《多媒体技术概述》

多媒体技术及应用第一章多媒体技术概述1.1多媒体的基本概念1.1.1媒体及其分类•媒体的概念媒体（medium）：媒体是信息表示和传输的载体。在计算机领域有两种含义：一是存储信息的实体：如磁盘、光盘、磁带等二是传递信息的载体：如数字、文字、声音、图形等1.1.1媒体及其分类CCITT(目前已被ITU取代)对媒体分类：感觉媒体表示媒体表现媒体存储媒体传输媒体1.1.1媒体及其分类对媒体的分类：•感觉媒体：指能直接作用于人的感觉器官，使人直接产生直接感觉(视、听、嗅、味、触觉)的媒体。如人类的语言、音乐、声音、图形、图像、计算机中的文件、数据等。•表示媒体：为加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造出来的一种媒体。其目的是更有效地加工、处理和传送感觉媒体。包括各种编码方式，如语言编码、文本编码、图像编码等。•表示媒体就是信息的表示方法。信息本身是无形的，如果要使信息能被人理解和接受，必须将信息通过一定的方法表示出来。例如语言文字就是一种表示媒体。注意，在没有经过表现媒体的“表现”之前，表示媒体并不能让你获得任何信息。比如我将我的思想组织成一段话（表示媒体），但在我没有说出来之前（表现媒体），你仍然无法知道我到底在想什么。1.1.1媒体及其分类媒体的分类•表现媒体：又称为显示媒体，指感觉媒体和用于通信的电信号之间转换用的一类媒体。包括两种：输入表现媒体有键盘、摄像机、光笔、话筒等；输出表现媒体有显示器、音箱、打印机等。•存储媒体：表存储介质，如计算机的硬盘、软盘、磁带及光盘等。•传输媒体：用来将媒体从一处传送到另一处的用物理载体，是通信中的信息载体，如双绞线、同轴电缆、光纤等。•在多媒体系统中，汉字编码属于•A.表示媒体•B.表现媒体•C.传输媒体•D.存储媒体感觉媒体及其分类多媒体技术中多指感觉媒体，常见的有：•视觉类视觉（静止）图像图形文字符号语言文字（动态）图像图形动态影像视频真实感三维动画二维动画三维动画1.1.1媒体及其分类•听觉类•触觉•其他感觉抽象化听觉声音声响（自然界）语音（人类语言）音乐其它（嗅觉、味觉等）触觉振动运动传感/发生器1.1.2多媒体与多媒体技术•多媒体(multimedia)的概念定义：Multimediaissimplymultipleformsofmediaintegratedtogether.Mediacanbetext,graphics,audio,animation,video,data,etc.以数字化为基础，能够对多种媒体信息（包括文字、声音、图形、图像、动画与视频等）进行采集、编码、存储、传输、处理和表现，综合处理多种媒体信息并使之建立起有机的逻辑联系，集成为一个系统并能具有良好交互性的技术。由此，多媒体不仅指多媒体本身，而且包括处理和应用它的一整套技术。所以说“多媒体”与“多媒体技术”是同义词。1.1.2多媒体与多媒体技术•信息载体的多样性信息载体的多样性是多媒体的主要特性之一，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。在多媒体技术中，计算机所处理的信息空间范围拓展了，不再局限于数值、文本、图形和特殊对待的图像，并且强调计算机与声音、活动图象（或称为影像）相结合，以满足人类感官空间对多媒体信息的需求。这在计算机辅助教育，以及产品广告、动画片制作等方面有很大的发展前途。1.1.3多媒体技术的特点1.1.3多媒体技术的特点•实时性—适应了信息载体的多样性–实时性指的是多媒体系统中声音及活动的视频图像是强实时（hardrealtime）的，多媒体系统需提供对这些与时间密切相关的媒体实时处理能力。1.1.3多媒体技术的特点•交互性—易于人和计算机的交互–交互性指人可以对信息进行加工处理并控制信息的输入、输出及播放。交互可以增加对信息的注意力和理解力，延长信息保留的时间。–当我们完全地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，这才是交互式应用的高级阶段，这就是虚拟现实（VirtualReality）。•集成性：多媒体技术不仅要对多种形式的信息进行各种处理，而且要将它们有机地结合起来，突出的例子是动画制作，要将计算机产生的图形或动画与摄像机摄得的图叠加在一起，在播放时再和文字、声音混合，这样，就需要对多种信息的综合和集成处理。多媒体的集成性主要体现在两个方面：1.1.3多媒体技术的特点1.1.3多媒体技术的特点1.多媒体信息的集成，是指各种媒体信息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便用；2.操作这些媒体信息的工具和设备集成，是指与多媒体相关的各种硬件设备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联想的集成环境，以提高多媒体软件的生产力。总之，多媒体最显著的特点是具有媒体的多样性、实时性、集成性和交互性。从这个角度就可判断什么是多媒体。如电视等不具备交互性，所以不是多媒体。•多媒体技术是综合的高新技术，它是多个相关学科综合发展的产物。–微电子技术；–计算机技术；–通信技术；–其他技术。•从应用角度来看，人们对多媒体系统的认识一是来自电视，一是来自计算机。•使电视用户有一定的控制权限和使计算机画面更加赏心悦目成了我们改进的目标，这正是电视和计算机结合原因所在。•将计算机软硬件技术、数字化声像技术和高速通信网技术集成为一个整体，把多种媒体信息的获取、加工、处理、传输、存储、表现于一体。1.1.4多媒体技术的研究意义•多媒体技术不仅是时代的产物，也是人类历史发展的必然。•从人类历史的发展来看，人与人之间的交流手段是推动社会发展的一个重要因素•从计算机发展的角度来看，用户和计算机的交互技术一直是推动计算机技术发展的重要动因。•多媒体技术将文字、声音、图形、图像集成为一体，获取、存储、加工、处理、传输一体化，使人机交互达到了最佳的效果•多媒体技术的引入提高了工作效率1.2多媒体技术的发展历程•启蒙发展阶段•标准化阶段•普及应用1.2.1启蒙发展阶段•多媒体计算机技术最早起源于20世纪80年代中期。•1984年，Apple公司在研制Macintosh计算机时，为了改善人机交互界面，创造性地使用了位映射(bitmap)、窗口(window)、图符(icon)等技术，所带来的图形用户界面(GUI)，同时鼠标作为交互设备配合GUI使用，大大方便了用户的操作。•1985年，Microsoft公司推出了Windows，它是一个多任务的图形操作环境。•Amiga（非正式译名为阿米加）是Amiga公司开发的个人电脑产品系列。在1982年，主要的硬件设计师杰·迈纳开始了Amiga的开发工作。CommodoreInternational收购了Amiga公司后，在1985年将Amiga引入到市场里。“Amiga”这个名词在西班牙语里意为女性朋友。1.2.1启蒙发展阶段•Amiga使用了支持多媒体图形和音频的多处理器技术，所以它具有很好的视频和音频质量。也使得它超越了同时期的其它电脑,它通常被使用在电影制作视频和音频的后期处理上。Amiga500使用了主频为7.14MHz的Motorola68000CPU，搭配512K内存。大部分软件都在3.5“软盘上运行，当然也可以使用硬盘。Amiga使用的OS是第一个支持多任务的桌面操作系统，这一点连Apple、Microsoft和IBM也自叹不如。•Amiga成为了高分辨率，快速用户响应接口，以及适合游戏的计算机的同义词。1.2.1启蒙发展阶段Commodore公司在1987年出产的Amiga500是当时最受欢迎的Amiga电脑型号•1986年，荷兰Philips公司和日本Sony公司联合出CD-I，同时公布了该系统所采用的CD-ROM光盘的数据格式，这项技术对大容量存储设备光盘发展起着巨大的影响，并经ISO认可成为国际标准。1.2.1启蒙发展阶段•该系统把高质量的声音、文字、计算机程序、图形、动画以及静止图象等都以数字的形式存放在容量为650MB的5英寸只读光盘上。用户可通过与该系统相连的家用电视机、计算机显示器和CD-I系统进行通信、使用鼠标器、操纵杆和遥控器等定位装置选择人们感兴趣的视听材料进行播放，可完成培训或教育任务•大容量光盘出现为存储表示声音、文字、图形、视频等高质量的数字化媒体提供了有效的手段。1.2.1启蒙发展阶段•关于交互式视频技术的研究1983年开始，美国无线电公司RCA研究中心就着手研制交互式数字视频系统，后来RCA把推出的交互式数字视频系统DVI卖给了GE公司。1987年，Intel公司又从GE买到这项技术，于1989年初把DVI技术开发成为一种可普及商品。随后又和IBM公司合作，在Comdex/Fall’89展示会上推出ActionMedia750多媒体开发平台。1991年，Intel和IBM合作又推出了改进型的ActionMediaⅡ，ActionMediaⅡ在扩展性，可移植性，视频处理能力等方面均大大改善。1.2.1启蒙发展阶段1.2.2标准化阶段•1990年10月，在微软公司召开多媒体开发工作者会议上提出MPC1.0标准。•1993年由IBM，Intel等数十家软硬件公司组成的多媒体个人计算机市场协会(MPMC)发布了多媒体个人机的性能标准MPC2.0。•1995年6月，MPMC又宣布了新的多媒体个人机技术规范MPC3.0。•1996年以后，新的个人机均支持基本多媒体功能。数字化图像压缩国际标准•JPEG标准•MPEG标准•ITUH.26X标准JPEG标准•它是ITU和ISO两家联合成立专家JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)建立的适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。该标准在1991年通过为ISO/IEC10918标准，全称为“多灰度静态图像的数字压缩编码”标准。MPEG标准•为了制定有关运动图像压缩标准，ISO建立一个专家组MPEG(MovingPictureExpertsGroup)，它从1990年开始工作。•MPEG提交的MPEG-1标准用于1.5Mbps速率运动图像，作为ISO/IEC11172号标准，于1992年通过。平均压缩比为50:1。•MPEG-2(大于1.5Mbps)。•MPEG-4(甚低速率)。•MPEG-7(多媒体检索)。•MPEG-21(多媒体应用框架)。ITUH.26X标准•H.261方案标题是“64kbps视声服务用视象编码方式”(P×64kbps)。该方案确定于1988年，是一面向可视电话和电视会议的视频压缩算法的国际标准，其中P是可变参数。•P=1或2时，只支持QCIF分辨率(176×144)格式每秒帧数较低的可视电话；•当P≥6时，则支持CIF分辨率(352×288)格式每秒帧数较高的活动图像的电视会议。•H.262/263标准。数字化音频压缩标准•MPEG-1,2,4音频标准•16kbpsITU标准化方案G.728准备用在64kbps的ISDN线路的可视电话，带宽分配为语音16kbps，图像48kbps。•32kbpsITU标准化方案G.721标准。目的是最终取代现有PCM电路传送方式，最初是面向卫星通信，长距离通信以及信道价格很高线路的语音传输。目前应用领域还包括电视会议的语音编码，为提高线路利用率的多媒体多路复用装置，数字录音电话及高质量语音合成器等。•64kbpsITU标准化方案G.722该标准是面向7kHz带宽以语音和音乐为对象的标准化音响编码方案，应用领域是面向高质量语音通信会议的。它具有3种工作模式即64kbps，56kbps和48kbps。•CD-DA•CD-ROM•CD-I•VCD•DVD光盘标准•1979年，Philips和Sony公司结盟联合开发CD-DA(CompactDisc-DigitalAudio,精密光盘数字音频）标准。Philips已经是开发了商业的激光唱盘播放器，Sony旗下则有十几年的数字记录技术研究经验。当它们就规范单一的音频技术进行协定时，这两个公司陷入了争吵——这就引入了潜在的不兼容的音频激光盘格式。•Phi