第1章多媒体的基本概念

第1章绪论第1章绪论1.1多媒体的基本概念1.2多媒体的发展历史1.3多媒体系统1.4多媒体技术研究的主要内容返回主目录第1章绪论第11.1多媒体的基本概念1.1.1多媒体所谓多媒体主要是指信息的载体，一般分为5类，分别是感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体。其中最重要的是表示媒体，即信息的存在和表现形式，例如数值、文字、声音、图形、图像等。多媒体这个术语是60年代开始使用的。最初的含义是把两个或更多的媒体组合成单一产品或呈现系统，以通过多种感官通道来交流信息。近年来，随着研究的不断深入，尤其随着多媒体和计算机技术的紧密结合，多媒体被赋予了更深刻的含义。关于多媒体的概念，国内外也产生了不同的定义。有代表性的几种解释是：第1章绪论(1)计算机交互式综合处理多种媒体信息——文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并且具有交互性。(2)多媒体是以下两种以上媒体组成的结合体：文本、图形、动画、静态视频、动态视频、声音。这就意味着电视节目、动画片、个人视话(AV)表现都可以被看作是多媒体。(3)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。(4)多媒体技术就是能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒质)上的信息进行处理的技术。(5)多媒体是声音、动画、文字、图像和录像等各种媒体的组合。多媒体系统是指用计算机和数字通信网技术来处理和控制多媒体信息的系统。第1章绪论1.1.2多媒体技术的出现，为社会的信息传播和交流提供了新的功能。例如，通过人机对话而相互获得对方的信息，出版发行机构的电子出版物等。和传统的电脑技术相比，多媒体具有如下3个重要特征。(1)综合性。综合性是指多媒体技术的目标在多种媒体的环境中尽可能在带宽、失真度和有效性等方面模拟人类间面对面时所使用的感官和能力，即提供多种多样的感觉媒体信息。早期的计算机只能处理数值、文本以及经过处理的图形或图像等方面的信息，而多媒体计算机则能综合处理文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种信息，从而改变了计算机信息处理的单一模式，使人们能综合地处理多种信息。第1章绪论(2)集成性。集成性是指多媒体系统的设备以及多媒体的信息和表现的集成。多媒体设备的集成是指具有能处理多媒体信息的高速及并行的CPU系统、大容量存贮器、适合多媒体多通道的输入/输出能力及外设、宽带通信网络接口等。信息媒体的集成则是指将多种不同的媒体信息(如文本、声音、图形和图像等)有机地进行同步组合，使之成为一个完整的多媒体信息系统。(3)交互性。交互性是指人与机器、人与人以及机器与机器之间的对话或通信，以相互获得对方的信息。例如，目前各种多媒体教育软件，允许用户自行选择所学习的内容，还可按不同方式与屏幕显示内容进行沟通，从而实现“人机对话”。但单一的电视机就不能称为多媒体，因为人只能被动地观看，不能与电视机进行对话。因此，交互性是多媒体的关键特性。第1章绪论综上所述，多媒体技术是一种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、计算机软件和硬件技术、人工智能和模式识别技术、通信和图像技术等，是一门跨学科的综合性技术。第1章绪论1.21.2.1多媒体计算机技术最早起源于20世纪80年代中期。1984年，美国Apple公司在Macintosh上大胆地引入位映射(bitmap)的概念来对图进行处理，使用了窗口(Windows)和图符(Icon)作为用户接口，并最早用GUI(图形用户接口)取代CUI，用鼠标和菜单取代了键盘操作。1985年开始了窗口(Windows)的研制，历经了Windows286、Windows386、Windows3.0等版本。1987年又引入“超级卡”(Hypercard)，使Macintosh机成为用户易使用、易学习且能处理多媒体信息的机器。第1章绪论1985年，美国Commodore个人计算机公司推出世界上第一台多媒体计算机Amiga,配置了Motorola公司生产的M68000微处理器作为CPU，采用了自己研制的3个专用芯片：图形处理芯片Agnus8370、音响处理芯片Paula8364和视频处理芯片Denise8362。Commodore还提供了一个多任务Amige操作系统，并且有下拉菜单、多窗口、图符(Icon)。1986年，Philips和Sony公司联合推出ID-I(CompactDiscInteractive，交互式紧凑光盘系统)，同时公布了CD-ROM文件格式，后来经过国际标准化组织(ISO)的承认而成为国际标准。第1章绪论该项技术对大容量存贮设备光盘的发展产生了巨大的影响，为存贮声音、文字、图形、视频等数字化信息提供了有效的手段。1991年，Intel和IBM公司又推出多媒体改进技术ActionmediaⅡ，硬件部分由采集板和用户板组成，可作为微通道和ISA总线的选件；在软件方面开发出多媒体的音频和视频内核AVK(AudioVideoKernel)，并逐步扩展到Windows3.1和OS/2的2.0以上。第1章绪论1.2.2标准化阶段90年代以来，多媒体应用迅速拓宽，其应用范围包括培训、教育、商业、产品展示和咨询、信息出版、个人娱乐等领域。其产品的应用目标，既涉及研究人员，又和普通消费者有关，因此标准化问题成为多媒体技术实用化的关键。1990年10月，在微软公司召开的“多媒体个人计算机市场协会”上，制定了MPC1.0标准。在这个标准公布之前，媒体软硬件的开发没有统一的规格，软硬件厂商各自为政，无法制作出适合不同计算机的多媒体产品。MPC1.0标准的诞生，为计算机整机、外设制造商、软件商提供了共同遵循的标准，促进了多媒体计算机产品和软件的发展。第1章绪论MPC1.0对计算机的基本要求是：16MHz386SX处理器，2MB的内存，30MB硬盘，16色的VGA显示，150KB/s的持续传送速率和平均最快查询时间为1s的CD-ROM，8位声卡以及带有多媒体扩展的Windows操作系统。从目前来看，MPC1.0标准已经过时，但作为多媒体计算机的第一个系统规范，在多媒体技术的发展和普及过程中具有重要的地位。1993年，“多媒体个人计算机市场协会”又发布了多媒体微机的性能标准2(MPC2.0)，新规格与原有的MPC1.0相兼容，除对CPU主频、内存和硬盘等常规外设改进外，功能上得到最大改进是对声音、图像、视频动画播放和PhotoCD的支持。MPC2的标准配置是：25MHz486SX处理器，4MB内存，160MB硬盘，256色VGA显示，300Kb/s的持续传送速度和平均最快查询时间为400ms的CD-ROM驱动器，16位声卡，Windows3.1的操作系统。第1章绪论1995年6月，“多媒体个人计算机市场协会”改组，成立了“多媒体个人计算机工作组”，制定了MPC3标准，它充分反映了PentiumCPU、MPEG视频压缩技术以及Windows95的出现给多媒体带来的巨大冲击。MPC3规定的标准配置是：75MHz的Pentium(奔腾)或与其兼容的CPU芯片，8MB内存，540MB硬盘，64K色VGA或以上等级图形加速卡/显示卡，4倍速CD-ROM驱动器，16位声卡，每秒钟能够播放30帧NTSC制式或24帧PAL制式的MPEG-1压缩视频，Windows3.1以上的操作系统。第1章绪论多媒体计算机的关键技术是关于多媒体数据的压缩编码和解码算法，目前主要采用的是ISO和CTU联合制定的3个主要标准。一是为了建立通用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像的数字压缩国际标准JPEG；二是为了实现全屏幕运动图像压缩编码与解码的MPEG-1标准；三是一个面向可视电话和电视会议的视频压缩算法的国际标准9×64Kb/s。除了上述的标准化工作外，为了开拓多媒体应用，另一个关键是降低多媒体产品的成本，提高多媒体计算机软硬件的质量。第1章绪论1.3多媒体系1.3.1一个典型的多媒体硬件配置环境如图1-1所示。多媒体硬件的核心是计算机，CPU是计算机的“心脏”，衡量多媒体计算机的CPU芯片主要指标是两项。一项是运算速度，也称主频，即CPU的内部运算“时钟”频率。例如主频是133MHz就意味着该CPU每秒能处理133×106条基本指令，主频越大则速率越快。目前，仅PentiumCPU的主频就发展到PⅢ550MHz。另一个指标是对多媒体指令的处理能力。比如，Intel公司开发的新一代PentiumCPUP55C就使用了一种称为MMX(MultiMediaExtension:第1章绪论图1–1多媒体的硬件环境显示卡显示器CPU中央处理单元数字激光唱盘CD—ROM硬盘网络接口键盘鼠标器视频扩展卡音频扩展卡扬声器摄象机话筒第1章绪论多媒体扩展)的新技术，它在CPU原有的指令集基础上，引进了一组基本的通用整型多媒体指令集，大大提高了计算机对图形图像、MPEG视频、音乐合成、语音识别与压缩、电视会议、3D游戏的处理能力。另外，多媒体对计算机的内存也要求很高，例如，Windows本身和其它多媒体程序运行时就需要占用数兆字节至几十兆字节的内存，因此，理想的多媒体计算机需要大量的内存。在一般场合下，内存超过某个特定值(一般为32MB)以后，增大内存并不能使计算机运算速度显著提高，但内存太小则肯定会降低运算速度。第1章绪论为了能够显示高质量的图像，多媒体计算机必须选用高分辨率(1024×768)和显示多种颜色的显示器。例如，照片的显示，则至少要求256种颜色。对于TrueColor(真彩)则要求能显示16777216色。显示卡则最低要求是8bit，若显示更加真实的色彩则应选用24bit的显示卡。CD-ROM驱动器是多媒体应用的关键设备之一。虽然CD-ROM并不是多媒体的必需设备，和软盘、硬盘一样，也是存贮和恢复数据的一种介质，但由于光盘容量大(一张光盘容量超过600MB)、成本低、携带方便、信息稳定等优点，已成为存贮多媒体信息的最佳介质。衡量CD-ROM驱动器的技术指标很多，最主要的还是速度。由于CD-ROM的速度相对于硬盘比较慢，高速驱动器才能快速读取数据，避免不连续视频和音频等问题。第1章绪论目前CD-ROM驱动器的速度不断提高，48倍速的CD-ROM驱动器已经用得很普遍，而且更高倍速的驱动器还在不断上市。对于多媒体应用来讲，至少要有8倍速的CD-ROM驱动器。音频是多媒体信息的重要成分，也是多媒体最重要的标志之一。计算机主要借助音频扩展卡来处理音频信息，它可以把话筒送来的模拟音频信号转换成数字信号，用计算机来处理数字化的音频信号，也可以把计算机中的数字信号转换成模拟信号送到扬声器。用户可以选择抽样频率和量化比特。抽样频率为8kHz，量化数为8bit时，就可以获得电话质量的音频信号；抽样频率增加到44.1kHz，量化数为16bit时，就可以获得激光唱盘的音频信号。第1章绪论计算机配备上视频扩展卡，还能够录制和演播视频信号。视频卡大致可分为3类，分别是视频采集卡、视频回放卡和电视接收卡。视频采集卡又可分为高质量视频采集卡、高质量的AVI采集卡和普通视频采集卡。高质量视频采集卡适用于影视、卫星广播、多媒体开发商等领域；高质量的AVI采集卡适用于商业演示、CD-ROM片、录像带制作等；普通视频采集卡适用于对图像质量要求不太高的多媒体演示系统等视频应用。视频回放卡(解压卡)，主要功能是播放CD-I、VideoCD、KaraokeCD、PhotoCD等格式的影碟/光盘。电视接收卡(TV卡)，主要用于接收电视信号，以便在计算机上观看电视节目。第1章绪论1.3.2多媒体计算机除了满足一定的硬件配置要求外，还必须有一定的软件来支持，否则难以实现其多媒体功能。从多媒体软件的功能来看，可分为系统软件、多媒体素材编辑软件、多媒体制作工具软件和多媒体应用软件。1.多媒体系统软件也就是通常说的多媒体操作系统，它属于最底层的多媒体软件。目前，PC平台上主要有3种操作系统，一是Apple公司于1984年推出的MacOS，它是最早的多媒体操作系