多媒体技术及应用卷答案.doc

一、简述数字图像压缩的核心技术，并举例说明。（不少于3000字）多媒体信息的数据量巨大，如果不进行数据压缩，计算机系统几乎无法对它进行存储与传输，也无法在多媒体信息系统中处理。因此，数据压缩技术是多媒体技术中最重要的关键技术之一。图像压缩的目的就是把原来较大的图像用尽量少的字节表示和传输,并且要求复原图像有较好的质量。利用图像压缩,可以减轻图像存储和传输的负担,使图像在网络上实现快速传输和实时处理。数字图像的格式包括：BMP、GIF、JPG、PNG、PSD等。1. BMP，取自位图Bitmap的缩写，也称为DIB（与设备无关的位图）是微软视窗图形子系统（Graphics Device Interface）内部使用的一種位图图形格式，它是微软视窗平台上的一个简单的图形文件格式。图像通常保存的颜色深度有2（1位）、16（4位）、256（8位）、65536（16位）和1670万（24位）种颜色（其中位是表示每点所用的数据位）。8位图像可以是索引彩色图像外，也可以是灰阶图像。表示透明的alpha通道也可以保存在一个类似于灰阶图像的独立文件中。它通常不压缩。2. GIF，是一种位图图形文件格式，以8位色（即256种颜色）重现真彩色的图像。它实际上是一种压缩文档，采用LZW压缩算法进行编码，有效地减少了图像文件在网络上传输的时间。它是目前广泛应用于网络传输的图像格式之一。GIF主要分为两个版本，即GIF 87a和GIF 89a。GIF 87a：是在1987年制定的版本。GIF 89a：是在1989年制定的版本。在这个版本中，为GIF文档扩充了图形控制区块、备注、说明、应用程序接口等四个区块，并提供了对透明色和多帧动画的支持。3. PNG，是一种无损数据压缩位图图形文件格式。PNG格式是无损数据压缩的，允许使用类似于GIF格式的调色板技术，支持真彩色圖片，并具备阿尔法通道（半透明）等特性。現在有很多人使用PNG格式於互联网及其他方面上。4. JPEG是第一个被广泛接受的单色和彩色静止图像压缩标准，它的名字源于“Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)”，它是由ISO/和CCITT协同工作的机构，这个机构的工作成果是ISO的国际标准ISO/IEC10918-1（连续色调静止图像的数字压缩和编码，digital compression and coding of continuous tone still images）和ITU-T的建议T.81。JPEG标准草案于1991年公布，1992年正式批准为国际标准，以后这个工作组的进一步增强和扩展形成了ISO 10918-3和ITU-T建议T.81。5. PSD，是Photoshop软件的原始图像文件格式，包含所有的Photoshop处理信息，如图层、通道、路径，文本，渲染效果等。下面重点介绍JPG及JPG2000。JPEG，是一种采用预测编码(DPCM)、离散余弦变换(DCT)以及熵编码，以去除冗余的图像和彩色数据的有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。但是JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，也即可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且 JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10：1到40：1之间，压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。比如可以把137Mb的BMP位图文件压缩至203KB。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持24bit真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。JPEG的核心算法是DCT变换编码，其压缩性能基本反映了20世纪80年代末图像压缩的技术水平。但自从JPEG制定后的近10年，许多更有效的图像压缩技术已经得到发展，如小波变换方法、分形方法、区域划分方法等。其中，发展最成熟和性能及通用性最好的静止图像压缩方法是小波变换方法。正因如此，制定了第二代静止图像压缩标准，即JPEG2000，它的核心技术正是小波变换编码。其核心编解码器采用小波变换、算术编码及嵌入式分层组织，较以往的静止图像压缩标准复杂，它在同一个码流中实现了无损和有损压缩、分辨率和信噪比的累进性以及随机访问等优良特性。JPEG2000作为JPEG的升级版，其压缩率比JPEG高约30左右，同时支持有损和无损压缩。JPEG2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示。此外，JPEG2000还支持所谓的感兴趣区域 特性，可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部分先解压缩。JPEG2000和JPEG相比优势明显，且向下兼容，因此可取代传统的JPEG格式因而可以被更广泛的应用于互联网、彩色拷贝、打印、扫描、数字摄影、遥感、医学图像、数字图书馆、数字存档以及移动图像通信等领域。虽然jpeg有很多优点，但是其他的数据格式也有他们各自的优点。比如说如果要打印图像，特别是打印高质量的图像，TIFF格式是更为合适的选择。JPEG压缩技术可以说是所有图像压缩技术的基础。如MJPEG(Motion JPEG)就是在JPEG基础发展起来的动态图像压缩技术，它只单独的对某一帧进行压缩，而基本不考虑视频流中不同帧之间的变化。使得可获取清晰度很高的视频图像，而且可灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。其压缩后的画面还可任意剪接。但它的缺陷也非常明显，其一，丢帧现象严重、实时性差，在保证每路都必须是高清晰的前提下，很难完成实时压缩；其二，压缩效率低，存储占用空间较大。后来又出现了多层式JPEG（ML-JPEG）压缩技术，它采取渐层式技术，先传输低解析的图档，然后再补送更细节的压缩资料，使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样。但由于可以先看到画面，所以使用者会觉得这种方式较好。JPEG2000的优点：l JPEG2000对于以往的JPEG标准有一个很大的飞跃。之所以这样说，是因为它有许多原先的标准所不可比拟的优点。l JPEG2000能实现Loseless Compression（无损压缩）。在实际应用中，有一些重要的图像，如卫星遥感图像、医学图像、文物照片等，通常需要进行无损压缩。对图像进行无损编码的经典方法-预测法已经发展成熟，并且作为一个标准写入了JPEG2000中。l JPEG2000还有一个很好的优点就是Robustness to Bit Error（误差稳定性好）。因此，使用JPEG2000的系统稳定性好，运行平稳，抗干扰性好，易于操作。l JPEG2000能实现Progressive Transmission（渐进传输），这是JPEG200 0的一个极其重要的特征。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，以满足用户的需要。这在网络传输中有着重大的意义。近年来，世界上的网络用户飞速增长，中国的网络用户也快速增加，上网逐渐成为普通百姓日常生活中的一部分。但是，狭窄的带宽成为网络进一步发展的瓶颈。上网传输的速度很慢，下载一个文件要等待几分钟，而下载一个图片更不能让人忍受，往往半天才只传输了一小片图像。在大多数情况下，你需要在出现了整个图像之后，才能决定你是否需要这个图像。如果你干等了半天之后，发觉所传输的图像不是你想要的，那么，我们可以想像你的愤恨了。虽然我们能通过改进硬件和网络来提高带宽，但是这种改进毕竟有一个极限，而且需要一个很长的过程。有了JPEG2000后，这个问题就可以得到解决了。当你下载一个图片时，你马上可以看到这个图片的轮廓或这个图片的缩像，然后你就可决定是否下载它了。而且，在你决定下载的情况下，你也可以根据你的需要和带宽，决定你下载的图像质量的好坏，从而控制数据量的大小。l JPEG2000另一个极其重要的优点就是ROI（Region of Interest，即感兴趣区域）。你可以指定感兴趣区域，在这些区域，你可以在压缩时指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求。这给我们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域，采用低压缩比，而感兴趣区域之外采用高压缩比，在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是基于感兴趣区域的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区域的压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观需求，实现了交互式压缩。而接收方随着观察，常常会有新的要求，可能对新的区域感兴趣，也可能希望某一区域更清晰些。二、结合学习或工作实际，阐述多媒体技术的应用。（不少于4000字）(一) 多媒体的定义。“多媒体”一词译自英文“Multimedia”，而该词又是由multiple和media复合而成的。媒体（medium）原有两重含义，一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等，中文常译作媒质；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形等，中文译作媒介。所以与多媒体对应的一词是单媒体（Monomedia），从字面上看，多媒体就是由单媒体复合而成的啦。 多媒体技术从不同的角度有着不同的定义。比如有人定义“多媒体计算机是一组硬件和软件设备；结合了各种视觉和听觉媒体，能够产生令人印象深刻的视听效果。在视觉媒体上，包括图形、动画、图像和文字等媒体，在听觉媒体上,则包括语言、立体声响和音乐等媒体。用户可以从多媒体计算机同时接触到各种各样的媒体来源”。还有人定义多媒体是“传统的计算媒体-文字、图形、图像以及逻辑分析方法等与视频、音频以及为了知识创建和表达的交互式应用的结合体”。概括起来就是：多媒体技术，即是计算机交互式综合处理多媒体信息文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。简言之，多媒体技术就是具有集成性、实时性和交互性的计算机综合处理声文图信息的技术。多媒体在我国也有自己的定义，一般认为多媒体技术指的就是能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒介)上的信息进行处理的技术。 (二) 多媒体的关键技术。由于多媒体系统需要将不同的媒体数据表示成统一的结构码流，然后对其进行变换、重组和分析处理，以进行进一步的存储、传送、输出和交互控制。所以，多媒体的传统关键技术主要集中在以下四类中：数据压缩技术、大规模集成电路（VLSI）制造技术、大容量的光盘存储器（CD-ROM）、实时多任务操作系统。因为这些技术取得了突破性的进展，多媒体技术才得以迅速的发展，而成为像今天这样具有强大的处理声音、文字、图像等媒体信息的能力的高科技技术。但说到当前要用于互联网络的多媒体关键技术，有些专家却认为可以按层次分为媒体处 理与编码技术、多媒体系统技术、多媒体信息组织与管理技术、多媒体通信网络技术、多媒 体人机接口与虚拟现实技术，以及多媒体应用技术这六个方面。而且还应该包括多媒体同步 技术、多媒体操作系统技术、多媒体中间件技术、多媒体交换技术、多媒体数据库技术、超 媒体技术、基于内容检索技术、多媒体通信中的QoS管理技术、多媒体会议系统技术、多媒 体视频点播与交互电视技术、虚拟实景空间技术等等。(三) 一般的多媒体系统由如下四个部分的内容组成。多媒体硬件系统、多媒体操作系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。l 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和板卡、光盘驱动器等。 l 多媒体操作系统：或称为多媒体核心系统（Multimedia kernel system），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，以及图形用户界面管理等。 l 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。(四) 多媒体技术有以下几个主要特点：l 集成性 能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。l 控制性 多媒体技术是以计算机为中心，综合处理和控制多媒体信息，并按人的要求以多种媒体形式表现出来，同时作用于人的多种感官。 l 交互性 交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。l 非线性 多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接（Hyper Text Link）的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。l 实时性 当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。l 信息使用的方便性 用户可以按照自己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。l 信息结构的动态性 “多媒体是一部永远读不完的书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链。(五) 多媒体技术应用。多媒体课件在现代教学技术与学科教学中的作用越来越引起重视，应用也日趋广泛。通过图片、文字动画、影视、声音等多种媒体的有机组合，可取得良好的教学效果。因此，它的设计和制作也越来越成为广大教师应掌握的一门技术。1. 多媒体技术在课件制作中的应用。在所运用的制作软件工具中，Authorware以操作平台的可视性和交互性强，逻辑结构清晰等优点备受广大教师的青睐。（1） 课件制作的前期准备 首先要确定课件的风格，编写尽量详细的脚本，然后收集所需要的文字、动画、声音等素材。而收集素材是制作流程中的一个非常重要的环节，素材准备不充分，会延长软件制作周期，打破原有的一系列计划。 在收集素材时要注意Authorware支持的文件格式。Authorware支持的文本格式有普通文本格式(txt )和丰富文本格式(rtf )，对RTF文件可以保持原来的编排格式。Authorware支持的图片格式有:BMP, CIF, MF, Photoshop3. 0等，支持的数字化电影类型包括:Director, AVI, QuickTime for windows, FLC和MPEG等，能使用扩展名为WAV,AIFF,MP3,SWA等格式的声音文件。 另外还要注意Authorware的兼容Authorware4. 0支持3. 5版本的.a3w文件，但是不支持3. 0以及更早版本的Authorware 二所制作的多媒体文件，目前最新的版本是Authonvare7. 0，兼容以前版本。 （2） 正确设置显示界面的大小 课件制作的第一步要确定显示界面的大小，而Authorware默认的标准界面是640 x 480 .如果使用Resizewindow函数对运行窗口进行初始化设置就不能超出这个范围。因为现在电脑的显示分辨率绝大多数是800 x 600或1 024 x 768.那样会使图像不能全屏显示或居中，正确的方法是:先执行菜单栏中的“修改”一“文件”、“属性”，在对话框中把显示窗口大小设为800 x 600或1 024 x 768 ,然后再重设Resizewindow函数中的参数。 （3） 制作个性化按钮的技巧 在课件中常常用一些按钮来控制其中的交互方式，虽然可以用Authorware自带的按钮工具来制作，但是制作出来的按钮效果单一，缺乏变化，这时我们可以用Photoshop, Ulead hotoImpact ,. Ulead Cool3 D等专业软件来制作特殊效果的按钮，能使课件增色不少。方法是:先用它们生成BMP文件，然后执行菜单中的“窗口”、“按钮”命令，弹出“按钮”库对话框，单击左下方的“添加”按钮、则出现“按钮编辑”对话框，其右下方有两个“导人”键，单击上面一个，出现“导入哪个文件?”对话框，从里面选择自己制作的按钮;点下面一个“导人”可输人WAV文件，作为当按钮被按下以后播放的伴音。 （4） 课件的“瘦身”技巧 Authorware虽然是一个优秀的多媒体课件制作软件，但是它的一个最大的缺陷是课件所占的磁盘空间特别大.这就造成了计算机资源的短缺、声音影片不同步、播放不流畅、上传速度慢等问题。为解决这一问题，我们采用下面的方法和技巧。对于wav的声音文件用mp3工具转换为。p3格式，然后利用插件ActiveX或mp3player. u32播放，可大大减少空间;对于多媒体课件的背景音乐，可以采用midi文件代替wav文件，这样不但音乐优美动听，而且也节约了空间;还可以通过Authorware菜单栏的“Xtras*其他转WAV到TWA来转换使用。另外，除对语言要求较高的课件(如音乐、外语、语音)外，可尽量把声音转化为单声道，以节省空间。 对于动画和视频文件，为节约空间，可以将诸如。vi, mov, flc, fli, dat等格式转化为mpg格式，因为mpg格式文件压缩率是最高的，并且Authorware支持。但要注意的是，运行时需要安装XingMPEG驱动程序才能正常播放。对于一些简单的动画，建议制作成gif格式，因为这类格式的动画所占的空间也很小。2. 多媒体技术在教育教学中的应用。教学内容是教学过程中传递的教学信息，是学生获取知识、培养技能、发展能力的源泉，多媒体技术的发展使教学内容产生变化，一方面多媒体技术成为教学内容的一部分，成为教师教学和学生学习必须掌握的现代化认知工具；另一方面，教学内容适应着多媒体技术的变化，教学内容随着多媒体技术的发展，外在形式和内在结构都产生了相应的变化，对教学内容的外在形式和内在结构都起到了一个促进的作用。l 教学内容外在形式的变化传统的文字教材中，教学内容主要是描述性的文字和补充说明性的图形、图表，不能用声音、图像动画一体化的表现教学内容。近年来，随着教育现代化的开展，能用录音、录像教材来辅助文字教材进行教学。可是多媒体技术的信息符号有文本、图形、图表、图像、音频、视频、动画；有静止的和运动的；分散的、合成的；视觉的、听觉的，这些媒体信息形式通过计算机的集成处理形成了一种多媒体信息形态的结合体，这样的媒体信息表现形式的性就体现出来了，对于抽象的、概括的概念，原理用文字描述，也可以用动画模拟现实过程；对于事实性知识用声像去揭示等等。而且多媒体技术存储信息量大，任何教学内容都可以用最有效的方式来表现，甚至同一教学内容用多种信息形式来表现，克服了其它媒体单一表现及难以协同表现的弊端，因而易读性强。笔者在切实的教学过程中，运用 Flash 多媒体创作工具，创作了应用题的解决方案，把相遇、追及等问题都运用动画的形式表现出来，实现了解决应用题的直观性和具体性。l 教学内容的内在结构的变化教学内容的内在结构就是学科知识结构组织设计。知识结构是学科知识间的逻辑关系，是学科内含智力因素的信息源泉，传统的教材及其辅助材料都是以线性结构来组织学科知识结构，是以“教”为主，学生对教师依靠性很大，是一种教授材料。多媒体技术采用了非线性结构，可以促使学生在已有的知识结构向新知识结构有效迁移。有利于学生进行扩散思维，联想原有的知识，获得新知识。多媒体的非线性结构为学生提供了一种动态的、开放的结构化认知形式，即包括了学科的基本内容，又包