多媒体基础

1.1多媒体的基本概念1.2多媒体技术的应用与发展1.3多媒体的关键技术1.4多媒体信息的计算机表示1.5多媒体数据压缩技术1.6多媒体与因特网目录1.1多媒体的基本概念1.1.1多媒体的定义1.1.2多媒体中的媒体元素及其特征1.1.1多媒体的定义“多媒体”一词译自英文“Multimedia”即“Multiple”和”Media”的合成其核心词是媒体何谓多媒体呢？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：传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像等。媒体（medium）在计算机领域有两种含义：即媒质和媒介。多媒体的定义多媒体是融合两种或两种以上媒体的一种人－机交互式信息交流和传播媒体，使用的媒体包括文字、图形、图像、音频和视频。多媒体媒体元素是指多媒体应用中可显示给用户的媒体组成。1.1.2多媒体中的媒体元素及特征音频动画视频文本图形图像文本文本分为非格式化文本文件和格式化文本文件。非格式化文本文件：只有文本信息没有其他任何有关格式信息的文件，又称为纯文本文件。如“.TXT”文件。格式化文本文件：带有各种文本排版信息等格式信息的文本文件。如“.DOC”文件。图形图形（Graphic）一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等。图形的格式是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合。在图形文件中只记录生成图的算法和图上的某些特征点，因此也称矢量图。由于图形只保存算法和特征点，因此占用的存储空间很小。但显示时需经过重新计算，因而显示速度相对慢些。图像图像（Image）是指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面。静止的图像是一个矩阵，阵列中的各项数字用来描述构成图像的各个点（称为像素点pixel）的强度与颜色等信息。这种图像也称为位图（bit-mappedpicture）。图像文件在计算机中的存储格式有多种，如BMP、PCX、TIF、TGA、GIF、JPG等，一般数据量都较大。图像处理时要考虑三个因素：分辨率图像深度与显示深度图像文件大小分辨率数字化图像的大小，即该图像的水平与垂直方向的像素个数。图像深度和显示深度图像深度（也称图像灰度、颜色深度）表示数字位图图像中每个像素上用于表示颜色的二进制数字位数。显示深度：表示显示器上每个点用于显示颜色的2进制数字位数。若显示器的显示深度小于数字图像的深度，就会使数字图像颜色的显示失真。颜色深度颜色总数图像名称12单色图像416索引16色图像8256索引256色图像1665536HI—Color图像2416672216TrueColor图像颜色深度与显示的颜色数目图像文件大小用字节表示图像文件大小时，一幅未经压缩的数字图像的数据量大小计算如下：图像数据量大小=像素总数×图像深度÷8例如：一幅640×480的256色图像为640×480×8／8=307200字节Comparison:宽度：271高度：300颜色：2大小：9.9KB宽度：271高度：300颜色：4大小：19.8KBComparison:宽度：271高度：300颜色：256大小：79.4KB宽度：271高度：300颜色：真彩色大小：238.2KB音频数字音频（Audio）可分为波形声音语音和音乐。波形声音实际上已经包含了所有的声音形式，它可以将任何声音都进行采样量化，相应的文件格式是WAV文件或VOC文件。语音也是一种波形，所以和波形声音的文件格式相同。音乐是符号化了的声音，乐谱可转变为符号媒体形式。对应的文件格式是MID或CMF文件。计算机音频技术主要包括声音的采集、数字化、压缩/解压缩以及声音的播放。数字化主要包括采样和量化这两个方面。采样频率（samplingrate）是将模拟声音波形转换为数字时，每秒钟所抽取声波幅度样本的次数，单位是Hz（赫兹）。量化数据位数（也称量化级）是每个采样点能够表示的数据范围，经常采用的有8位、12位和16位。例如，8位量化级表示每个采样点可以表示256个不同量化值，而16位量化级则可以表示65536个不同的量化值记录声音时，如果每次生成一个声道数据，称为单声道；每次生成两个声波数据，称为立体声（双声道）。数字音频的存储量：可用以下公式估算声音数字化后每秒所需的存储量（未经压缩的）存储量=采样频率×量化位数÷8例如，数字激光唱盘（CD-DA）的标准采样频率为44.1kHz，量化位数为16位，立体声。一分钟CD-DA音乐所需的存储量为若使用双声道，存储量再增加一倍44.1K×16×2×60÷8=10584KBSamplingResolution8bitSamplingFrequency11KHz+127…+64+320-32-64…-12801001010Comparison:SamplingResolution16bitSamplingFrequency22KHz+32767…+512+1280-128-512…-327680010101100011000Comparison:动画是活动的画面，实质是一幅幅静态图像的连续播放。动画的连续播放既指时间上的连续，也指图像内容上的连续。计算机设计动画有两种：一种是帧动画，一种是造型动画。动画帧动画是由一幅幅位图组成的连续的画面，就如电影胶片或视频画面一样要分别设计每屏幕显示的画面。造型动画是对每一个运动的物体分别进行设计，赋予每个动元一些特征，然后用这些动元构成完整的帧画面。动元的表演和行为是由制作表组成的脚本来控制。存储动画的文件格式有FLC、MMM等视频视频是由一幅幅单独的画面序列（帧frame）组成，这些画面以一定的速率（fps）连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。视频文件的存储格式有AVI、MPGMOV等。视频标准主要有NTSC制和PAL制两种。NTSC标准为30fps，每帧525行。PAL标准为25fps，每帧625行。视频的技术参数有：帧速数据量图像质量1.2多媒体技术的应用与发展1.2.1多媒体技术的应用1.2.2多媒体技术的发展方向1.2.1多媒体技术的应用就目前而言，多媒体技术已在商业教育培训、电视会议、声像演示等方面得到了充分应用。在教育与培训方面的应用在通信方面的应用在其他方面的应用在教育与培训方面的应用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。利用多媒体计算机的文本、图形、视频、音频和其交互式的特点,可以编制出计算机辅助教学CAI(ComputerAssistedInstruction)软件，即课件。在通信方面的应用多媒体技术在通信方面的应用主要有：可视电话视频会议信息点播（InformationDemand）计算机协同工作CSCW（ComputerSupportedCooperativeWork）信息点播有桌上多媒体通信系统和交互电视ITV。计算机协同工作CSCW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。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。在其他方面的应用多媒体技术给出版业带来了巨大的影响，其中近年来出现的电子图书和电子报刊就是应用多媒体技术的产物。利用多媒体技术可为各类咨询提供服务，如旅游、邮电、交通、商业、金融、宾馆等。多媒体技术还将改变未来的家庭生活，多媒体技术在家庭中的应用将使人们在家中上班成为现实。1.2.2多媒体技术的发展方向目前，多媒体主要从以下几个方向发展：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。对该网络及其设备的研究和网上分布应用与信息服务研究将是热点。1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的处理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：各类标准的研究将有利于产品规范化，应用更方便。它是实现多媒体信息交换和大规模产业化的关键所在。23多媒体技术与相邻技术相结合，提供了完善的人机交互环境。多媒体仿真智能多媒体等新技术层出不穷，扩大了原有技术领域的内涵，并创造新的概念。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。多媒体虚拟现实与可视化技术需要相互补充，并与语音、图像识别、智能接口等技术相结合，建立高层次虚拟现实系统。45将来多媒体技术将向着以下六个方向发展；1).高分辨化，提高显示质量；2).高速度化，缩短处理时间；3).简单化，便于操作；4).高维化，三维、四维或更高维；5).智能化，提高信息识别能力；6).标准化，便于信息交换和资源共享。１.3多媒体的关键技术1.3.1视频音频数据压缩/解压缩技术1.3.2多媒体专用芯片技术1.3.3大容量信息存储技术1.3.4多媒体输入与输出技术1.3.5多媒体软件技术1.3.6多媒体通信技术1.3.7虚拟现实技术1.3.1视频音频数据压缩/解压缩技术选用合适的数据压缩技术，有可能将字符数据量压缩到原来的1/2左右，语音数据量压缩到原来的1/2-1/10，图像数据量压缩到原来的1/2-1/60。如今已有压缩编码/解压缩编码的国际标准JPEG和MPEG。1.3.2多媒体专用芯片技术专用芯片是多媒体计算机硬件体系结构的关键。为了实现音频、视频信号的快速压缩、解压缩和播放处理，需要大量的快速计算，只有采用专用芯片，才能取得满意的效果。多媒体计算机专用芯片可归纳为两种类型：一种是固定功能的芯片；另一种是可编程的数字信号处理器（DSP）芯片。1.3.3大容量信息存储技术利用数据压缩技术，在一张CD-ROM光盘上能够存取70多分钟全运动的视频图像或者十几个小时的语言信息或数千幅静止图像。在CD-ROM基础上，还开发了CD-I和CD-V、可录式光盘CD-R、高画质、高音质的光盘DVD以及PHOTOCD等。1.3.4多媒体输入与输出技术多媒体输入/输出技术包括媒体变换技术、媒体识别技术、媒体理解技术和综合技术。媒体变换技术是指改变媒体的表现形式。如当前广泛使用的视频卡、音频卡（声卡）都属媒体变换设备。媒体识别技术是对信息进行一对一的映像过程。例如，语音识别技术和触摸屏技术等。媒体理解技术是对信息进行更进一步的分析处理和理解信息内容。如自然语言理解、图像理解、模式识别等技术。媒体综合技术是把低维信息表示映像成高维的模式空间的过程。例如语音合成器就可以把语音的内部表示综合为声音输出。1.3.5多媒体软件技术多媒体软件技术主要包括以下六个方面的内容：多媒体操作系统多媒体素材采集与制作技术多媒体编辑与创作工具多媒体数据库技术超文本/超媒体技术多媒体应用开发技术多媒体操作系统多媒体操作系统是多媒体软件的核心。它负责多媒体环境下多任务的调度、保证音频、视频同步控制以及信息处理的实时性，提供多媒体信息的各种基本操作和管理；具有对设备的相对独立性与可扩展性。Windows、OS/2和Macintosh操作系统都提供了对多媒体的支持。多媒体素材采集与制作技术素材的采集与制作主要包括采集并编辑多种媒体数据。如声音信号的录制编辑和播放；图像扫描及预处理；全动态视频采集及编辑；动画生成编辑；音/视频信号的混合和同步等。多媒体编辑与创作工具多媒体编辑创作软件又称多媒体创作工具，是多媒体专业人员在多媒体操作系统之上开发的，供特定应用领域的专业人员组织编排多媒体数据，并把它们连接成完整的多媒体应用系统的工具。高档的创作工具用于影视系统的动画制作及特技效果，中档的用于培训、教育和娱乐节目制作，低档的用于商业简介、家庭学习材料的编辑。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，需要从下面四个方面研究数据库1).多媒体数据模型2).媒体数据压缩和解压缩的模式3).多媒体数据管理及存取方法4).用户界面超文本/超媒体技术超文本是一种新颖的文本信息管理技术，它提供的方法是建立各种媒体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