计算机科学技术导论（第二版）.ppt

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1、JSJDL 第第6章章 计算机常用软件介绍计算机常用软件介绍 多媒体技术是一门迅速发展的新兴技术，许多概念还在扩充、深入和更新。多媒体技术是一门迅速发展的新兴技术，许多概念还在扩充、深入和更新。本章从基本内容出发，介绍多媒体技术的基本概念，包括媒体、多媒体、文本与本章从基本内容出发，介绍多媒体技术的基本概念，包括媒体、多媒体、文本与超媒体等诸多概念；重点介绍多媒体技术中的音频技术、数字图像、数字视频、超媒体等诸多概念；重点介绍多媒体技术中的音频技术、数字图像、数字视频、多媒体数据压缩等各种技术的特点；文件类型、格式等；多媒体创作工具及其应用。多媒体数据压缩等各种技术的特点；文件类型、格式等；多

2、媒体创作工具及其应用。通过本章的学习，读者除了要全面掌握多媒体的相关概念之外，还应对多媒体的重点通过本章的学习，读者除了要全面掌握多媒体的相关概念之外，还应对多媒体的重点技术有所了解，并且还应会使用相关的多媒体制作工具软件。在后继课程的学习中技术有所了解，并且还应会使用相关的多媒体制作工具软件。在后继课程的学习中还要加深相关知识的学习。还要加深相关知识的学习。JSJDL6.1 多媒体的概念多媒体的概念v多媒体技术是近几年计算机与信息技术的应用领域，多媒体已成为一个流行的名词。许多人都十分关心多媒体技术的功能和发展，特别是注意到其市场潜力。但什么是多媒体？什么是多媒体技术？至今尚无人清楚地下一个

3、非常准确、权威的定义，这也正反映了它日新月异的发展速度。由于多媒体的内涵太宽，应用领域太广，故其定义和界定范围理解只好“仁者见仁，智者见智”。许多热衷于多媒体技术的人士将“文字、图像、声音以及多种不同形式的表达方式涵盖为多媒体”。应该说，多媒体表现信息的多样性，早已有之。媒体原有两重含义：一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带等；二是指传统信息的载体，如数字、文字、声音、图像等，故媒体是指人们日常所接触的信息的表示或传播的载体。英文medium一词为介质、中间之意，可理解为人与人赖以沟通的中介物。其表现形式为文字、图像、图形、动画、声音和影像等，并直接作用于人们的感官。而多媒体译自英文“mu

4、ltimedia”，该词由multiple和media复合而成，对应词是单媒体“monomedia”，因此从字面上看，多媒体是由单媒体复合而成。人们将文本、音频、视频、图形、图像、动画的综合体称为“多媒体”。JSJDL6.1.1 什么叫媒体什么叫媒体v上面已经提到媒体是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图像等都是媒体，它们向人们传递各种信息。在计算机领域，几种主要媒体的定义如下。v（1）感觉媒体：感觉媒体直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉。例如，人类的各种语音、音乐、自然界的各种声音、图形、静止或运动的图像，计算机系统中的文件、数据和文字等。v（2）表示媒体：表示媒体是指各种编码，

5、如语音编码、文本编码、图像编码等。这是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地进行研究、构造出来的一类媒体。v（3）表现媒体：表现媒体是感觉媒体与计算机之间的界面，如键盘、摄像机、光笔、话筒、显示器、喇叭、打印机等。v（4）存储媒体：存储媒体用于存放表示媒体，即存放感觉媒体数字化后的代码。存放代码的存储媒体有软盘、硬盘和CDROM等。v（5）传输媒体：传输媒体是用来将媒体从一处传到另一处的物理载体，如双纹线、同轴电缆、光纤等。JSJDL6.1.2 多媒体的基本概念多媒体的基本概念v所谓“多媒体”（Multimedia）可简单地理解为：一种以交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体信息，经过

6、计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理后，以单独或合成的形态表现出来的技术和方法。特别是，它将图形、图像和声音结合起来表达客观事物，在方式上非常生动、直观、易被人接受。v人们熟悉的报纸、杂志、电影、电视、广播等，都是以它们各自的媒体进行传播。有些是以文字作为媒体，有些是以声音作为媒体，有些是以图像作为媒体，有些是以图、文、声、像作为媒体。以电视为例，虽然它也是以图、文、声、像作为媒体，但它与多媒体系统存在明显的区别：第一，用电视观赏的全过程均是被动的，而多媒体系统为用户提供了交互特性，极大地调动了人的积极性和主动性。第二，人们过去熟悉的图、文、声、像等媒体几乎都是以模拟量进行存储和传播的

7、，而多媒体是以数字量的形式进行存储和传播的。JSJDL6.1.2 多媒体的基本概念多媒体的基本概念v多媒体具有多样化、交互性和集成性3个关键特性。多样化指的是信息媒体的多样化；交互性是指提供人们多种交互控制能力；集成性指的是不同媒体信息、不同视听设备及软、硬件的有机结合。多媒体以其丰富多彩的表现形式、高超的交互能力、高度的集成性、灵活多变的适应性得到了广泛的应用，并形成了新的行业。JSJDL6.1.2 多媒体的基本概念多媒体的基本概念v多媒体技术具有以下一些特征：v（1）集成性。多媒体技术的集成性是指将多种媒体有机地组织在一起，共同表达一个完整的多媒体信息，使声、文、图、像一体化。v（2）交互

8、性。交互性是指人和计算机能“对话”，以便进行人工干预控制。交互性是多媒体技术的关键特征。v（3）数字化。数字化是指多媒体中的各个单媒体都是以数字形式存放在计算机中。v（4）实时性。多媒体技术是多种媒体集成的技术，在这些媒体中，有些媒体（如声音和图像）是与时间密切相关的，这就决定了多媒体技术必须要支持实时处理。v多媒体技术是基于计算机技术的综合技术，它包括数字信号处理技术、音频和视频技术，计算机硬件和软件技术、人工智能和模式识别技术、通信和图像技术等。它是正在处于发展过程中的一门跨学科的综合性高新技术。JSJDL6.1.3 多媒体多媒体计算机系算机系统的的层次次结构构v多媒体系统由多媒体硬件和软

9、件系统组成。硬软件功能的划分及界面的确定正是计算机体系结构研究的内容之一。硬件具有原子性质，软件具有信息性质；硬件、软件在逻辑功能上具有等效性，在发展上具有同步性。多媒体系统的层次结构如图6.1所示。多多媒媒体体外外围围设备设备多多媒媒体体计计算算 机机硬硬件件系系统统多多媒媒体体核核心心系系统统软软件件（驱驱动动操操作作系系统统程程序序)媒媒体体平平作作制制台台与与工工具具创创作、作、编编辑辑软软件件应应用用系系统统平平行行运运台台JSJDL6.1.3 多媒体多媒体计算机系算机系统的的层次次结构构v第一层 多媒体外围设备，包括各种媒体、视听输入/输出设备及网络。v第二层 多媒体计算机硬件主要

10、配置与各种外部设备的控制接口卡，其中包括多媒体实时压缩和解压缩专用的电路卡。v第三层 多媒体驱动程序、操作系统。该层软件为系统核心软件，除了驱动、控制硬件设备外，还要提供输入输出控制界面程序，即I/O接口程序。而操作系统则提供对多媒体计算机的硬件、软件控制与管理。v第四层 媒体制作平台和媒体制作工具软件，支持应用开发人员创作多媒体应用软件。设计者利用该层提供的接口和工具采集、制作媒体数据。常用的有图像设计与编辑系统，二维、三维动画制作系统，声音采集与编辑系统等。JSJDL6.1.3 多媒体多媒体计算机系算机系统的的层次次结构构v第五层 多媒体编辑与创作系统。该层是多媒体应用系统编辑制作的环境，

11、根据所用工具的类型，有的是基于脚本语言及解释系统，有的是基于图标导向的编辑系统，有的是基于时间编辑导向的系统。通常除编辑功能外，不具有控制外设播放多媒体的功能。设计者可以利用这层的开发工具和编辑系统来创作各种教育、娱乐、商业等应用的多媒体节目。v第六层 多媒体应用系统的运行平台，即多媒体播放系统。该层可以在计算机上播放硬盘上的节目，也可以单独播放多媒体的产品，如消费性电子产品中的CD-I等。多媒体应用系统放到存储介质中，如光盘，就可以成为多媒体产品，并可作为商品销售。v以上六层中，一、二层构成多媒体硬件系统，其余四层是软件系统。软件系统又包括系统软件（如操作系统）和应用软件。JSJDL6.1.

12、4 多媒体多媒体计算机系算机系统的基本的基本组成成v多媒体计算机系统是由复杂的硬件、软件有机结合的综合系统。它把音频、视频等媒体与计算机系统融合起来，并由计算机系统对各种媒体进行数字化处理。与计算机系统类似，多媒体计算机系统由多媒体硬件系统和多媒体软件系统组成。v1多媒体计算机硬件系统v构成多媒体计算机硬件系统除了需要较高配置的计算机主机硬件之外，通常还要音频、视频处理设备、光盘驱动器、各种媒体输入/输出设备等。由于多媒体计算机系统需要计算机交互式地综合处理声、文、图信息，不仅处理量大，处理速度要求也高，因此对多媒体计算机系统的要求比通常计算机系统更高。v通常对多媒体计算机基本硬件结构要求有功

13、能强、速度高的主机，有足够大的存储空间（主存和辅存），有高分辨率的显示接口和设备。如图6.2所示为多媒体计算机硬件系统的基本组成。JSJDLv（1）主机。多媒体计算机主机可以是中、大型机，也可以是工作站，然而目前更普遍的是多媒体个人计算机，即MPC（Multimedia Personal Compter）。MPC是目前市场上最流行的多媒体计算机系统，通常可通过两种方式构成MPC：一是厂家直接生产一体化的MPC，二是在原有的PC机上增加多媒体套件升级为MPC。升级套件主要有声卡、CD-ROM驱动器及解压卡等，再安装上驱动程序和软件支撑环境即可构成。6.1.4 多媒体多媒体计算机系算机系统的基本的

14、基本组成成JSJDLv由于多媒体计算机要有较大的主存空间和较高的处理速度，故MPC主机既要有功能强，运算速度高的中央处理器（CPU），又需要高分辨率的显示接口。因此，1990年11月，在Microsoft公司的主持下，Microsoft、IBM、Philips、NEC等较大的多媒体计算机市场协会，进行多媒体计算机标准的制定。根据当时的计算机发展水平首先制定了基本标准MPC1，随后又颁布了多媒体计算机MPC2、MPC3标准。1995年6月，多媒体计算机市场协会（现已更名为“多媒体PC工作组”）公布的最新标准MPC3对主机的要求为：v微处理器：Pentium,75MHz或更高的微处理器；v主存(R

15、AM)：8MB以上；v显示系统：VGA或更好的显示器。6.1.4 多媒体多媒体计算机系算机系统的基本的基本组成成JSJDLv（2）多媒体接口卡。多媒体接口卡根据多媒体系统获取、编辑音频或视频的需要插接在计算机上，以解决各种媒体数据的输入输出问题。多媒体接口卡是建立制作和播放多媒体应用程序工作环境必不可少的硬件设施。常用的接口卡有声卡、显示卡、视频压缩卡、视频捕捉卡、音频播放卡、光盘接口卡等。6.1.4 多媒体多媒体计算机系算机系统的基本的基本组成成JSJDLv（3）多媒体外部设备。多媒体外部设备十分丰富，工作方式一般为输入输出。按其功能又可分为以下4类：v 视频、音频输入设备（摄像机、录像机，

16、扫描仪，传真机、数字相机、话筒等）。v 视频、音频播放设备（电视机、投影电视、大屏幕投影仪、音响等）。v 人机交互设备（键盘、鼠标、触摸屏、绘图板等）。v 存储设备（磁盘、光盘等）。v需要指出的是，开发多媒体应用程序比运行多媒体应用程序需要的硬件配置更高。基本原则是多媒体开发者使用的硬件设备要比用户的速度更快，功能更强，外部设备更多。6.1.4 多媒体多媒体计算机系算机系统的基本的基本组成成JSJDL2多媒体计算机软件系统多媒体计算机软件系统v多媒体计算机软件系统按功能可分为系统软件和应用软件。v（1）多媒体系统软件。系统软件是多媒体系统的核心，它不仅综合使用各种媒体、灵活调度多媒体数据进行媒

17、体的传输和处理，而且要控制各种媒体硬件设备和谐地工作，即将种类繁多的硬件有机地组织到一起，使用户能灵活控制多媒体硬件设备和组织、操作多媒体数据。v多媒体的各种软件要运行于多媒体操作系统平台(Windows)上，故操作系统平台是软件的核心。多媒体系统软件除具有一般系统软件的特点外，还要反映多媒体技术的特点，如数据压缩、媒体硬件接口的驱动与集成，新型的交互方式等。多媒体计算机系统主要的系统软件有：JSJDL2多媒体计算机软件系统多媒体计算机软件系统v 多媒体驱动程序。多媒体驱动软件(也称驱动模块)是最底层硬件的软件支撑环境，直接与计算机硬件打交道，完成设备初始化、各种设备操作、设备的打开和关闭、基

18、于硬件的压缩/解压缩、图像快速变换及功能调用等。通常驱动软件有视频子系统、音频子系统，以及视频/音频信号获取子系统等。一种多媒体硬件需要一个相应的驱动程序，驱动程序一般随硬件产品提供，它常驻内存。v 驱动器接口程序。它是高层软件与驱动程序之间的接口软件，为高层软件建立虚拟设备。v 多媒体操作系统。实现多媒体环境下多任务的调度，保证音频、视频同步控制及信息处理的实时性。操作系统还应该具有独立于硬件设备和较强的可扩展能力。JSJDL2多媒体计算机软件系统多媒体计算机软件系统v 多媒体素材制作软件及多媒体库函数。这层软件是为多媒体应用程序进行数据准备的程序，主要为多媒体数据采集软件，其中包括数字化音

19、频的录制、编辑软件，MIDI文件的录制、编辑软件，图像扫描及预处理软件，全动态视频采集软件，动画生成、编辑软件等。多媒体库函数作为开发环境的工具库，供设计者调用。v 多媒体创作工具和开发环境。多媒体创作工具和开发环境主要用于编辑生成多媒体特定领域的应用软件，与一般的编程工具不同，多媒体创作工具能对多媒体信息进行控制、管理和编辑，能按用户要求生成多媒体应用程序。JSJDL2多媒体计算机软件系统多媒体计算机软件系统v（2）多媒体应用软件。多媒体应用软件是在多媒）多媒体应用软件。多媒体应用软件是在多媒体创作平台上设计开发的面向应用领域的软件系体创作平台上设计开发的面向应用领域的软件系统，通常由应用领

20、域的专家和多媒体开发人员共统，通常由应用领域的专家和多媒体开发人员共同协作、配合完成。开发人员利用开发平台、创同协作、配合完成。开发人员利用开发平台、创作工具制作组织各种多媒体素材，生成最终的多作工具制作组织各种多媒体素材，生成最终的多媒体应用程序，并在应用中测试、完善，最终成媒体应用程序，并在应用中测试、完善，最终成为多媒体产品，例如，各种多媒体教学系统、培为多媒体产品，例如，各种多媒体教学系统、培训软件等。训软件等。v综上所述，多媒体计算机软件系统的层次结构如综上所述，多媒体计算机软件系统的层次结构如图图6.3所示。其中低层软件是建立在硬件基础上，所示。其中低层软件是建立在硬件基础上，而高

21、层软件则建立在低层软件的基础上。而高层软件则建立在低层软件的基础上。JSJDL2多媒体计算机软件系统多媒体计算机软件系统多媒体应用软多媒体应用软件件系系统统 软软 件件创作工具创作工具及应用及应用软件软件媒体素材媒体素材制作软制作软件件多媒体操多媒体操作系统作系统多媒体设多媒体设备接口备接口程序程序驱动程序驱动程序硬件系统硬件系统JSJDL6.2 多媒体制作工具多媒体制作工具v多媒体制作工具的功能是把多媒体（文本、图形、音频、视频和动画）集成或组织成一个结构完整的多媒体应用。v早期的多媒体应用软件的制作，大多是依赖程序语言。这些语言功能强大，灵活多变，能够开发范围广泛的多媒体软件产品。但是，使

22、用编程语言来开发一个多媒体产品，常常需要编写许多代码，这对于非技术人员来说，其困难是显而易见的，必须聘请专业的程序设计员来进行开发。并且，由于产品的设计者与编程者由不同的人来担当，这样实际制作与设计之间就不可避免地会存在偏差，从而无法将原作者的创意和构思真实地在产品中体现出来。v为了使多媒体产品的制作摆脱上面的困境，人们开始寻找新的方法，于是就出现了专门为不懂编程的创作者所设计的工具多媒体编著软件，即多媒体制作工具。JSJDL6.2.1 多媒体制作工具的功能与特性多媒体制作工具的功能与特性v1基本功能v一般来说，多媒体制作工具有以下功能：v（1）具有良好的、面向对象的编程环境。多媒体制作工具能

23、够提供编排各种媒体数据的环境，即能对媒体元素进行基本的信息和信息流程控制操作，包括条件转移、循环、数学计算、逻辑运算、数据管理和计算机管理等。多媒体制作软件还提供将不同的媒体信息编入程序的能力、时间控制能力、调试能力、动态文件输入/输出能力等。v（2）具有较强的媒体数据I/O能力。媒体数据一般由多媒体素材编辑工具完成，由于制作过程中经常要使用原有的媒体素材或加入新的媒体，因此要求多媒体制作软件也应具备一定的数据输入和处理能力。另外对于参于创作的各种媒体数据，可以进行即时呈现与播放，以便对多媒体数据进行检查和确认。v（3）动画处理能力。多媒体制作工具可以通过程序控制，实现显示区的位块移动和媒体元

24、素的移动，以制作和播放简单动画。另外多媒体制作工具还应能播放由其他动画制作软件生成动画的能力，以及通过程序控制动画中的物体的运动方向和速度，制作各种过渡特技等。JSJDL6.2.1 多媒体制作工具的功能与特性多媒体制作工具的功能与特性v（4）超级链接能力。媒体元素可分为静态对象中的文本、图形、图像等和基于时间的数据对象中的声音、动画、视频等。超级链接能力是指从一个对象跳到另一个对象，程序跳转、触发、连接的能力。从一个静态对象跳到另一个静态对象，允许用户指定跳转链接的位置。允许从一个静态对象跳到另一个基于时间的数据对象，反之亦然。v（5）应用程序的连接能力。多媒体制作工具能将外界的应用控制程序与

25、所创作的多媒体应用系统连接，也就是用一个多媒体应用程序来激发另一个多媒体应用程序，并加载数据，然后返回运行的多媒体应用程序。多媒体制作工具还应具有能形成安装文件或可执行文件的功能，在脱离开发平台后能运行。v（6）良好的界面，易学易用。多媒体制作工具应具有友好的人机交互界面。屏幕呈现的信息要多而不乱，即多窗口，多进程管理。应具备必要的联机检索帮助功能，使用户在上机时尽可能不借助印刷文档，就可以掌握基本使用方法。此外多媒体制作工具应操作简单，易于修改，菜单与工具布局合理，有良好的技术支持。JSJDL2多媒体的特点多媒体的特点v综上所述，可看出多媒体制作工具的基本特点有3个：v（1）具有对各种媒体的

26、集成和控制能力，实现随机交互式会话。v（2）支持各种音频、视频等数字信号输入设备，如录像机、摄像机、扫描仪、触摸屏等，并能自动实现各种不同文件格式的转换。v（3）容易实现标准化设计，从而实现应用系统的标准化、系列化。例如，人机对话框、菜单、图标乃至屏幕格式。v上述仅仅是基本功能和特点，由于多媒体/超媒体应用系统的用途、使用对象和应用环境各异，所需要的制作系统的功能和特点也不完全相同，应该根据自己要完成任务的要求和环境选择创作工具。JSJDL6.2.2 多媒体多媒体创作工具的作工具的类型型v多媒体创作工具可根据不同方式分类，若按创作特点分类则可分为4类：v1基于描述语言或描述符号的创作工具v这类

27、创作工具需提供一套脚本描述语言或描述符，设计者用这些语句或符号像写程序那样组织、控制各种媒体元素的呈现、播放。为了便于创作，通常将脚本按页（Page）或卡片（Card）进行组织。一页或一张卡片便是数据结构中的一个结点，它类似于教科书中的一页或卡片盒中的一张卡片，只是这种页面或卡片的数据比教科书上的一页或卡片盒中的一张卡片的数据多样化罢了。在多媒体创作工具中，可以将这些页面或卡片连接成有序的序列，还可以根据命令跳至所需的任何一页，形成多媒体作品。优点是便于组织和管理多媒体素材；缺点是在要处理的内容非常多时，卡片或页面数量过大，不利于维护和修改。这类工具的典型代表是Macintosh上的Hyper

28、Card（超卡）及Asymetrix公司的Multimedia ToolBook。JSJDL6.2.2 多媒体多媒体创作工具的作工具的类型型v2基于图标的创作工具v这类工具中多媒体成分和交互队列（事件）以结构化框架或过程组织为对象。创作多媒体作品时制作工具提供一条流程线，供放置不同类型的图标，并使用流程图隐语去“构造”程序。多媒体素材的呈现是以流程为依据的，在流程图上可以对任意图标进行编辑。优点是简化了项目的组织，并使整个设计框架通过流程图一目了然，而且流程图可同时在复杂的系统中作为导航手段。这类工具也具有类似脚本指令的优点，可以制作出灵活多变的多媒体节目。缺点是当多媒体应用软件制作很大时，图

29、标与分支很多。这类工具比较有代表性的是Authorware和Icon Author。JSJDL6.2.2 多媒体多媒体创作工具的作工具的类型型v3基于时间顺序的制作工具v以时间序列为基础的创作工具是最常见的多媒体编辑软件，主要用来制作电影、卡通片等影视节目，即以看得见的时间线来决定事件的顺序和对象演示的时段。它还可以用来编程控制转向一个序列中的任何位置的节目，从而增加了导航和交互控制。它的优点是操作简便、形象直观，在一个时间段内，可任意调整多媒体素材的属性；缺点是要对每一素材的呈现时间做出精确安排，调试工作量大。JSJDL6.2.2 多媒体多媒体创作工具的作工具的类型型v4基于程序语言的制作工

30、具v有编程经验的设计者，往往对多媒体创作工具的限制以及依赖工具箱建立媒体对象的方式不易接受，而对于近年来在编程语言基础上发展起来的可视化编程环境情有独钟。在可视化编程环境中，设计者既可用传统语言撰写程序，发挥自己的特长，又可借助于开发好的文本绘图等工具箱，使这些工具箱内的编码直接被取用，较为轻松地进行多媒体应用程序设计，但是编程量大，可重复性差，不便于组织和管理多媒体素材，且调试困难。目前使用较广泛的是Visual C+、Visual Basic等。v创作工具除按创作方式分类外，还可按多媒体组织结构分类。创作方式分类是将节目以线性与分支跳转结构的顺序播放；多媒体组织结构分类则按超文本网状结构组

31、织节目，可由用户控制自由跳转，适合于制作交互性强的繁杂的应用系统。JSJDL6.2.3 多媒体的同步多媒体的同步v高级多媒体系统的特征是，它集成了计算机控制的、相互独立的、与时间相关和与时间无关的媒体的生成、存储、通信、操作和演示，而集成的关键问题是各种各样的媒体和数据之间的同步。因此，同步（Synchronization）问题被认为是多媒体系统的一个重要特征。v同步一般指多媒体系统中媒体对象间的时间关系，更广泛的概念则包括内容、空间和时间的关系。媒体对象包括与时间相关的媒体（如音频、视频）和与时间无关的媒体（例如文本、图像）。媒体对象间的同步由时间相关的媒体对象和时间无关的媒体对象之间的关系

32、组成，这里有两个常见例子，一个是电视中视觉和听觉信息间的同步关系，这是典型的连续媒体间的同步；另一个是幻灯演示中画面显示与音频流之间的时间关系，是典型的时间相关的媒体和时间无关的媒体之间的同步关系。v在多媒体系统的许多系统部件上都存在并应支持多媒体同步，如操作系统、通信系统、数据库、文档，以及应用程序等各个层次上。v时间关系的定义可以是隐式的，即在采集媒体对象时就定义了，演示的目的就是以采集时同样的方式显示出来（如音频/视频的录放）；也可以是显式定义的，即演示是由独立采集或生成的媒体对象构成的。JSJDL6.3 音频技术音频技术v多媒体涉及的技术范围很广，技术很新、研究内容很深，是多种学科和多

33、种技术交叉的领域。多媒体数据的表示技术包括文字、声音、图形、图像、动画、影视等媒体在计算机中的表示方法。多媒体的数据量大得惊人，尤其是声音和影视，包括高清晰度数字电视（High Definition Television，HDTV）这类的连续媒体。为克服数据传输通道带宽和存储器容量的限制，投入了大量的人力和物力来开发数据压缩和解压缩技术；人机接口技术，如语音识别和文本语音转换（text to speech，TTS）也是多媒体研究中的重要课题；虚拟现实（Virtual Reality，VR）是当今多媒体技术研究的热点技术之一。JSJDL6.3.1 数字音频数字音频v1声音v当运动使空气发生振动时

34、就产生了声音。例如讲话时声带的振动、拉琴时琴弦的振动、扬声器纸盆的振动都会产生声音。这种声音可以用声波来表示，声波是一条随时间变化的连续曲线，如图6.4所示。v声波有两个基本参数：频率和振幅。JSJDL1声音声音v（1）频率f：是指声音信号每秒钟变化的次数，以赫兹（Hz）为单位。例如人说话的声音频率为300Hz3000Hz，频率越高则音调越高。与频率有关的一个参数是周期T，它是指两个相邻峰点或谷底之间的时间间隔。周期与频率的关系互为倒数，即T=1/f。v（2）振幅：是指波形的最高点或最低点与时间轴的距离，它反映了声音信号的强弱程度。为了表示上的方便，一般用分贝（dB）来表示声音的振幅，它是对声

35、音信号取对数运算后得到的值。v声音按照其频率的不同可以分为次声、可听声和超声。低于20Hz的为次声，高于20000Hz的为超声，介于20Hz20000Hz之间的为可听声。音频信号通常指的是可听声。v计算机中的音频信号主要有3种：语音、音乐和效果声。语音主要用于说明、回答、叙述，也可以用作命令；音乐在多媒体系统中起到提示和加强效果的作用；效果声是指自然界的各种声音，如雷声、掌声等。JSJDL2音音频信号的采信号的采样与量化与量化v对声音信号的采样和量化是多媒体计算机获取声音最直接和最简便的方式。人的耳朵听到的声音是一种具有一定振幅和频率的声波，通过话筒可以把它变成相应的电信号，但这是一种模拟信号

36、，即连续变化的信号；而计算机能处理的信号却只是数字信号，数字信号是一种离散信号。因而要想使用计算机来处理声音信号，必须首先把模拟的声音信号经过模数（A/D）转换，变成计算机能处理的数字声音信号，然后再交给计算机处理，处理后的数据经过数模（D/A）转换，变成模拟信号，经过放大输出到喇叭或耳机，变成人耳能听到的声音。v把模拟的声音信号变成数字信号的过程称为声音的数字化，它是通过对声音信号的采样、量化和编码来实现的，如图6.5所示为声音信号的数字化过程。JSJDL2音音频信号的采信号的采样与量化与量化v（1）采样：为了进行声音信号的采样，就必须以固定的时间间隔对当前的声音波形幅度进行测量，这个过程称

37、为采样。采样的作用是把时间上连续的声波信号x(t)变成时间上不连续的信号序列1，2，3，如图6.6所示为声音信号的采样。采样后的信号序列称为离散时间信号或采样信号。把声音信号自身的最高频率称为样本频率；而将采样时每秒所抽取声波幅度的次数称为采样频率。采样频率的单位用kHz（千赫兹）表示。为了能正确地重构原信号，采样频率至少要为样本频率的两倍。这就是说，一段频率为10kHz的声音，如果要求采样后不能失真，能够重放，采样频率必须大于10kHz2=20kHz。在实际应用中，对于音频信号的采样频率一般为44.1kHz，这主要是因为音频的最高频率为20kHz。JSJDL2音音频信号的采信号的采样与量化与

38、量化v（2）量化：量化就是把采样所得到的值（通常是反映某一瞬间的声波幅度的电压值）加以数字化，即用二进制数来表示。量化时采用的二进制数的位数称为量化精度。量化采样值的过程为：先将整个幅度划分为有限个小幅度（量化阶距），把落入某个阶距内的样值归为一类，并赋予相同的量化值。如果量化阶距是均匀的，则称为均匀量化器。设为量化阶距，量化器的最大范围是Xmax，B为量化精度，则：=2Xmax/2B对于小于（i+1/2），而大于（i-1/2）的样值，均规定为相同的量化值i。若令量化误差（量化噪声）为，则有-/2/2。显然，所用二进制位数越多，量化阶距越小，量化误差就越小，对原始波形的模拟就越平滑，以后还原出

39、来的声音质量也就越高。经常采用的量化精度有8位、12位和16位。例如采用8位量化精度，每个采样点可以表示256个不同的值。一个理想的数字系统的信噪比（S/N）约为量化精度乘以6dB。这样，8位数字系统的信噪比只有48dB，而16位数字系统的信噪比可高达96dB。但是，增加量化精度同样也会增加数字音频的数据量。JSJDL6.3.2 声音文件的存声音文件的存储格式格式v多媒体声音技术中几种常见的存储格式是：波形文件.WAV、声音文件.VOC和MIDI文件.MID。下面简单介绍这3种文件的格式。v1WAVE波形文件v文件的扩展名为.WAV。利用声卡和相应的软件可以通过录音创建波形文件，需要时可以方便

40、地将它播放出来。也可以通过适当的软件对文件中数字化的音频信号进行编辑处理。波形文件由文件首部和波形音频数据块组成。文件首部包括标识符、语音特征值、声道特征以及脉冲编码调制（PCM）格式类型标志等。v2VOC声音文件vVOC文件主要适用于DOS操作系统，它也是由文件首部和数据块两大部分构成的。文件首部包括标识符、版本号和一个指向数据块开始的指针。JSJDL6.3.2 声音文件的存声音文件的存储格式格式v3MIDI声音文件vMIDI文件是数字化乐器接口（Musical Instrument Digital Interface，MIDI）文件，是用于在音乐合成器、乐器和计算机之间交换音乐信息的一种标

41、准协议。从20世纪80年代初期开始，MIDI已经逐步被音乐家和作曲家广泛接受和使用。MIDI是乐器和计算机使用的标准语言，是一套指令（即命令）的约定，它指示乐器（即MIDI设备）做什么，怎么做，如演奏音符、加大音量、生成音响效果等。MIDI不是声音信号，在MIDI电缆上传送的不是声音，而是发给MIDI设备或其他装置让它产生声音或执行某个动作的指令。vMIDI标准之所以受到欢迎，主要是它有下列几个优点：生成的文件比效小，因为MIDI文件存储的是命令，而不是声音波形；容易编辑，因为编辑命令比编辑声音波形要容易得多；可以作背景音乐，因为MIDI音乐可以和其他媒体，如数字电视、图形、动画、话音等一起播

42、放，这样可以加强演示效果。JSJDL6.3.3 声音工具声音工具v声音工具（audio tools）用来录放、编辑和分析声音文件。声音工具使用得相当普遍，但它们的功能相差很大。下面对3种常见工具加以简单介绍。v1Sound Recorder vWindows9.x以上版本的系统自带的“Sound Recorder”。在中文版Windows9.x的桌面上单击：“开始”“程序”“附件”“娱乐”“录音机”菜单命令时，便打开“录音机”窗口。JSJDL6.3.3 声音工具声音工具v2买声卡时带的工具v如果计算机安装有声卡，一般来说都附带有声音工具。例如，声霸（Sound Blaster）卡带有几种声音工

43、具，通常由用户自己安装。v3网络上下载的声音工具v因特网上有许多站点提供试用的或者是免费的声音工具，如图6.8所示为网上下载的声音工具窗口，类似的声音工具还有很多。JSJDL6.3.4 语音音识别v口语是最自然最有效的交际方式，让说话替代键盘输入汉字是计算机使用者的愿望。这个愿望正在变成现实，其技术基础是语音识别和理解。语音识别是将人发出的声音、字或短语转换成文字、符号或给出响应，如执行控制、做出回答。语音识别的研究已有几十年的历史。据预测，带有语音功能的计算机将很快成为大众化产品，语音识别将可能取代键盘和鼠标成为计算机的主要输入手段，使用户界面产生一次飞跃，所以语音识别所具有的商业前景是不可

44、估量的。v语音研究领域比较广，归纳起来，一般有以下4个方面：v1词汇量不同v按可识别的词汇量多少，语音识别系统可分为小、中、大词汇量3种。一般来说，能识别词汇少于100的，称为小词表语音识别；超过100的而少于1000的称为中词表语音识别，大于1000的称为大词表语音识别。词表越大，困难越多。JSJDL6.3.4 语音音识别v2语音的输入方式不同v按照语音的输入方式，语音识别的研究集中于对孤立词、连接词和连续语音的识别。v3发音人不同v按发音人可分为特定人、限定人和非特定人语音识别三种。语音识别研究的最终目标是要实现大量词汇、非特定人连续语音的识别，这样的系统有可能完全听懂并理解人类的自然语言

45、。v4说话人识别v对说话人的声音进行识别，称之为说话人识别。这是研究如何根据语音来辨认说话者、确认说话者。JSJDL6.4 数字数字视频技技术v如果说声音给计算机带来了各种灵性，视频给计算机带来的就是一种活力。随着硬件的发展，多媒体节目中大量使用视频已经很平常了。下面就视频的相关问题作简要的介绍。JSJDL6.4.1 数字数字视频的的优点点v视频信息实际上是由许多幅单个画面所构成。电影、电视通过快速播放每帧画面，再加上人眼的视觉滞留效应便产生了连续运动的效果。如果再把音频信号加进去，便可实现视频、音频信号的同时播放。视频信号的数字化是指在一定时间内以一定的速度对单帧视频信号进行捕获、处理以生成

46、数字信号信息的过程。与模拟视频相比，数字视频的优点为：v1数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。v2可以用许多新方法对数字视频进行创造性的编辑，如字幕电视特技等。v3使用数字视频可以用较少的时间和费用创作出用于培训教育的交互节目，可以真正实现将视频融进计算机系统中以及可以实现用计算机播放电影节目等。v数字视频也存在数据量大的问题，为存储和传递数字视频带来一些困难，所以在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。JSJDL6.4.2 视频信息的信息的获取取v多媒体计算机最常用的图像有下述3种：图形、表态图像和动态图像（也称视频），获得这3种图像

47、可用下述方法：v1用计算机产生彩色图形、静态图像和动态图像；v2用彩色扫描仪，扫描输入彩色图形和表态图像；v3用视频信号数字化仪，将彩色全电视信号数字化后，输入至多媒体计算机中，可获得表态和动态图像。v计算机用软件产生的图形和图像产品目前市场已经很多了；选用彩色扫描仪能够把彩色图形和图像精确、方便地输入到计算机中，目前彩色扫描仪最高的分辨率已达4000dpi（dots per inch），颜色分辨率可达24位（RGB=8:8:8），常用的分辨率是600dpi。多媒体计算机用得最多的图像输入设备是视频信号数字化仪，它能够把彩色全电视信号数字化后，存在帧存储器中，供多媒体计算机使用。JSJDL6.

48、4.3 数字数字视频技技术v数字视频技术主要涉及视频信息的获取、压缩以及播放等几个方面。v1视频信息的获取v视频信息的获取，通常是通过视频卡来完成。它接收模拟的视频信号，将其转换成数字信号。依捕捉图形的类型而定，视频卡又分为帧捕捉卡和视频捕捉卡。帧捕捉卡每次只能将视频图像的一帧转换为数字图像，而视频捕捉卡一次可将连续的帧转化为数字视频，并以一定的文件格式存入磁盘。v2视频信息的压缩v数字视频包含巨大的数据量，不进行压缩直接存储的话，所需的空间是非常巨大的。例如，屏幕上的一个320320播放窗口，其中每一点的颜色用8位来表示，以每秒30帧的速度进行播放，这样一分钟的数据量是3202003060=

49、115200000字节，大约为110MB。那么1GB的硬盘就只能存放10分钟这样的视频图像，这是不能接受的。所以对视频图像必须进行压缩。v3视频信息处理和播放v数字视频可以用硬件和软件的方法来播放。因为数字视频都是以一定压缩方式存放在硬盘上的，所以在播放的时候就需要解压缩，即将压缩的数据还原为图像信息。这个过程过去由解压卡来完成，现在，以高档计算机的速度，已完全实现软件解压缩播放，所以就不需要专门的解压卡了。JSJDL6.4.4 视频文件格式文件格式v经过压缩了的数字视频信息以特定的文件格式存储在磁盘或光盘上。常见的数字视频文件格式有.AVI、.MOV、.MPEG等v1AVI（Audio Vi

50、deo Interleaved）v.AVI文件是Video for Windows所使用的文件标准，它是有伴音的视频图像文件，称为音频视频交错。.AVI文件使用的压缩方法有好几种，主要使用有损压缩方法，压缩比较高。v2MOVvMOV视频图像文件，在Windows环境下用Quick Time for Windows播放。一般认为，.MOV文件的图像质量比.AVI格式的要好。v3MPEG（Motion Pictures Experts Group）vPC机上的全屏幕活动视频的标准文件为MPG格式文件，它是采用MPEG国际标准进行压缩的全运动视频文件格式。现在流行的VCD光盘就采用这种文件格式进行信