页 本章概述 l多媒体技术是20世纪80年代末期兴起并得到迅速发展的一 门技术。它结合了文字、图形、影像、动画、视讯、声音 、特殊效果，再经由计算机表现出来，它能用来达成信息 传播中的任何媒体资源。 l现在所说的“多媒体”，常常不是说多媒体信息本身，而主 要是指处理和应用它的一套技术，即“多媒体技术”。 l多媒体技术广泛应用于教育、宣传等领域，使原本枯燥无 味的播讲变成互动的双向信息交流，图文并茂给人以强烈 的视觉冲击，印象深刻，它不仅为人们勾画出一个多姿多 彩的视听世界，也使得人们的工作和生活方式发生了巨大 的改变。 l本章对多媒体的基本知识进行介绍。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第3页 本章的学习目标 l掌握媒体、多媒体、多媒体技术等基本概 念 l熟悉多媒体技术的基本特性 l熟悉多媒体系统的关键技术 l了解多媒体技术的发展历程 l了解多媒体技术的应用领域及分类 l了解多媒体计算机技术的发展趋势 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第4页 主要内容 l1.1 概述 l1.2 多媒体技术的发展及应用 l1.3 多媒体系统的关键技术 l1.4 本章小结 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第5页 1.1 概述 l随着多媒体技术的飞速发展和日益普及， 越来越多的领域涉及到其产品的开发和技 术应用。多媒体计算机技术的发展不仅对 计算机技术产生了巨大的影响，而且已经 并将更大地改变人们生活和工作的方式。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第6页 媒体的含义 l媒体一词源于英文Medium，其种类繁多。 在计算机领域中，媒体的含义有两种， 一种是指表示信息的载体，如文字、图形、图 像、声音、视频影像、动画等，这就是多媒体 计算机技术中所指的媒体； 一种是指存储信息的实体，如纸张、半导体存 储器、磁带、磁盘、光盘等。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第7页 媒体分类 l国际电话电报咨询委员会(CCITT)给出了比较通用的定义 ，将媒体分为5类： 感觉媒体(Perception Medium)指通过人的感觉器官能 直接感受的媒体，如听觉对声音的反应，视觉对图像 的反应。人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉能够从 这类媒体中直接获取信息。 表示媒体(Representation Medium)用于传播和表达 感觉媒体的中介媒体，是信息的表示和表现形式，如 各种信息的数字编码(文字的ASCII码，GB2313码，图 像的JPEG、MPEG码等)，通过表示媒体，可方便地表 示和传播各种信息。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第8页 显示媒体(Presentation Medium)是进行信息输入和输 出的一类媒体，它包含输入媒体(如鼠标、键盘、扫描 仪、摄像机、话筒等)和输出媒体(显示器、打印机、喇 叭、绘图仪等)两种。 存储媒体(Storage Medium)是存放表示媒体的物理实 体，如硬盘、光盘、软盘、U盘、闪存、录相带等。计 算机可以随时调用存储媒体上存放的信息进行加工处 理。 传输媒体(Transmission Medium)是用于通信传输的 信息载体，可将表示媒体从一个地方传送到另一个地 方。这类媒体主要包括各种导线、电缆、光缆、无线 传输介质及其它通信信道等。 媒体分类 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第9页 l表示媒体是信息的主要表现形式，它通常包含以 下六种媒体元素： 文字符号是一种文字符号最基本的表示媒体。它是计算机中信息 交流的主要方式之一，文字符号具有易处理，占用空间少，便于 存储、输入、输出等操作的特点。 矢量图形是用各种绘图工具绘制的由线、形、体、文字等图形元 素构成的图画，由一组指令描述，这些指令给出了构成图形的直 线、曲线、各种几何图形等图元的形状、位置、颜色等各种属性 和参数，矢量图也称为几何图。图形的最大优点是文件数据量小 ，易存储，在计算机中进行移动、缩放、旋转、扭曲等操作时不 会失真。 位图图像是由一组排列成行、列的点(像素点)构成的画面，这些 像素点记录了图像的颜色和亮度。 常见的表示媒体 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第10页 音频信息是指计算机所处理的声音信息。常见的声音 信息有语音、音效、音乐三种表现形式，在计算机中 ，各种声音均以数字化的形式保存和处理。 视频影像是一组连续的随时间而变化的画面，能以一 定的速率连续地播放，在屏幕上是真实活动的影像。 视频信息经过采集、压缩后以数字化的形式保存。 动画是用一系列连续的画面来表现运动和变化的技术 。当以一定的速度连续播放这些静止的画面时，即可 产生动画效果。计算机动画有二维动画(平面动画)和三 维动画(立体动画)两种。 常见的表示媒体 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第11页 媒体的分类 l计算机能处理的媒体信息从时效性上也可 分为两大类： 静态媒体是指没有时间维的媒体，即其播放速 度不会影响所含信息的再现，包括文字、图形 、图像。 时变媒体是指由媒体“量子”(如音频采样和视频 帧)组成的，具有隐含的时间维，播放速度影响 其所含信息的再现；因此，需要在一段特定的 时间里按特定的速度播放；如果播放速度得不 到满足，媒体信息的完整性就会受到影响，包 括声音、动画、活动影像。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第12页 l多媒体是指运用存储与再现技术得到的计算机中 的数字信息，也就是把文本、图形、声音、影像 等这些“单媒体”和计算机程序融合在一起，形成 的一种人机交互式的信息交流和传播媒体。 l一般认为，多媒体是能同时获取、处理、编辑、 存储、展示两个或两个以上不同类型的信息媒体 的技术，它为人类提供了巨大的方便，帮助人们 记忆巨大的文字信息、图像信息、声音信息并能 快速地提取为人类服务。 多媒体的含义 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第13页 1.1.2 多媒体技术的特征 l1.信息载体的多样性 计算机信息处理的方式不再是只能处理字符这种单一 信息模式图形、图像、音频信息、视频信息和动画等 多种媒体形式成为计算机综合处理及应用的主要形式 。这使人与计算机交流的方式变得多样化、形象化， 人们可以通过多种媒体形式与计算机交流信息。 l2.集成性 集成性包括两个方面的含义，即对多种媒体信息的集 成和对处理各种媒体设备的集成。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第14页 l3.交互性 l交互性是多媒体系统的一个重要特征，用户能 够通过操作计算机对系统的运行进行控制，使 人和计算机之间实现双向信息交流，计算机按 用户的指挥和控制提供有效信息。交互性分为 3个层次： 其一是低级交互 其二是中级交互 其三是高级交互 1.1.2 多媒体技术的特征 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第15页 l4.协同性 多媒体系统中的各种媒体有机地组合集成为一个整体 ，每一种媒体都有其自身规律，各种媒体之间必须有 机地配合才能协调一致。各媒体间有协调同步运行的 要求，如影像和配音、视频会议系统和可视电话等， 多种媒体之间的协调以及时间、空间的协调是多媒体 的关键技术之一。 l5.实时性 所谓实时性就是在人的感官系统允许的情况下，进行 多媒体交互，就好像面对面(Face To Face)一样，图 像和声音都是连续的。实时多媒体分布系统是把计算 机的交互性、通信的分布性和电视的真实性有机地结 合在一起。 1.1.2 多媒体技术的特征 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第16页 1.1.3 多媒体系统及其分类 l多媒体系统是指利用计算机技术和数字通 讯网技术来处理和控制多媒体信息的系统 ，是由多媒体终端设备、网络设备、服务 系统、多媒体软件及相关媒体数据组成的 有机整体。一般的多媒体系统主要由以下 四个部分的内容组成： 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第17页 多媒体系统的组成部分 l多媒体操作系统 多媒体操作系统也称为多媒体核心系统，具有实时任务调度、多 媒体数据转换和同步控制对多媒体设备的驱动和控制，图形用户 界面管理等。 l多媒体硬件系统 多媒体硬件系统包括计算机硬件、声音/视频处理器、多种媒体输 入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等。其中 ，最重要的是根据多媒体技术标准而研制生成的多媒体信息处理 芯片、光盘驱动器等。 l媒体处理系统工具 媒体处理系统工具或称为多媒体系统开发工具软件，是多媒体系 统重要组成部分。 l用户应用软件 根据多媒体系统终端用户要求而定制的应用软件或面向某一领域 的用户应用软件系统，它是面向大规模用户的系统产品。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第18页 多媒体系统的分类 l多媒体系统可以按功能或应用范围分类，分类情 况如下： l按功能分类 开发系统和播放系统 l按应用范围分类 信息管理咨询系统 教育培训系统 家庭多媒体系统 通讯系统 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第19页 1.1.4 流媒体的基础知识 l1流媒体 流媒体一词译自英文“Streaming Media”，它 是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在 Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待 的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支 持采用流式传输及播放的媒体格式。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第20页 流媒体传输方式的优点 l与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下 载边播放的流式传输方式具有以下优点： 启动延时速度都大幅度地缩短 用户不用等待所有内容下载到硬盘上才开始浏览。 由于Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输， 数据被分解为许多包进行传输，动态变化的网络使各 个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间 延迟也就不同。 流式传输的实现有特定的实时传输协议 流式传输的实现采用RTSP等实时传输协议，更加适合 动画、视音频在网上的流式实时传输。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第21页 2流媒体技术基础 l实现流式传输有两种方法： 实时流式传输(Real-time streaming transport) 顺序流式传输(progressive streaming transport)。 如为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用 实时流协议(RTSP)等，即为实时流式传输。 如使用超文本传输协议(HTTP)服务器，文件即通过顺 序流发送。采用哪种传输方法可以根据需要进行选择 。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第22页 3流媒体技术原理 l流式传输的实现需要合适的传输协议。 l在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP 来传输控制信息，而用实时传输协议/用户数据报 协议(RTP/UDP)来传输实时数据。流式传输的实 现需要缓存，使用缓存系统来消除时延和抖动的 影响，以保证数据包顺序正确，从而使媒体数据 能够连续输出。通常高速缓存所需容量并不大， 因为通过丢弃已经播放的内容可以重新利用空出 的空间来缓存后续尚未播放的内容。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第23页 流式传输的过程 l(1) 用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务 器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便需要传输的实 时数据从原始信息中检索出来。 l(2) Web浏览器启动音视频客户程序，使用HTTP从Web 服务器检索相关参数对音视频客户程序初始化，这些参数 可能包括目录信息、音视频数据的编码类型或与音视频检 索相关的服务器地址。 l(3) 音视频客户程序及音视频服务器运行实时流协议，以 交换音视频传输所需的控制信息，实时流协议提供执行播 放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。 l(4) 音视频服务器使用RTP/UDP协议将音视频数据传输给 音视频客户程序，一旦音视频数据抵达客户端，音视频客 户程序即可播放输出。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第24页 4流媒体系统结构 l一是编码工具，用于创建、捕捉和编辑多媒体 数据，形成流媒体格式； l二是流媒体数据； l三是服务器，存放和控制流媒体的数据； l四是网络，适合多媒体传输协议甚至实时传输 协议的网络； l五是播放器，供客户端浏览流媒体文件。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第25页 5流媒体传输协议 l流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要 较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式 传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输 控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据 。 实时传输协议RTP与RTCP 实时流协议RTSP 资源预订协议RSVP 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第26页 1.1.5 多媒体与流媒体的区别与联系 l概括来说，多媒体就是“多种”媒体结合在一起， 有图片、声音、文字、视频甚至交互的虚拟现实 功能。流媒体是指在线播放影音文件，一方面改 善客户感官性，一方面提高安全性，防止影音文 件被下载。 l多媒体包括流媒体，其中包括视频媒体，音频媒 体等。流媒体就是一种动态的视频采集技术，如 果放到网页上，“流”媒体是一边下载一边播放的 ，比如一部电影，不是流媒体的话，肯定要几百 兆全部下完，才能打开看。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第27页 1.1.5 多媒体与流媒体的区别与联系 l多媒体技术有三个显著特点： 集成性 实时性 交互性 l流媒体数据流也具有三个特点： 连续性(Continuous) 实时性(Real-time) 时序性，即其数据流具有严格的前后时序关系 。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第28页 1.1.5 多媒体与流媒体的区别与联系 l常见的流媒体的应用主要有： 视频点播(VOD) 视频广播 视频监视 视频会议 远程教学 交互式游戏 l总之，目前基于流媒体的应用非常多，发展非常 快。丰富的流媒体应用对用户有很强的吸引力， 在解决了制约流媒体的关键技术问题后，可以预 料，流媒体应用必然会成为未来网络的主流应用 。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第29页 主要内容 l1.1 概述 l1.2 多媒体技术的发展及应用 l1.3 多媒体系统的关键技术 l1.4 本章小结 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第30页 1.2 多媒体技术的发展历程及应用 l1.2.1 多媒体技术的发展历程 启蒙发展阶段 标准化阶段 蓬勃发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第31页 l多媒体技术的一些概念和方法，起源于20世纪60年代。 1965年，纳尔逊(Ted Nelson)为计算机上处理文本文件 提出了一种把文本中遇到的相关文本组织在一起的方法， 并为这种方法杜撰了一个词，称为“Hypertext”。 l1967年，Nicholas Negroponte在美国麻省理工学院 (MIT)组织体系结构机器组(Architecture Machine Group)。 l1969年，纳尔逊(Nelson)和万戴蒙(Van Dam)在布朗大学 (Brown)开发出超文本编辑器。 l1976年，美国麻省理工学院体系结构机器组向 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)提出多种媒体(Multiple Media)的建议。 1启蒙发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第32页 l多媒体计算机技术实现于20世纪80年代。 l1984年美国Apple公司研制的Macintosh计算机 首先引入了位映射处理图形的概念，使用了位图 (bitmap)、窗口(window)、图标(icon)等技术， 改变了原来计算机只能处理数值、符号的单一操 作模式，人机界面出现了图形交互方式，操作界 面得到了极大的改善。 l鼠标的使用和图形界面使人机交互变得简单、形 象和直观。 1启蒙发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第33页 l在多媒体技术发展的启蒙阶段，几家著名的公司对多媒体 系统的研发起到了较大的促进作用。 l1985年，美国Commodore公司率先推出了世界上第一台 多媒体计算机系统Amiga。 l1986年，世界上两家著名的大电器公司荷兰的Philips和 日本的Sony公司联合推出了交互式紧凑光盘系统CD- I(Compact Disk Interactive)，并给出了后来成为ISO国 际标准的CD-ROM光盘数据格式。 l1987年，美国无线电公司(RCA)研究中心推出了交互式数 字视频系统(DVI)，这是一项用只读光盘播放视频图像和 声音的技术。 l1989年美国Intel公司和IBM公司联合将DVI技术进行改进 ，发展成新一代的多媒体产品Action Media 750。 1启蒙发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第34页 2标准化阶段 l自20世纪90年代以来，多媒体技术逐渐成熟。应用领域不 断扩大，所涉及的学科、行业越来越多，特别是多媒体技 术走向产业化后，其产品的技术标准和实用化成为大家关 注的问题，产品规范化、标准化越来越受到人们的重视。 由于多媒体技术是一种综合性技术，它的实用化涉及到计 算机、电子、通信、影视等多个行业技术协作，其产品的 应用目标，既涉及研究人员也面向普通消费者，涉及各个 用户层次，因此标准化问题是多媒体技术实用化的关键。 在标准化阶段，研究部门和开发部门首先各自提出自己的 方案，然后经分析、测试、比较、综合，总结出最优、最 便于应用推广的标准，指导多媒体产品的研制。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第35页 （1）多媒体个人计算机的三级技术标准 l国际上，美国微软公司、商用机器公司、新加坡 创通公司、日本NEC公司和荷兰飞利浦等大型计 算机公司共同制定了统一的MPC标准：MPC-1、 MPC-2、MPC-3、MPC-4，其中MPC-4标准PC 的基本配置如表1-1所示。尽管这些标准现在已经 落后，但它满足了当时多媒体播放的基本要求。 2标准化阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第36页 MPC-4技术标准 项项目MPC-4软软件 处处理器CPU Intel Pentium/133 MHz Intel Pentium/200 MHz Windows 3.2 Windows NT Windows 95 单单用户户/多用 户户 内存16MB 磁盘盘30MB硬盘盘、1.44MB软盘软盘 光驱驱动驱驱动 器1016倍速 音效卡 16位数字音频频采样样44.1 kHz/48 kHz带带波 表 图图形加速显显 示卡 1204102416001900 24位/32位真彩色 视频视频 卡Modem卡、视频视频 采集卡等 显显示器38 cm43 cm 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第37页 l(2) 数字化图像压缩国际标准 目前多媒体计算机系统采用的是ISO和ITU联合 制定的数字化图像 压缩国际标准，具体有三个主要标准：其一是JPEG标准；其二是 MPEG标准；其三是H.26X标准。 l(3) 数字化音频压缩标准 音频信号是多媒体信息的重要组成部分。国际上制定了一系列的 语音压缩编码的标准。 ITU也制定了一系列压缩标准，主要有：其一是16Kb/s ITU语音 标准化方案G.278；其二是32Kb/s ITU标准化方案G.721；其三是 64Kb/s ITU制定了G.722标准。 l(4) 光盘存储系统的规格和数据格式标准 ISO对多媒体技术的核心设备光盘存储系统的规格和数据格式 发布了统一的标准， 特别是流行的CD-ROM、DVD和它们为基础的各种音频视频光盘 的各种性能都有统一规定。 2标准化阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第38页 3蓬勃发展阶段 l随着多媒体各种标准的制定和应用，极大地推动了多 媒体产业的发展，很多多媒体标准和实现方法(如 JPEG、MPEG等)已被做到芯片级，并作为成熟的商 品投入市场。主要的标志性事件如下： 一个代表是1997年1月美国Intel公司推出了具有MMX 技术的奔腾处理器(Pentium processor with MMX)， 使它成为多媒体计算机的一个标准。 另一代表是AC97杜比数字环绕音响的推出。 l随着网络电脑(Internet PC、NC)及新一代消费性电 子产品的崛起，强调应用于影像及通讯处理上最佳的 数字信号处理器(DSP)，经过另一番的结构包装，可 由软件驱动组态的方式，进入咨询及消费性的多媒体 处理器市场。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第39页 l目前，国际上流行的数字移动多媒体广播标准主要有3个 ：欧洲的DVB-Ht、美国的MediaFLO和韩国的T-DMB。 欧洲DVB项目组于2002年秋开始制订手持终端标准， 2004年2月完成，11月被E11SI接受并公布为DVB-H标准 。 l蓝牙技术的开发使用，更使多媒体技术无线电化。虚拟现 实(Virtual reality)技术正向各个应用领域开拓。 l在2010年第9届中国国际多媒体视讯高峰论坛暨产品展示 会上，与会专家学者分析了国际（国内）多媒体视频通信 市场的发展方向，比如三网融合、统一通信、1080P 高清 视频通信、远程呈现、固移融合全业务视频运营、视频通 信在物联网的应用等发展热点。 3蓬勃发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第40页 l总之，近年来多媒体基础技术的研究已经进入 稳定期，而针对多媒体应用技术的研究仍在持 续受到极大的关注。从对多媒体数据进行处理 的目标上来看，多媒体的研究正从以展现为重 点向展现、传输与理解并重发生着改变，相关 技术研究将持续活跃，多媒体技术正日益走向 成熟和完善。 3蓬勃发展阶段 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第41页 1.2.2 多媒体计算机技术的发展趋势 l多媒体计算机技术的发展趋势有四个方面 ： 集成化 智能化 嵌入化 网络化 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第42页 集成化 l在传统的计算机应用中，大多数都采用文本媒体，所以对 信息的表达仅限于“显示”。在未来的多媒体环境下，各种 媒体并存，视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉媒体信息的综 合与合成，就不能仅仅用“显示”完成媒体的表现了，必将 是呈集成化的趋势。 l各种媒体的时空安排和效应，相互之间的同步和合成效果 ，相互作用的解释和描述等都是表达信息。影视声响技术 广泛应用，使多媒 体的时空合成、同步效果，可视化、 可听化以及灵活的交互方法等是多媒体领域的发展方向。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第43页 智能化 l现在计算机的“智力”已经很高，将多媒体计算机系统本身 的多媒体性能提高，与此同时，将计算机芯片嵌入各种家 用电器中，开发智能化家电是一个发展前景。 l目前多媒体计算机硬件体系结构、软件不断改进，尤其是 采用了硬件体系结构设计和软件、算法相结合的方案，使 多媒体计算机的性能指标进一步提高，使多媒体终端设备 具有更高的智能化，对多媒体终端增加，如文字的识别和 输入、自然语言理解、机器人视觉和计算机视觉等智能。 l人工智能领域的研究和多媒体计算机技术的结合，是多媒 体技术的长远发展方向。将音视频特征识别、语义字义理 解技术以及知识工程中的学习、推理等人工智能成果应用 到智能多媒体技术中，发展基于内容检索技术的智能多媒 体数据库，是正在不断探索和发展的研究方向。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第44页 嵌入化 l嵌入式多媒体系统可应用在人们生活与工作的各个方面， 在工业控制和商业管理领域，此外，还在医疗类电子设备 、多媒体手机、掌上电脑、车载导航器、娱乐、军事方面 等领域有着巨大的应用前景。 l从目前的发展前景看可以把集成电路芯片分成两类： l一类是以多媒体和通信功能为主，融合CPU芯片的计算功 能，它的设计目标是用在多媒体专用设备，家电及宽带通 信设备，可以取代这些设备中的CPU及大量ASIC和其他 芯片。 l另一类是以通用CPU计算功能为主，融合多媒体和通信功 能，它们的设计目标是与现有的计算机系列兼容，同时具 有多媒体和通信功能，主要用在多媒体计算机中。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第45页 网络化 l计算机多媒体技术网络化可以描述成是一个决定性(关键)技术的集成 ，这些技术可以通过访问全球网络和设备实现对多媒体资源的使用。 多媒体计算机技术网络化的发展主要取决于通信技术的发展，随着网 络通信等技术的发展和相互融合，使多媒体技术进入生活、科技、生 产、企业管理、办公自动化、教育、医疗、交通、军事、文化娱乐、 测控等领域。 l现代信息技术渗透到了人们生活的方方面面，其中网络技术和多媒体 技术是促进信息世界全面实现的关键技术。蓝牙技术的开发应用，使 多媒体网络技术无线化、小型化。它可以将临近的数字终端组成一个 小网络，数字信息家电、无线局域网、新一代无线、互联网通信协议 与标准及综合原有的各种多媒体业务，将会使计算机多媒体技术无线 网络异军突起，可以肯定是未来发展的主题。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第46页 1.2.3 多媒体技术的应用 l多媒体技术应用的意义在于： 一是使计算机可以处理人类生活中最直接、最 普遍的信息，从而使得计算机应用领域及功能 得到了极大的扩展； 二是使计算机系统的人机交互界面和手段更加 友好和方便，非专业人员可以方便地使用和操 作计算机； 三是多媒体技术使音像技术、计算机技术和通 信技术三大信息处理技术紧密地结合起来，为 信息处理技术发展奠定了新的基石。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第47页 l目前多媒体技术已广泛应用于信息传播、商业广告、工业 生产、军事训练、职业培训、公共服务、旅游、家庭生活 和娱乐乃至包括教育、音乐、绘画等艺术领域在内的所有 的社会与生活领域，多媒体技术将使计算机朝着人类最理 想的使用方式发展，主要体现在： 网络多媒体教育 编著系统 信息展示查询 办公自动化 多媒体网络与通信 具有多媒体处理功能的医疗诊断系统 虚拟仿真 游戏和娱乐 1.2.3 多媒体技术的应用 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第48页 网络多媒体教育 l网络多媒体教育的形式越来越多样化。 l第一种是学校将文本、静态图像和教学资料提供给网络媒 体，通过网络传输给各地的学员，同时与其他有关教育网 络连接，由学生主动登陆查阅、理解。 l第二种是学员通过电子邮件、电子公告栏、网上练习、微 型博客视频影像等网络手段与教师进行双向互动交流，或 主讲教师将讲课视频录像和讲演稿同时发给网站或发给学 员，学员可以在线或下载进行学习。 l第三种是视频会议系统，通过视频会议系统进行双向或多 向同步互动交流，实现远程面对面的教学效果。 l第四种是交互电视已成为远程教育的新选择。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第49页 l多媒体化的教学资源越来越丰富，为教育 教学手段的改进提供了新的机会，产生了 很好的教学效果。 l第一种是电子虚拟实验 l第二种是多媒体化图书馆 l第三种是电子课件 l第四种是精品课程 网络多媒体教育 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第50页 l多媒体编著系统用计算机综合处理文字、 图形、影像、动画和音频等信息，使之在 不同的界面上流通，并具有传送、转换及 同步化功能。 l目前，市场上的多媒体编著系统主要应用 于以下两个领域：多媒体电子出版物和软 件出版。 编著系统 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第51页 l多媒体信息直观的表现形式，使其在商业服务、 信息咨询等方面有着广阔的应用空间。如各种商 品广告、产品演示及商贸交易等，用户通过计算 机终端或演示系统，可以随心所欲地查看了解商 品信息。多媒体技术与触摸屏技术结合的产品展 示和信息咨询系统，已广泛应用于交通、旅游、 宾馆、邮电、娱乐等公共场所，人们可以从触摸 屏找到自己所需信息。 信息展示查询 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第52页 办公自动化 l今天办公自动化的含义已不仅仅是计算机处理 文字了，先进的多媒体技术和数字影像技术， 将计算机、扫描仪、图文传真机、资料微缩系 统等现代化办公设备与网络通信综合管理起来 ，构成全新的自动化办公系统，为人们提供了 高效、便捷的工作条件。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第53页 l多媒体技术与网络通信技术结合，是20世纪90年 代迅速发展起来的多媒体通信是一项技术。 l由多媒体通信和分布式系统结合而产生的分布式 多媒体通信系统，可以完成对远程多媒体信息获 取、编辑、加工、处理和同步传输，向人们提供 了如远程教育、远程医疗诊断等新的信息服务形 式。将电话、电视、传真、音响等电子产品与计 算机、通信网络融为一体，完成对多媒体信息的 采集、压缩和解压、网络传输、音频播放和视频 显示，形成了新一代的家电产品，改变了人们传 统的教育和娱乐方式。 多媒体网络与通信 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第54页 l现代先进的医疗诊断技术以现代物理技术为基础，借 助于计算机技术，对医疗影像进行数字化和重建处理 ，计算机在成像过程中起着至关重要的作用。随着临 床要求的不断提高，以及多媒体技术的发展，出现了 新一代具有多媒体处理功能的医疗诊断系统。多媒体 医疗影像系统在诊断辅助信息、直观性和实时性等方 面都使传统诊断技术相形见绌。在医疗诊断中经常采 用的实时动态视频扫描、声影处理等技术都是多媒体 技术成功应用的例证。 多媒体数据库技术从根本上解决了医疗影像的另一关键问 题影像存储管理问题。多媒体和网络技术的应用使远 程医疗从理想变成了现实。 具有多媒体处理功能的医疗诊断系统 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第55页 l虚拟仿真是虚拟现实技术的重要应用。虚拟现实技术融 合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感 器技术等多个信息技术分支，是一门新兴的综合性技术 。 l虚拟仿真所生成的视觉环境是立体的、音效是立体的， 人机交互和谐友好，它所创造的环境让人有身临其境的 感受。 l虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛，如虚拟 现实技术战场环境，虚拟现实作战指挥模拟，虚拟现实 驾驶训练，飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造，虚拟 现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培训，虚拟实 验室、虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术等等。 虚拟仿真 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第56页 l多媒体技术中的三维动画、仿真模拟使计算机 游戏变得逼真、精彩，游戏软件的开发已成为 产业。 l近年来，DVD的普及使人们可以享受到高质量 、高清晰度的影视画面、更具震撼力的音响效 果。双向电影电视也逐渐进入寻常百姓家，新 的娱乐方式给人们业余生活带来全新的享受。 游戏和娱乐 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第57页 主要内容 l1.1 概述 l1.2 多媒体技术的发展及应用 l1.3 多媒体系统的关键技术 l1.4 本章小结 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第58页 1.3 多媒体系统的关键技术 l多媒体压缩和解压缩技术 l多媒体存储技术 l多媒体数据库技术 l多媒体网络通信技术 l多媒体同步技术 l多媒体虚拟现实技术 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第59页 1.3.1 多媒体压缩和解压缩技术 l要处理、传输、存储多媒体信息，必须对信息进 行压缩，所以数据的压缩和编码技术就成为多媒 体系统的关键问题。 l进行数据压缩，前提条件是多媒体系统的原始信 息中存在着大量的数据冗余现象，为数据压缩提 供了可能性。 l数据压缩是指按照一定的算法，将冗余的数据转 换成一种相对节省空间的数据表达格式，便于信 息的保存和传输，压缩后的信息必须通过解压缩 才能恢复。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第60页 数据的压缩处理 l数据的压缩处理实际包括数据的压缩和解压过程 ，压缩是编码过程，解压是解码过程。数据压缩 的方法很多，一般分为两大类： 一类是无损压缩，即压缩中数据不损失，解压时数据 能够完全还原。 另一类是有损压缩，允许有一定的失真度。进行数据 压缩，压缩比是一个关键的指标，它是指压缩前后数 据量的比值，在不引起失真的情况下，其比值较大为 好。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第61页 压缩算法和标准化工作 l多媒体系统常用的数据压缩算法 无损压缩有：哈夫曼编码、算数编码和行程编码等； 有损压缩有：预测编码、变换编码、子带编码、矢量 量化编码、混合编码和小波编码等。 l多媒体数据压缩的标准化工作 随着多媒体技术的飞速发展和日趋成熟而逐步展开。 久负盛名的是ISO/IECJTC1/SC29成立的两个专家组： 联合图象专家组(JPEG：jiont photo graphic experts group)和活动图象专家组(MPEG：moving picture experts group)，任务是负责制定多媒体技术的有关 标准。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第62页 1.3.2 多媒体存储技术 l多媒体音频、视频、图像等信息虽经过压缩处理，仍需相 当大的存储空间，传统的磁盘、磁带等存储介质已不能满 足多媒体信息存储的需要。显然，多媒体存储技术是多媒 体技术发展和应用的关键。 l目前，光盘存储器解决了多媒体信息存储空间的问题，光 盘具有存储容量大、读写速度快、保存时间长、价格便宜 等优点，是理想的多媒体信息存储介质。光存储技术及新 的存储标准是人们关注和研究的热点。它是一种用光学方 法读写数据的存储技术，基本原理是利用激光光束聚焦在 存储介质上，通过介质对光束反射强弱的反应来进行光学 读写，因此可以存储大量的数据。光盘目前主要有CD、 DVD和HD DVD。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第63页 CD-ROM光盘片 l不同的光盘片使用不同的特殊材料结构，CD- ROM光盘片主要由保护层、铝反射层、刻槽和聚 碳酸脂衬垫层4部分组成，如图1-1所示。 l图1-1 CD-ROM光盘结构 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第64页 光盘存储数据的原理 l利用光盘上压制的许多凹槽对激光束的反射来记 录信息，当激光束照射光盘凹槽时，在凹槽部分 的反射光强度要比平坦部分反射光的强度弱，利 用反射光强弱不同的简单原理来区分“1”和“0”。 用凹槽的前沿和后沿代表“1”，凹槽和非凹槽的长 度代表“0”，这种方法比直接用凹槽和平坦部分代 表“1”和“0”有效。 l这种光盘记录信息的方法，可以充分利用光盘的 表面积，使存储容量提高。光盘记录信息时，是 由里向外刻写数据的，其光道是由中心向外逐渐 展开的螺旋线，不是同心圆。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第65页 常用CD光存储器分类 l其一是CD-ROM(Compact Disc Read Only) CD-ROM是一种只读光盘存储器，它只能写一次，一般 在厂商生产时内容就已确定。它具有存储容量大、成本 低、保存时间长等特点，是软件及视频、音频等多媒体 信息储存的最佳载体。通常所提到的CD-ROM是CD- ROM盘片和CD-ROM驱动器的统称。 l其二是CD-R(Compact Disk Recordable) CD-R它包括CD-R刻录机和CD-R盘片；CD-R盘片允许 用户用光盘刻录机写入一次，写入后盘片上的信息就不 能再被改写或删除。 l其三是CD-RW(Compact Disk Rewritable) CD-RW包括CD-RW刻录机和CD-RW盘片。CD-RW盘 片可重复多次写入、擦除，可以进行信息的删改，可多 次刻录。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第66页 DVD l近年来发展起来的新型光存储介质DVD(Digital Video Disk)是数字视频光盘的英文缩写，可以保 存视频、音频数据和其它类型数据。 lDVD以MPEG-2为标准，一张单面单层的DVD光 盘储存容量达到4.7GB(大约可储存130分钟高压 缩比的影视节目，还包括六个数字杜比声音轨道) ，其容量不仅是CD-ROM(650MB)光盘的7倍左右 ，而且清晰完美的播放质量也是CD-ROM无法相 比的。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第67页 DVD的分类 lDVD问世以来，人们习惯于将DVD系列统称为 DVD，实际上DVD有很多类型，最为常见的有： DVD-ROM DVD-Video DVD-Audio DVD-R DVD+RW DVD-RAM l在上述DVD产品中，DVD-Video和DVD-Audio用 于影视娱乐方面，其他四种则应用于计算机领域 。 l对应不同类型的DVD盘片，用于播放或运行的设 备也分成两大类： 一类是家用电器设备(专用DVD播放机) 一类是计算机设备(DVD光驱) 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第68页 DVD的技术标准 l这也是生产商和用户共同关心的问题，以东芝、 松下集团为代表的一方和以索尼、飞利浦集团为 代表的另一方经过反复协商，于1996年达成了 DVD的标准并正式出台。对DVD的容量、视频、 音频等指标、技术参数作了专门规定，为DVD产 品的生产提供了可循的依据。 l2005年2月，我国信息产业部颁布了最新的高 密度激光视盘系统技术规范，简称EVD，成为 我国电子行业的推荐性标准，用于指导数字高清 音视频产品的芯片、软件和机芯等产业链开发， 统一盘片制作和播放机生产技术。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第69页 高清光盘HD DVD l高清光盘(High Definition DVD)是一种数字光储存 格式的蓝色光束光碟产品，现已发展成为高清DVD 标准之一，由HD DVD推广协会负责制定及开发。 lHD DVD与其竞争对手蓝光光碟(Blue-ray Disc)相 似，盘片均是和CD同样大小(直径为120毫米)的光 学数字储存媒介，使用405纳米波长的蓝光。 lHD DVD可分为四类： 只读的HD DVD-ROM，单次写入的HD DVD-R，多次写 入的HD DVD-RW和HD DVD-RAM。 HD DVD-ROM、HD DVD-R、HD DVD-RW 的单层容量 为15GB，双层为 30GB，HD DVD-RAM单层为20GB。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第70页 1.3.3 多媒体数据库技术 l用于管理多媒体信息的数据库称为多媒体 数据库，它是多媒体技术与数据库相结合 的产物。多媒体数据库要在较短的时间内 完成多媒体信息的检索、替换、增删、存 储和传输，从功能要求和体系结构上都与 传统的数据库有较大的差别，主要表现在 ： 多媒体数据库体系结构 多媒体数据的管理 基于内容的非精确匹配的数据库查询方式 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第71页 多媒体数据库体系结构 l多媒体数据库应能处理数据对象的各种表示方式 ，要能反映出各种媒体数据的特性和管理各种媒 体数据之间在空间或时间上的关联，以实现对多 种媒体的联合操作、合成处理、数据存取及查询 检索。 l目前，多媒体数据模型的研究还不很成熟，主要 采用扩展关系型数据模型、面向对象数据模型、 超媒体数据模型和融合型多媒体数据库模型针对 专门的应用进行结构设计。 l常见的多媒体数据库体系结构有协作型结构、集 中统一型结构、主从型结构和超媒体结构。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第72页 l其一，协作型结构：各种媒体单独建立数据库，每一种媒体的数据库 都有自己独立的数据库管理系统，但是他们可以通过相互通信进行协 调和执行相应的操作。 l其二，集中统一型结构：只存在一个单一的多媒体数据库和单一的多 媒体数据库管理系统。各种媒体被统一地建模，对这种媒体的管理与 操纵被集中到一个数据库管理系统中，各种用户的需求被统一到一个 多媒体用户接口上。 l其三，主从性结构：每一个媒体数据库都有自己的管理系统，称为从 数据库管理系统，它们各自管理自己的数据库。这些从数据库管理系 统又受一个称为主数据库管理系统的控制和管理。用户在主数据库管 理系统上使用多媒体数据库中的数据，是通过主数据库管理系统提供 的功能来实现的，目的数据的集成也由主数据库管理系统管理。 l其四，超媒体结构：强调对数据时空索引的组织。在这种结构的理论 下，世界上所有计算机中的信息和其他系统中的信息都应该连接在一 起，而且信息也要能够随意扩展和访问。 多媒体数据库体系结构 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第73页 多媒体数据的管理 l多媒体数据库管理系统在对数据处理上，除了应 具备传统数据库系统的基本功能，如数据的存储 管理、数据共享、事务处理以外，还应针对多媒 体信息的特点，支持一些特殊功能，如支持各种 多媒体数据类型，支持对各种媒体信息的语义查 询和检索，支持定长数据和非定长数据的集成管 理，支持分布式环境。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第74页 基于内容的非精确匹配的数据库查询方式 l由于多媒体数据库中包含大量的图像、声音、视 频等非格式化数据，对它们的查询和检索比较复 杂，往往需要根据媒体中表达的情节内容进行检 索，基于内容的检索就是对多媒体信息检索使用 的一种重要技术。这种检索改变了数据库的操作 形式。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第75页 1.3.4 多媒体网络通信技术 l多媒体网络通信技术的广泛应用对人类社会产生了重大影 响。 l它是多媒体技术、网络技术和现代通信技术的有机结合， 使计算机交互性、网络的分布性和多媒体信息的综合性融 为一体，为我们提供了全新的信息服务方式，如：多媒体 电子邮件、实时视频会议、计算机支持的协同工作，远程 教育和远程医疗等。理想的多媒体通信方式是人们可以在 任何地点、任何时间通过网络进行多种媒体信息的交流。 l多媒体网络通信涉及众多的技术领域。 l实现多媒体数据的远程传送，通信系统必须提供有力的支 撑。 多媒体技术及应用 第1章 多媒体技术基础知识第76页 1.3.5 多媒体同步技术 l同步是指在多媒体终端上显现的视频画面、声音和文字均 以同步方式工作。同步是多媒体系统中的一个关键性问题 ，特别是在远程通信中，多媒体同步技术显得更为重要。 l链路层同步 链路层同步处理的是媒体流内部以及多个媒体流之间的同步。 l表示层同步 在将不同表示媒体的对象复