第1章 多媒体技术概论.ppt

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1、多媒体多媒体技术与开发技术与开发1前言前言多媒体技术是世纪之交的计算机科学技术领域的热点技术之一，它的迅速发展改变了人们的生活方式，并给人类社会带来了巨大影响。多媒体计算机技术及应用始于20世纪80年代。90年代以来信息技术迅速发展，高清晰度电视、高保真音响、高速计算机网络和高性能的计算技术融为一体，使多媒体技术又大大地前进了一步。本课程主要介绍多媒体技术的基本概念和多媒体系统的开发的基本方法，对多媒体信息的表示做了较详细地介绍，尽量减少对过深的理论的探讨，侧重于实用。2主要内容主要内容第1章 多媒体技术概论第2章 音频信息的表示与存储第3章 视觉信息的表示与存储第4章 视频信息的表示与存储第

2、5章 多媒体数据的压缩第6章 多媒体开发软件3第第1章章 多媒体技术概论多媒体技术概论 多媒体技术是20世纪80年代发展起来的一门综合技术，现已成为信息技术领域发展最快、最活跃的技术，是新一代电子技术发展和竞争的焦点。多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联网和信息资源共享，被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。4目目 录录1.1 多媒体技术的发展1.2 多媒体的基本概念1.3 多媒体系统的组成1.4 多媒体技术发展的关键技术1.5 多媒体技术的应用领

3、域51.1 多媒体技术的发展1.1.1 启蒙发展阶段1.1.2 初期应用和标准化1.1.3 多媒体技术的发展方向61.1.1 启蒙发展阶段 1.Apple公司推出的Macintosh机 2.Commodore公司研制的多媒体计算机系统Amiga 3.Philips/Sony推出的交互式紧凑光盘系统CD-I 4.RCA公司的交互式数字视频系统DVI的出现和普及71.Apple公司推出的Macintosh机 1984年，美国Apple公司推出了代表多媒体技术的Macintosh机，首先引入了位图的概念对图形进行处理；1987年引入了HyperCard(超级卡)，它是以卡片为节点的超级文本系统，使M

4、acintosh机成为能处理多种信息媒体的计算机。采用Hyper Card的Apple计算机82.多媒体计算机系统Amiga 1985，美国Commodore公司研制了世界上最早的多媒体计算机系统Amiga，采用用于图形、音频和视频处理的三个专用芯片，同时还提供了一个具有菜单、多窗口、图标等功能的多任务Amiga操作系统。基于基于Motorola 68000处理器的处理器的Amiga系统系统93.交互式紧凑光盘系统 1986年4月，Philips/Sony联合推出了交互式紧凑光盘系统CD-I，同时还公布了CD-ROM的文件格式。该系统把各种多媒体信息以数字化的形式存放在650M的CD-ROM上

5、，用户可以播放光盘中的内容。104.交互式数字视频系统DVI1987年，美国RCA(美国无线电公司)公司推出了交互式数字视频系统DVI(Digital Video Interactive)。它以计算机技术为基础，用光盘来存储和检索图文声像和其他数据。RCA后来把DVI技术卖给了通用电气公司(IBM)，后者又把这一技术卖给了Intel公司。1989年初，Intel公司把DVI技术开发成为一种可以普及的商品。111989年3月，由Intel公司和IBM公司联合将DVI技术发展成新一代多媒体开发平台Action Media 750，该平台的硬件系统由音频板、视频板和多功能板组成，软件是基于DOS的音

6、频视频支持系统(AVSS)。1991年，又推出了改进的Action Media 750，软件采用基于Windows的音频视频内核(AVK)，大大提高了系统的扩展性、移植性和处理能力。4.交互式数字视频系统DVI121.1.2 初期应用和标准化1990年，由微软、菲利普等14家厂商组成的多媒体市场协会应运而生，并建立了多媒体个人计算机标准MPC1.0。1992年，图像专家组提出了MPEG-1标准。1992年，Microsoft公司推出了真正的多媒体操作系统Windows3.1。1993年，多媒体微机市场委员会发布了新的多媒体计算机的性能标准MPC2.0。131.1.2 初期应用和标准化1993年

7、，IBM公布了针对台式系统用户在OS/2 上运行的32位多媒体软件包。1995年，多媒体微机市场委员会发布了新的多媒体微机的性能标准MPC3.0。后来出现了更高的操作系统版本，具有的多媒体功能也越来越强大，多媒体个人计算机成为PC机的主流，标志着PC机已经进入了多媒体时代。14要求 MPC1标准 MPC2标准 MPC3标准 CPU 386SX/16MHz486SX/25MHzPentium/75MHzRAM 2M4M 8M 硬盘 30MB 160MB 540MB CDROM 150KB/s300KB/s600KB/s声卡 8位 16位16位以上，支持MIDI 显卡640480,16色 6404

8、80,64k色600800,16M色MPEG-1 没有要求 没有要求 具有MPEG-1播放；可进行直接帧存取，16位/像素，352240分辨率，30帧/秒(或25帧/秒)播放视频，视音频同步，不丢帧。操作系统 Windows 3.X Windows 3.X Windows 3.X/95 151.1.3 多媒体技术的发展方向多媒体通信网络环境的研究和建立，将使多媒体从单机单点向分布、协同多媒体环境发展，在世界范围内建立一个可全球自由交互的通信网。利用图像理解、语音识别、全文检索等技术，研究多媒体基于内容的处理，开发能进行基于内容处理的系统是多媒体信息管理的重要方向。多媒体标准仍是研究的重点。多媒

9、体技术与相邻技术的结合，提供完善的人机交互环境。多媒体技术与外围技术构造的虚拟现实研究仍在继续进展。161.2 多媒体的基本概念1.2.1 媒体与多媒体1.2.2 多媒体技术1.2.3 多媒体计算机1.2.4 多媒体系统171.2.1 媒体与多媒体媒体的含义媒体（medium）在计算机领域有两种含义：即媒质和媒介。媒质：存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等。媒介：表示信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像等。多媒体技术中的媒体主要指表示信息的载体。18 按国际电信联盟电信标准局ITU-T的定义，媒体可分为以下五种类型：感觉媒体 表示媒体 显示媒体 存储媒体 传输媒体1.2.1

10、 媒体与多媒体媒体的分类19感觉媒体：能直接作用于人的感官，使人产生感觉的媒体，主要分为视觉媒体(文字、景象)、听觉媒体(音乐、各种声音)、触觉媒体(温度、力)、味觉媒体(滋味)、嗅觉媒体(气味)等。表示媒体：为了加工、处理感觉媒体而人为研究、构造出来的媒体，指信息的表示和表现形式。如语音编码、文本编码、运动和静止图像编码等。1.2.1 媒体与多媒体媒体的分类20显示媒体：用来输入和输出信息的物理设备。输入显示媒体：键盘、鼠标、话筒等。输出显示媒体：显示器、打印机、音箱等。存储媒体：用于存放数字化形式的表示媒体的载体，主要是指与计算机相关的外部存储设备，如硬盘、光盘、胶卷等。传输媒体：用于传输

11、表示媒体的物理传输介质，如电话线、双绞线、光纤等。1.2.1 媒体与多媒体媒体的分类21 一般情况下所说的媒体形式是指表示媒体，即信息的表示和表现形式，像文字，图形，动画等。感觉媒体输入设备CPU输出设备感觉媒体表示媒体存储媒体显示媒体显示媒体传输媒体各种媒体之间的关系1.2.1 媒体与多媒体媒体的分类22“多媒体”一词译自英文“Multimedia”即“Multiple”和”Media”的合成，核心词是媒体，是融合两种或两种以上表示媒体的人机交互式信息交流和传播媒体，一般理解为多种媒体信息的综合。多媒体的实质是将自然形式存在的各种媒体数字化，然后利用计算机对这些数字信息进行加工或处理，以一种

12、友好的方式提供给用户使用。1.2.1 媒体与多媒体多媒体的含义231.2.2 多媒体技术概念将文本、音频、图形、图像、动画和视频等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、编辑、存储、传输、处理和再现等，使多种媒体信息建立逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统。简而言之，多媒体技术就是利用计算机综合处理图、文、声、像等信息的技术。24多样性、集成性、交互性、实时性多样性是指计算机处理信息的多样化或多维化，改变计算机信息处理的单一模式，提供了如输入、输出、传输、存储和处理的手段、方法等，交互使用信息的手段十分灵活。信息媒体由单媒体处理发展到多媒体处理，不仅是数量上的变化，更是一种质的飞跃，是信息技术走向

13、深入、高级的变革性转变。1.2.2 多媒体技术特点25集成性是指多媒体信息的集成和处理这些媒体的设备的集成。多媒体信息的集成是指将多种不同的媒体信息有机的进行同步组合，使之成为一个完整的多媒体信息系统；设备的集成包括硬件和软件两个方面。多媒体技术的集成一方面意味着多种单一技术到了比较成熟的地步；另一方面意味着各种单一技术的独自发展已很难满足现实应用的需要。因此多媒体技术的集成性反映了应用的强烈要求。1.2.2 多媒体技术特点26交互性是指用户可以与计算机的多种信息媒体进行交互操作，从而为用户提供更加有效地控制和使用信息的手段，增强对信息的注意力和理解力。多媒体信息在人机交互中的巨大潜力主要来自

14、于它能提高人对信息表现形式的选择和控制能力，同时也能提高信息表现形式与人的逻辑和创造能力结合的程度。1.2.2 多媒体技术特点27实时性是指多媒体系统与时间的密切相关性，反映了应用对多媒体系统的要求，如视频会议系统、实况信息的传输等，要求多媒体技术必须具有严格的时序要求和很高的速度要求。实时性是传统的多媒体技术向更高层次的多媒体技术发展过程中的新的特性和问题。实时性程度的不同，对系统的设计要求也不同。网络环境较单机对实时性的要求较高，而实况时间的要求更高。1.2.2 多媒体技术特点281.2.3 多媒体计算机多媒体计算机(MPC)一般是指能够综合处理文本、音频、图形、图像、动画和视频等多种媒体

15、的计算机，它是集图文声像于一体并具有多媒体功能的计算机。从MPC标准来看，多媒体计算机应具有以下特征：光盘驱动器；声卡和音箱；显卡；多媒体系统软件和应用软件。291.2.4 多媒体系统多媒体系统是指能够对文本、音频、图形、图像、动画、视频等多媒体信息进行逻辑互连、获取、编辑、存储和演播等功能的一个计算机系统。由于多媒体系统能灵活调度和使用多种媒体信息，使之与硬件协调的工作，因此，多媒体系统是一种软件和硬件相结合的复杂系统。301.3 多媒体系统的分类与组成1.3.1 多媒体系统的分类1.3.2 多媒体系统的层次结构311.3.1 多媒体系统的分类基于功能的分类开发系统、演示系统、培训系统、家庭

16、系统基于应用的分类多媒体信息咨询系统多媒体管理系统多媒体辅助教育系统多媒体通信系统多媒体娱乐系统321.3.2 多媒体系统的层次结构多媒体计算机系统的层次结构如图所示：多媒体硬件系统多媒体驱动程序多媒体操作系统多媒体开发工具多媒体应用软件最底层最顶层33多媒体硬件系统除了一般计算机的硬件外，还有各种媒体控制板卡及其输入输出设备，其中包括多媒体实时压缩和解压缩卡。O 计算机：MPC、图形工作站1.3.2 层次结构硬件系统341.3.2 层次结构硬件系统O 多媒体板卡：显示卡、音频卡、视频卡O 多媒体外部设备麦克风扬声器显示器投影机351.3.2 层次结构多媒体驱动程序多媒体驱动程序直接用来控制和

17、管理多媒体硬件。它完成设备的初始化、各种设备操作以及设备的关闭等。驱动程序一般常驻内存，每个多媒体硬件都需要一个相应的驱动程序。36多媒体操作系统必须具备对多媒体数据和多媒体设备的管理和控制功能，具有综合使用各种媒体的能力，能灵活地调度多种媒体数据并能进行相应的传输和处理，且使各种媒体硬件协调工作。包括专用的和通用的多媒体操作系统。专用多媒体操作系统：Amiga DOS系统、CD-I系统等。通用多媒体操作系统：Macintosh系统操作系统、Windows系列操作系统等。1.3.2 层次结构多媒体操作系统37多媒体开发工具主要是指用于开发多媒体应用的工具软件，包括多媒体素材制作工具、多媒体著作

18、工具和多媒体编程语言。%多媒体素材制作工具(Word、Cooledit、Flash MX、Photoshop等)%多媒体著作工具(PowerPoint、FrontPage、Authorware等)%多媒体编程语言(VB、VC+、Delphi等)。1.3.2 层次结构多媒体开发工具381.3.2 层次结构多媒体应用软件多媒体应用软件直接面向用户，是为满足用户的各种需求服务的。应用系统要求有较强的多媒体交互功能，良好的人机界面。例如，教学软件、培训软件、电子图书等391.4 多媒体技术发展的关键技术1.4.1 多媒体数据压缩/解压缩技术1.4.2 数字化多媒体信息存储技术1.4.3 多媒体数据库技

19、术1.4.4 超文本与超媒体技术1.4.5 多媒体网络与通信技术1.4.6 虚拟现实技术401.4.1 多媒体数据压缩/解压缩技术图像、动画、视频和音频等数字化后数据量是非常大的，因此有必要对多媒体信息进行压缩，去除其中的冗余信息。选用合适的数据压缩技术可将字符数据压缩到原来的1/2左右，语音数据压缩到原来的1/2-1/10，图像数据压缩到原来的1/2-1/60。如今已有压缩编码的国际标准JPEG 和MPEG。411.4.2 数字化多媒体信息存储技术数字化的多媒体信息经过压缩后仍有大量的数据，比如动态视频图像，若采用现有的算法压缩后，存储一小时的影视节目大约需要500M的空间，因此存储技术也是

20、多媒体技术发展和应用的关键技术之一。目前，在大容量、高速度、低价格的存储器没有出现之前，只读光盘是较理想的多媒体存储介质。目前有以下几类新的存储技术：蓝光盘：数据存储量约为27GB超级光盘技术：采用更多的进制表示信息全息光盘技术：储存容量高达1TB(1000GB)荧光多层存储技术：存储容量可达140GB421.4.3 多媒体数据库技术多媒体信息是结构型的，致使传统的关系数据库已不适用于多媒体的信息管理，多媒体数据库系统应具有以下几个特点：%要有相关的存储介质。%描述性的捜索方法：多媒体数据的查询应基于一个描述性的、面向对象查询格式。例如，查找“一张戴红围巾的女孩的照片”。%独立于设备和格式的界

21、面：设备无关性和格式无关性允许使用新的存储技术，而不改变现在的多媒体数据库应用系统。%特殊视图和数据的同步访问：在多媒体数据库中，同一多媒体数据能被几个应用程序通过不同的查询访问到，因此，必须实现稳定的访问共享。431.4.4 超文本与超媒体技术超文本这个词在英语词典上并不存在，是美国人泰得纳尔逊于1965年杜撰的。后来成了非线性信息管理技术的专用词汇。超文本是一种文本信息管理技术，它提供的方法是建立各种文本信息之间的网状链接结构，这种结构由节点组成。对超文本进行管理使用的系统称为超文本系统，也称为浏览器或导航图。WWW是近几年来最有影响的超文本系统。44超媒体是超文本技术与管理和协调多媒体信

22、息技术的结合，它是一组与时间、形式和媒体有关的动作定义。它与超文本的最大区别是表达性和交互性，即表达更准确，信息更丰富，交互更友好自然。简单地说：超媒体=超文本 多媒体超媒体虽然是超文本加多媒体，但绝对不是简单的叠加，它既要处理超文本和多媒体设计问题，又要解决二者结合带来的新问题。1.4.4 超文本与超媒体技术451.4.5 多媒体网络与通信技术多媒体通信技术包含语音压缩、图像压缩及多媒体的混合传输技术，将电话、电视和计算机三者融为一体，集电话的双向沟通能力、有线电视的高载荷影像传输能力和电子计算机强大的信息处理功能于一体，并通过信息压缩编码技术，确保了多媒体信息在高速信息公路上的双向或多向传

23、输。461.4.6 虚拟现实技术虚拟现实(Virtual Reality)是利用计算机软硬件技术、传感技术、仿真技术、人工智能及心理学等技术通过计算机生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉等的虚拟世界，它强调了人与虚拟环境之间的交互性，或两者之间的相互作用，反映在虚拟环境的各种感官刺激信号以及人对虚拟环境做出的各种反应动作上。47虚拟现实技术主要是依靠一些特殊的输入输出设备来实现的。%头戴式显示器%数据手套的每一个指头上都装有一个传感器1.4.6 虚拟现实技术48虚拟现实系统的关键特性：%多感知性：虚拟现实系统应提供包括视觉、听觉、触觉、力觉和味觉等感知能力。%临场性：又称存在感，是用户在虚拟环

24、境中产生的身临其境、难以分辨真假的感觉。%交互性：指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和由环境反馈的自然程度。%自主性：指虚拟环境中对象的自主程度。1.4.6 虚拟现实技术491.5 多媒体技术的应用领域1.5.1 教育与培训1.5.2 出版与图书1.5.3 商业与咨询1.5.4 网络与通信501.5.1 教育与培训多媒体技术使教材不仅有文字、静态图像，还具有动态图像和语音等，使教育的表现形式多样化，可以进行交互式远程教学，不但扩展了信息量，提高了知识的趣味性，而且增加了学习的主动性。几个应用：CAI-计算机辅助教学 CAL-计算机辅助学习CBI-计算机化教学 CAT-计算机辅助训CBL-计算机

25、化学习 CMI-计算机管理教学51CAI与传统的教学模式相比有哪些优势？%CAI以图文声像并茂的形式提供信息，提高了获取知识的速度，提高了教学质量，激发了学生的学习积极性；%实现了学习的个别化，按照学生的能力特点进行教学；%把多媒体技术与计算机通信技术和知识库相结合，能提供多元化教学，并可使教育走向家庭；%把以教师为中心的教学模式转向以学生为中心，增加了学生的主观能动性，使学生产生学习的责任感。1.5.1 教育与培训521.5.2 出版与图书e-book，e-newspaper，e-magazine等电子出版物，具有容量大、体积小、成本低、检索快，易于保存和复制，能存储图文声像，表现力丰富。特

26、别是多媒体电子网络出版物的效果更好，无论时效性、消息传递效果及信息的容量，都大大优于传统出版物。531.5.3 商业与咨询商业简报、产品演示、查询服务等，将各种服务指南存放在多媒体系统中向公众展示。这类系统包括城市道路查询系统、航班咨询系统等。这种系统主要由用户自己操作使用，或者是自动播放。541.5.4 网络与通信在通信方面的应用主要有：可视电话、视频会议、信息点播、远程医疗会诊、计算机协同工作CSCW计算机的交互性，通信的分布性和多媒体的现实性相结合，将构成继电报、电话、传真之后的第四代通信手段。55本章小结本章对多媒体和多媒体技术、多媒体系统的组成、多媒体技术的发展、研究内容和应用领域等问题作了较详细的讨论。56