zyf多媒体技术发展现状及问题初探.doc

多媒体的研究和应用现状zyf近年来，多媒体技术得到迅速发展，多媒体系统的应用更以极强的渗透力进入人类生活的各个领域，如游戏、教育、档案、图书、娱乐、艺术、股票债券、金融交易、建筑设计、家庭、通讯等等。一、多媒体概述多媒体技术是计算机技术发展和社会需求相结合的产物。自计算机问世到80年代末期的40余年中，计算机所显示和处理的主要信息是文字这对某些工作(例如文字处理)是很适宜的，而对另一些工作(例如模仿人的大脑功能，智能地同时处理多种其它信息等)则不尽人意。尽管困难重重，但人们一直也没有放弃这方面的努力。例如，在开发具有类似人脑功能的智能计算机方面就曾几度掀起高潮。80年代初，日本宣布了其第五代智能计算机的研究开发计划，此项计划在全世界范围内推动了研究智能计算机的热潮。但是，经过近lo年的艰苦探索，人们发现在现有条件下要制造出真正的智能计算机差距尚远，除众多技术难关有待克服外，更重要的是人类对自身大脑和思维的理解还远未达到能够用计算机进行真实模拟的程度而且这些研究工作绝非一朝一夕所能完成。另一方面，计算机的应用已经普及到社会的各个领域使用计算机的人也由最初的专业人员转向各个行业的普通人，人-机界面问题的重要性日益突出：单调的交互方式和文字显示不但难以胜任需要显示声音、图形和动态画面的场合，而且也结使用者造成很大的困难。例如，假如有一项教育程序需要用计算机向人们描述心脏的工作过程和原理，如果仅以文字来说明心脏的形状、房室的构成、血液如何从这一部分流向另一部分以及心肌有规律地间隔跳动等情形，其难度可想而知。即使是有精心安排的冗长解释，听者对心脏的了解仍不很清楚。心脏功能利用多媒体技术处理起来就完全不同了：它不但可以保留文字说明的全部优点，还可以利用心脏的图形，甚至是心脏跳动的实际活动录像画面来充分说明，由此使人们能更清晰地了解心脏的工作过程。良好的人-机界面大大降低了非专业人员使用计算机的难度，从而能充分发挥计算机的存储和计算优势。无论是取得了巨大商业成功的 图形用户界面(如M1crosnft公司的Window s3x和windo w s95)，还是反响平平的所谓社会界面(如同是M血osoft公司的90b)，都充分体现了人们这方面的不懈努力和成就。多媒体计算技术是这种努力的继续和发展，其最终日的是实现人与计算机的自然交流，使计算机更好地为人服务。二、多媒体发展的技术背景要能够处理和传输数据、文字、影像等媒体，就要求多媒体计算机具有速度快、存储存量大、能进行文字处理等特点，半导体、计算机、通信、网络、视频和家用电器等相关领域的技术发展，为多媒体技术的兴起提供了必要的技术基础。在80年代初就已产品化的、能播放高质量数字音频系统，经扩充和标准化后成为可供计算机使用的低成本、大容量只读存储器，它与大容量使盘和数据压缩技术结合，初步解决了语音、图像和视频信息的存储问题3D网络技术的广泛应用使多种信息的共享和远程传的成为可能。技术的发展有效地推动了数字视频压缩算法和视频处理器结构的改进，早期的单色文本图形显示系统早巳为色彩丰富、高清晰度的显示系统所代替。先进的视频处理系统可以在伴有高保真音响的条件下显示全屏幕、全运动的视频图像和高清晰真彩色静态图像，还可实施各种视频特技，实时创作具有高度真实感的三维图形和动画。多功能图像采集和处理系统、高分辨率或超高分辨率的图像合成和显示系统相继推出；新-代的人机接口工具，加触模屏、三维鼠标、无线迟控键盘、立体显示头盔和数据手套等不断涌现。在自然语言理解、语音合成和识别方面也有很大的进展，汉字手写体识别、带语感的语音合成和特定人的语音识别已初步进入实用阶段，非特定人酌语音识别正逐步走出实验室迈向市场。这些新技术的开发不断为人们提供更方便、快速的人-机界面工具。作为多媒体计算机心脏的CPU更是高速发展的焦点。所有这一切为多媒体计算技术的高速发展提供了坚实的技术保障。多媒体技术的出现改变了当前计算机的体系结构大大拓宽了计算机的应用范围。普通的计算机系统可以处理文字、数据和简单图形等信息，而多媒体计算机除处理以上类型的信息外，还要综合处理图伤、动画、音频、视频等信息。因此，多媒体计算机在信息存储、传输和管理方式上和一般计算机有很大的区别：多媒体计算机不仅需要大容量信息存储装置，而且需要对信息进行压缩处理。例如，彩色电视信号一般是每秒25帧(PAL制式)或30帧(NTsc制式)如果不经压缩，一个1GB的光盘(或硬盘)只能存储约1分钟的电视信号数据，语音和图像肋处理也不例外。由于数据量巨大必须进行压缩处理。原有的计算机体系结构无法适应这些实时压缩和处理的要求。因此，多媒体对整个计算机科学技术的发展也将起到极大的推动作用。三、多媒体技术的特点多样性信息载体的多样性是多媒体的主要特征，也是多媒体研究需要解决的关键问题。信息载体的多样化是相对计算机而言的，指的是信息媒体的多样化。把计算机所能处理的信息空间范围扩展和放大，而不局限于数值、文本或图形和图像，是使计算机变得更加人类化所必须的条件。人类对于信息的接收和产生主要有：视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉，其中前三种占了95%的信息量。借助于这些多感觉形式的信息交流，人类对于信息的处理可以说是得心应手。然而计算机以及与之相类似的设备都远远没有达到人类的水平，在信息交互方面与人的感官空间就相差更远。多媒体就是要把机器处理的信息多维化，通过信息的捕获、处理与展现，使之交互过程中具有更加广阔和自由的空间，满足人类感官全方位的多媒体信息需求。 交互性多媒体的第二个关键特性是交互性。它向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段和方法，同时也为应用开辟了更加广阔的领域。交互可做到自由地控制和干预信息的处理，增加对信息的注意力和理解，延长信息的保留时间。当交互性引入时，活动本身作为一种媒体介入了信息转变为知识的过程。如在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面都取得了巨大的成功。媒体信息的简单检索与显示，是多媒体的初级交互应用；通过交互特性使用户介入到信息的活动过程中，达到了交互应用的中级水平；当用户完全进入到一个与信息环境一体化的虚拟信息空间自由遨游时，这才是交互应用的高级阶段，这有待于虚拟现实技术的进一步研究和发展。集成性多媒体的集成性应该说是一次飞跃。早期多媒体中的各项技术和产品是由不同厂商根据不同的方法和环境开发研制出来的，基本上只能单一、零散和孤立地被使用，在能力和性能上很难满足用户日益增强的信息处理需求。存在着各自独立的发展不能满足应用的需要；信息空间的不完整，开发工具的不协作性；信息交互的单调性等等问题，严重地制约着多媒体系统的全面发展。因此，多媒体的集成性主要表现在两个方面：多媒体信息的集成和操作这些媒体信息的工具和设备的集成。对于前者，各种信息媒体应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，以便媒体的充分共享和操作使用是非常重要的。多媒体的各种处理工具和设备集成，强调了与多媒体相关的各种硬件的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，目的是提高多媒体软件的生产力。 四、多媒体技术的应用多媒体技术为计算机的应用开拓了更广阔的领域，不仅涉及到计算机的各个应用领域，也涉及到通信、传播、出版、商业广告及购物、文化娱乐、工程设计等各种领域或行业。多媒体在各行各业领域中的应用又推动了多媒体技术与产品的发展，开创了多媒体技术发展的新时代。各种计算机应用软件都竞相加入多媒体元素，多媒体节目也渗入到各行各业中，并进入到人们的家庭生活和娱乐中。办公室自动化多媒体技术的出现为办公室增加了控制信息的能力和充分表达思想的机会，许多应用程序都是为提高办公人员的工作效率而设计的，从而产生了许多新型的办公自动化系统。由于采用了先进的数字影像和多媒体计算机技术，把文件扫描仪、图文传真机、文件资料微缩系统等和通信网络等现代化办公设备综合管理起来，将构成全新的办公自动化系统，已成为新的发展方向。 电子出版物电子出版物是指以数字代码方式将图、文、声、像等信息存储在磁、光、电介质上，通过计算机或类似设备阅读使用，并可复制发行的大众传播媒体。电子出版物的内容可分为电子图书、手册、文档、报刊杂志、教育培训、娱乐游戏、宣传广告、信息咨询、简报等，许多作品是多种类型的组合。多媒体电子出版物是计算机多媒体技术与文化、文艺、教育等多种学科相结合的产物，这将是今后数年内影响最大的新一代信息技术之一。多媒体通信随着信息高速公路的开通，电子邮件已被普遍采用。而包括声、文、图在内的多媒体邮件更受到用户的普遍欢迎，在此基础上发展起来的可视电话、视频会议系统将为人类提供更全新的服务。多媒体通信有着极其广泛的内容，信息点播(Information Demand)和计算机协同工作(CSCW：Computer Supported Cooperative Work)系统对人类生活、学习和工作将产生深刻的影响。信息点播有桌上多媒体通信系统和交互电视ITV。通过桌上多媒体信息系统，人们可以远距离点播所需信息，如电子图书馆、多媒体数据库的检索与查询等。交互式电视可以提供许多信息服务，如交互式教育、交互式游戏，数字多媒体图书、电视购物、电视电话等，从而将计算机网络与信息家庭生活、娱乐、商业购物等各种应用紧密地结合在一起。 CSCW系统是指在计算机支持的环境中，一个群体协同工作以完成一项共同的任务，其应用相当广泛，如从科学研究应用，即不同地域位置的同行们共同探讨、学术交流，到师生进行协同式学习。在协同学习环境中，教师与学生之间，学生与学生之间可在共享的窗口中同步讨论，修改同一媒体文档，还可以利用信箱进行异步修改、浏览等。教育与培训以多媒体计算机为核心的现代教育技术使教学手段和方法丰富多彩，使计算机教学如虎添翼。多媒体教学不仅使学生获得生动的学习环境，而且使教师拥有高水平、高质量的教学环境。正是因为多媒体教育对于促进教学思想、教学内容和教学手段的改革，实现多元化、主体化和社会化，全面提高教学质量有着重大的意义，多媒体教育产品广泛用于初、中级基础教育，高等教育及职业培训等方面。不难看出，多媒体技术在人类工作、学习、信息服务、娱乐、家庭生活及艺术创作等各个领域都表现出非凡的能力，并在不断开拓新的应用领域。五、多媒体研究的主要问题多媒体与数据压缩多媒体信息，特别是声音、图像和动态视频，数据量非常大。例如：一幅640 x 480分辨率的24位真彩色图像的数据量约为900KBl一个100MD的硬盘只能存储约100幅静止图像画面。北美NT5c电视标准的帧速率为30帧秒，视频信号的传输牢约为264M bps，远远高于计算机的数据传输速率。对于音频信号，激光唱盘(cD-DA)的采样频率为441kHz量化位数为16位，双通道立体声EI00MB硬盘仅能存储约10分钟录音。显然，这样大的数据量不仅超出了计算机的存储和处理能力，更是当前通信信道的传输速率所不及的。为了存储、处理和传稿这些数据，必须进行有效的压缩，因此，数据压缩对于多媒体技术的发展和应用是十分关键的。多媒体信息的展现与交互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。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时所必须考虑的问题。有关信息的这种表达问题统称为展现。尽管影视声响技术广泛应用，但多媒体的时空合成、同步效果，可视化、可听化以及灵活的交互方法等仍是多媒体领域需要研究和解决的棘手问题。多媒体通信与分布处理多媒体通信对多媒体产业的发展、普及和应用有着举足轻重的作用，构成了整个产业发展的关键和瓶颈。在现行使用的通信网络中，如电话网、广播电视网和计算机网络，其传输性能都不能很好地满足多媒体数据数字化通信的需求。从某些意义上讲，现行的数据通信设施和能力严重地制约着多媒体信息产业的发展，因而，多媒体通信一直作为整个产