1、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,1.1 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
2、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： ,(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
3、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。,1.1.2 多媒体技术的主要特征多媒体技术的出现， 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、
4、 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。,(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，
5、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。 ,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。,1.2 多媒体的发展历史,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，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(Window
6、s)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、 Windows 3.0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。 ,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
7、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)等功能。 1986年，Philips和Sony公司联合推出ID -I(Compact Disc Interactive，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。,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Action media ，
8、 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(Audio Video Kernel)，并逐步扩展到Windows 3.1和OS/2的2.0以上。,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
9、， 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。 ,MPC1.0对计算机的基本要求是：16 MHz 386SX处理器， 2 MB的内存，30 MB硬盘，16色的VGA显示，150 KB/s的持续传送速率和平均最快查询时间为1 s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
10、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Photo CD的支持。 MPC2的标准配置是：25 MHz 486SX处理器，4 MB内存，160 MB硬盘， 256色VGA显示，300 Kb/s的持续传送速度和平均最快查询时间为400 ms的CD - ROM驱动器，16位声卡， Windows 3.1的操作系统。 ,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MPC 3标准，它充分反映了Pentium CPU、
11、MPEG视频压缩技术以及Windows 95的出现给多媒体带来的巨大冲击。MPC3规定的标准配置是：75 MHz的Pentium(奔腾)或与其兼容的CPU芯片， 8 MB内存， 540 MB硬盘，64 K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，Windows 3.1以上的操作系统。 ,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JPE
12、G；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964 Kb/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。 ,1.3 多 媒 体 系 统,1.3.1 多媒体的硬件系统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133 MHz就意味着该CPU每秒能处理133106条基本指令，主频越大则
13、速率越快。目前，仅Pentium CPU的主频就发展到P550 MHz。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Pentium CPU P55C就使用了一种称为MMX(MultiMedia Extension:,图 1 1 多媒体的硬件环境,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
14、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32 MB)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。 ,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(1024768)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16 777 216色。显示卡则最低要求是8 bit， 若显示更加真实的色彩则应选用24 bit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
15、介质， 但由于光盘容量大(一张光盘容量超过600 MB)、 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。,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
16、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8 kHz，量化数为8 bit时，就可以获得电话质量的音频信号；抽样频率增加到44.1 kHz，量化数为16 bit时，就可以获得激光唱盘的音频信号。,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
17、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、Video CD、 Karaoke CD、 Photo CD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。 ,1.3.2 多媒体的软件系统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
18、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Mac OS，它是最早的多媒体操作系统。1989年， 在Mac OS基础上又推出System，随后又正式发表System的多媒体扩充Quick Time，基于其System 7.5操作系统，配有最新的声像技术装备的PC机已是一台不需插任何卡的高性能多媒体计算机。,另一个操作系统是WME(Windows Multimedia Extension)。 Microsoft公司于1990年在Windows 3.0的基础上扩充了多媒体功能，在Windows 3.1内置的多媒体程序主要有媒体播放器(Media Playe
19、r)和录音机(Sound Recorder)； 另外， 还为多媒体应用开发人员提供了媒体控制接口、应用编程接口和对象链接与嵌入等系统支持。 媒体控制接口能为应用软件与相关的多媒体设备进行的通信提供命令驱动机制；应用编程接口是给软件开发人员提供一组函数，支持对波形文件和MIDI设备的操作；利用对象链接与嵌入技术，能将某一应用程序中的信息(例如声音、图像、动画等)，直接放入到另一个应用程序所创建的文档中。1995年，Microsoft公司又推出Windows 95， 进一步加强了对多媒体、视频和游戏的支持。随后又推出Windows 98，目前已成为多媒体计算机的主流操作系统。最近，微软公司又推出一
20、种功能更完善的操作系统Windows 2000。 ,第三个常用的操作系统是OS/2 MMPM/2(Multimedia Presentation Manager/2)， OS/2是真正的32位、多任务操作系统，在OS/2 2.0的基础上扩展了多媒体子系统MMPM/2，已成为3个主要的多媒体基础平台之一。 2. 多媒体素材编辑软件多媒体素材编辑软件也称数据准备和编辑软件，主要用于采集、整理和编辑各种媒体数据。该类软件种类很多，例如文字处理、声音录制和编辑、计算机图形制作、图像扫描和处理、全动态视频采集、动画生成编辑等软件，它实际上是创作软件中的一个工具类部分。 ,3. 多媒体创作工具软件多媒体创
21、作工具软件又称多媒体编辑创作软件，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将它们联接成完整的多媒体应用的系统工具。该类软件风格各异，适用的领域也不尽相同，较著名的软件有Macromedia公司的Authorware和Director，HSC Software公司的HSC InterActive，Asymetrix公司的ToolBook以及我国方正公司的奥恩等。Office 97中的PowerPoint软件也可以看成一类专用的多媒体制作工具，适宜于开发商业多媒体演示、 幻灯片和电子教案等多媒体应用。4. 多媒体应用软件多媒体应用软件是在多媒体硬件平
22、台上设计开发的面向应用的软件或由这些软件创作工具开发出来的应用软件。,1.4 多媒体技术研究的主要内容,下面简要介绍多媒体技术所研究的主要内容， 其中某些内容也是本书各章节讨论的主题。 (1) 标准化。它是国际上重点研究和讨论的课题之一。 目前，在多媒体方面已经形成许多国际标准，在讨论和研究多媒体软件、 硬件和系统结构时，都应遵循这些标准。随着多媒体技术的发展， 也要制定新的标准。 (2) 数据压缩。在多媒体系统中， 由于涉及到声音、 图像或视频，数据量非常大。例如，一幅分辨率是640480、 256色的图像， 约需0.3 MB的空间，如果用2 400 b/s的传输速率在电话线上传输，约需17
23、 min。因此，为了使多媒体达到实用水平，对数据进行有效的压缩将是多媒体中必须要解决的关键技术之一。,数据压缩问题从PCM编码理论开始，到目前已形成的多媒体数据压缩标准的JPEG、MPEG，已产生了各种各样的压缩算法。但研究仍未停止，人们还在继续寻找更加有效的压缩算法，及其用软件、硬件的实现方法。(3) 多媒体信息特性与建模。为了更好地理解多媒体的本质，就必须研究各种媒质的信息特性。多媒体信息特性的研究包括多媒体的种类、性质及其相互关系；媒体之间转换的意义、 方法和手段；媒体处理的特点等。在此基础上，要研究多媒体数据的建模方法，包括信息空间的形成、时间特性的表示、 面向对象的方法、媒体之间相互
24、的关系、信息内容的表示方法等等。 ,(4) 多媒体信息的组织与管理。信息及数据管理是信息系统的核心问题之一。多媒体的数据量大、种类多，各种媒体之间既有差距， 又有信息上的关联， 故需要一种有效的方法来管理多媒体信息。处理大批非规则的数据主要有两个途径， 一是扩展现有的关系型数据库；二是建立面向对象数据库系统， 以存贮和检索特定的信息。除此之外，还有一种新型的管理方法， 称为超媒体(Hyper media)，它一般也采用面向对象的信息组织和管理形式。由于多媒体各个信息单元可能具有与其它信息单元的联系，这种联系又经常确定了信息之间的相互关系， 因此，这些信息单元就可组成由节点和各种不同类型的链构成
25、的网，该网就是超媒体信息网。在超媒体中，信息的组织是以非线性的形式来存贮、管理和浏览的。这样，用户对信息的使用将更加灵活方便，新的信息管理方法就会带来更加灵活的信息检查形式。过滤式的信息浏览查询、信息结构查询、基于内容的查询、基于延时敏感性媒体的检索等都是需要研究和解决的课题。 ,(5) 多媒体通信与分布处理。现有的通信网有很多种， 但都不大适合于数字化的多媒体数据的传输，对于实时性要求不高且数据量不很大， 矛盾尚不突出，涉及大量数据的传输，许多网络特性就难以满足。 宽带综合业务数字网(B - ISDN)是解决此类问题的一个比较好的方法， 也是近年研究的热点问题。 多媒体的分布处理也是一个重要的研究课题。因为要想广泛地实现信息共享，计算机网及其在网络上的分布化、协作性操作就不可避免。这样，也就促使人们去研究如何判定有效的协议，如何充分发挥分布式系统的协作性作用，如何使得各系统与各用户之间更易于交换信息、共享信息和同时处理信息等问题。,
