多媒体技术基础及应用.docx-道客多多

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1、教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材多媒体技术基础及应用辅导与实验钟玉琢沈洪编著冼伟铨清华大学出版社( 京 ) 新登字 158 号内容简介本书是多媒体技术基础及应用一书的配套教材。本书内容分为两部分 , 第一部分是各章辅导材料。每章内容有 : 本章要点、重点与难点内容分析、本章小结、例题详析和习题。在重点与难点内容分析中 , 对各章的重点内容

2、, 和较难理解的内容进行了较深入的分析和讨论。 “例题详析 ”选择了具有代表性的例题进行分析, “习题 ”部分编制了大量各种类型的习题。在附录部分给出了各章的习题参考答案。第二部分是实验内容 : 列出了每个实验的名称、实验目的与要求、实验预备知识、实验的内容和步骤以及实验思考题。本书是全国电大 “现代远程开放教育 ”“计算机科学与技术

4、nghua . edu . cn印刷者 : 北京市清华园胶印厂发行者 : 新华书店总店北京发行所开本 : 787 1092 1/ 16 印张 : 13.75 字数 : 326 千字版次 : 2000 年 12 月第 1 版 2000 年 12 月第 1 次印刷书号 : ISBN 7-302-00696-2/ T P235印数 : 0001 5000定价 : 18.00 元序我们正处在跨越世纪的门槛上 , 人类社会在一股股变革性力量的推动下发生着根本性的变化

5、。知识经济时代的到来向我们显示 , 一个国家最重要的资源已经不再是土地、劳动力或资本 , 而是其国民的知识和创造力 ; 国与国的竞争虽然常常表现为政治、经济或军事实力的较量 , 但归根到底已是一场教育和科技的竞争。换言之 , 国家的综合实力将主要由其国民的教育水平来决定。一时间 , 世界各国的校长们、跨国企业的巨头们乃至许

6、多的政府首脑们都在纷纷议论 21 世纪的教育 , 以迎接知识经济的挑战。我们中华民族有着蜿蜒几千年的文明 , 为在世界民族之林重振雄风 , 再展辉煌 , 发出了时代的特强音 : 实施科教兴国 , 提高全民素质。从中央领导到广大群众 , 都对教育提出了更高的要求 , 寄予了更大的希望 , 同时也给予了更多的支持。人们在这方面的思想观念和实践

7、探索正在以空前的速度发展着。中国的高等教育已经走完了一个世纪的路程。已经过去的 20 世纪正是它从无到有、从小到大、由产生到发展的一段百年历史。中国人民在短短的数十年时间里构筑了资本主义国家好几百年才形成的高等教育体系 , 涌现出一批高水平的学校 , 培养了一大批高层次优秀人才 , 取得了辉煌的成就。但是在新时期 , 教

8、育不适应现代化建设需要的矛盾不断显露 , 我国劳动者受教育水平普遍较低的现象无法面对新世纪的机遇和挑战 , 我国高等教育的发展现状也难以满足广大人民群众空前强烈的受教育愿望。一代伟人邓小平早在十年前就一针见血地指出 , 我们的最大失误是教育 , 一是放松了对青少年的思想道德教育 , 二是教育规模发展不够快。现在看来 , 这

9、两个问题依然是症结所在。一个十二亿人口的泱泱大国 , 高等学校的毛入学率仅 10% 左右 , 实在很不相称。我国的高等教育已经面临着大力发展、高速发展、从根本上改变落后状态的紧迫问题。令人欣慰和鼓舞的是中国有一所全世界最大的大学中国广播电视大学 , 上百万的学生遍布在九百六十万平方公里的辽阔土地上。它突破传统教育在空间上

10、的限制 , 不断减弱时间上的束缚 , 以覆盖面广、全方位为各类社会成员提供教育服务的优势 , 成为中国高等教育体系中的一个重要组成部分。二十多年来 , 它为实现高等教育大众化 , 为提高我国劳动者的整体素质 , 为变巨大的人口包袱为巨大的人力资源 , 以形成浩浩荡荡的高水平建设大军 , 发挥了不可磨灭的作用。最近 , 中央电大又有重大

11、改革举措 , 进一步面向社会开展了 “开放教育 ”等项试点工作 , 在教育思想、招生对象、培养模式、管理机制方面进行新的探索。尤其引人注目的是中央电大与国内的一些重点高校形成了紧密的合作关系 , 携手为我国现代远程教育开拓新路。重点高校有学科和教学上的优势 , 它们的加盟有利于电大提高教学质量、办出特色 ; 而中央电大有很丰

12、富的教育资源 , 有完整的办学系统 , 有一支富有经验的教学与管理队伍 , 特别是有较强的社会服务意识和人才市场意识 , 这对于需要进一步向社会开放的普通高校而言 , 又有许多值得学习和借鉴之处。我们完全有理由相信 , 中央电大和重点高校的结合 , 不仅可以在现阶段实现优势互补、资源共享 , 而且有可能成长出一种符合我国国情发展教

13、育的最具潜力的新型教育模式。现在摆在我们面前的这套中央广播电视大学本科 ( 专科起点 )“计算机科学与技术 ”专业教材 , 就是中央电大和清华大学合作的产物。在开放教育试点启动之际 , 在计算机及其网络技术日新月异、其爆炸式发展和神话般应用使人们眼花缭乱、不知所措之时 , 在我国至少缺乏数十万计算机软件及网络技术人才的当口

14、, 这套教材像雪里送炭 , 像清风送爽 , 终于在人们的企盼和惊喜中问世了。它确实及时和解渴。教材的编者是清华大学计算机系一批学术水平高、教学经验丰富的教授 , 他们以知识、能力和素质的全面训练为目标 , 将教材的先进性、实用性和可读性融为一体。教材纲目清楚 , 重点突出 , 深入浅出 , 便于自学。书中每章有小结 , 章章有习题 , 有

15、的还配有实验指导和习题解答 , 不仅对计算机专业学生适用 , 其他专业的学生也可以此入门。清华大学的老师们还准备为这套教材制作多媒体导读光盘和网络辅导教材 , 指明教学基本要求 , 区分应该熟练掌握和只需一般了解的内容 , 并进行重点难点分析和讲解。这全套的教材称得上是难得的好书。对于中国广播电视大学我是颇有感情的 , 不只

16、是因为它过去的功绩和带给人们未来的曙光 , 还因为我本人二十年前也曾参与过中央电大电子技术基础课程的教学工作。那时我收到许多电大学生热情洋溢的来信 , 强烈感受到他们对知识与教育的渴求 , 感受到他们学习的艰辛和坚韧不拔的毅力 , 同时也感受到了广大学生对我的信任和鼓励。当年的电大学生如今多数已成为我国经济建设和社

17、会发展中的骨干 , 一些人后来获得了博士学位 , 有的已成为我国重点大学的教授。中央电大的成功实践已在社会上赢得了很好的声誉 , 而当前扩大教育规模、构建终身学习体系的社会呼唤又给电大今后的发展提供了新的难得的机遇。近年来 , 信息网络与多媒体技术突飞猛进 , 也使电大的远程教育形式跃上了现代化的新台阶。这次中央电大和清

18、华大学合作 , 共同在计算机专业开放教育改革试点中付出了辛勤的劳动 , 播下了希望的种子。我期待着中央电大有更多的创新 , 更大的发展 , 更加充满活力。我也殷切希望电大的学生们为中华民族的强盛而自强不息 , 学有所成。努力吧 , 中国广播电视大学一定能成为中国教育界一颗璀璨的明珠。清华大学副校长、教授二年八月于北京前言多媒

19、体技术基础及应用多媒体技术基础及应用辅导与实验这两本书是为全国电大 “现代远程开放教育 ”“计算机科学与技术 ”专业专升本限定选修课专门编写的两本教材。应用多媒体技术是 20 世纪 90 年代计算机技术的又一场革命 , 21 世纪将是信息化社会 , 以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重不断增长 , 多媒体技术及其产品是

20、当今世界计算机产业发展的新领域。为适应多媒体技术迅速发展的需求 , 1992 年清华大学首次为全校研究生开设 “多媒体计算机技术 ”选修课 , 当时我们编写了多媒体计算机技术一书作为该选修课的教材 , 1993 年 5 月由清华大学出版社出版。从 1997 年开始我们为清华大学计算机系本科生开设了 “多媒体技术及其应用 ”选修课。由于计算机技术

21、、多媒体技术以及通信技术的迅速发展 , 我们深感原教材内容有些陈旧 , 想把近几年讲课增补的内容及近几年的科研成果编写到新教材中 , 经教育部理科计算机学科教学指导委员会审定 , 为适应全国高等院校开设多媒体课程的需要 , 我们编写了多媒体计算机技术基础及应用一书作为高等院校多媒体技术课程的统编教材 , 1999 年 6 月由高等教

22、育出版社出版。多媒体技术基础及应用是按照电大现代远程开放教育的培养目标而编写的教材 , 该教材注意电大专科与本科学习内容的区分与衔接 , 从理论上重视在专科的基础上 , 提高分析问题的能力 ; 在实践与实用性方面 , 加强实验和实用性的教学 , 注重培养学生解决实际问题的能力。教材共分 7 章 , 第 1 章概述多媒体计算机的定义、关键

23、技术、现状及发展趋势 ; 第 2 章和第 3 章介绍了音频视频信息的获取和处理技术 ; 第 4 章较详细地讲述了多媒体数据压缩编码技术及现行编码的国际标准 ; 第 5 章讲述了多媒体计算机硬件和软件系统结构 ; 第 6 章讲述了超文本和超媒体 ; 第 7 章介绍了多媒体计算机应用技术 , 包括 : 多媒体电子出版物的制作 ; 多媒体会议系统 ; 多媒体数据库及基

24、于内容检索。为了适应中央电大同学学习的特点 , 我们编写了这本多媒体技术基础及应用辅导与实验教材。内容分为两部分 , 第 1 部分是各章辅导材料。内容有 : 本章要点、重点与难点内容分析、本章小结、例题详析和习题。书中对各章的重点和较难理解的内容进行了较深入的分析和讨论。选择了具有代表性的例题进行分析讨论 , 并编制了大

25、量各种类型的习题。在附录部分给出了习题参考答案。第 2 部分是实验内容 : 列出了每个实验的名称、实验目的与实验要求、实验预备知识、实验的内容和步骤以及实验思考题。本教材可配合电大主教材使用 , 也可作为大专院校学生及其他科技人员学习多媒体技术的辅导教材。本教材由钟玉琢教授、沈洪副教授和冼伟铨副教授编写 , 参加编

26、写工作的还有蔡莲红教授、李树青教授、史元春副教授、王艺梅副教授和梁其程老师。在编写过程中 , 我们参考了不少国内同行编写的多媒体计算机教材 , 还有清华大学计算机系的论文及科研成果报告。多媒体计算机技术正处在蓬勃发展阶段 , 新的文献资料我们搜集的还不完整。限于作者学识水平 , 书中不足和错误之处 , 恳请读者给予批评指

27、正。本书编写过程中得到作者所在单位及其研究组其他成员的大力支持 , 在此表示衷心的感谢。作者 2000 年 2 月 18 日目录序 3. 2. 4 彩色全电视信号的数字锁相前言和数字解码 233. 3 本章小结 24第 1 部分辅导材料 1 3. 4 例题详析 24第 1 章多媒体计算机概述 1 3. 5 习题 251. 1 本章要点 11. 2 重点与难点内容分析 1 第 4 章多媒体数据压缩编码

28、技术 271. 2. 1 多媒体计算机的定义和 4. 1 本章要点 27分类1. 2. 2 多媒体计算机需要解决的关键技术114. 2 重点与难点内容分析4. 2. 1 多媒体数据压缩的重要性和分类27271. 2. 3 多媒体技术促进了通信、 4. 2. 2 量化的基本原理 28娱乐和计算机的融合 2 4. 2. 3 常用的压缩编码 291. 2. 4 多媒体技术的应用和发展 3 4. 2. 4 多媒体数据

29、压缩编码的国际1. 3 本章小结 4 标准 341. 4 例题详析 5 4. 3 本章小结 391. 5 习题 5 4. 4 例题详析 40第 2 章音频信息的获取与处理 74. 5 习题 412. 1 本章要点 7 第 5 章多媒体计算机硬件及软件系统2. 2 重点与难点内容分析 7 结构 432. 2. 1 数字音频的基本概念 7 5. 1 本章要点 432. 2. 2 音频卡的功能及工作原理 8 5. 2 重点与难点内容分

30、析 432. 2. 3 数字音频信号编码算法和标准 95. 2. 1 多媒体个人计算机 ( M P C) 的技术标准及升级方法 432. 2. 4 音乐合成技术 M IDI 9 5. 2. 2 典型数字视频交互式多媒体2. 3 本章小结 11 计算机系统分析 482. 4 例题详析 11 5. 2. 3 将多媒体和通信功能集成到2. 5 习题 12 CP U 芯片中的 M M X 技术 585. 3 本章小结 59第 3 章视频信号的

31、获取与处理 14 5. 4 例题详析 603. 1 本章要点 14 5. 5 习题 613. 2 重点与难点内容分析 143. 2. 1 彩色空间表示及其转换 14 第 6 章超文本和超媒体 633. 2. 2 视频信息和获取技术 20 6. 1 本章要点 633. 2. 3 视频采集卡的工作原理 21 6. 2 重点与难点内容分析 63 第 7 章多媒体计算机的应用技术 74 实验 5 利用 Author war e 5. X 制作7. 1

32、本章要点 74 多媒体软件 1467. 2 重点与难点内容分析 74 实验 6 用 F lash 制作网页 1587. 2. 1 电子出版物的创作过程 74 实验 7 超文本与超媒体 1777. 2. 2 多媒体会议系统的结构附录 1 习题参考答案 1977. 2. 3 和标准多媒体数据库及基于内80 附录 2 实验思考题参考答案 2076. 2. 1 超文本和超媒体基本概念 7. 3 本章小结 89及特性 63 7. 4

33、例题详析 906. 2. 2 超文本和超媒体的体系结 7. 5 习题 91构与模型 666. 2. 3 超文本与超媒体的应用及发展前景 686. 3 本章小结 71第 2 部分实验内容 93实验 1 声音信号的获取与处理 93实验 2 图像处理和图像文件格式6. 4 例题详析 72 的转换 1036. 5 习题 72 实验 3 视频信号的采集与处理 117实验 4 三维动画软件 133容检索 83 参考文献 2129第 1

34、部分辅导材料第 1 章多媒体计算机概述1. 1 本章要点1. 多媒体计算机的定义、分类以及多媒体计算机和普通计算机有什么不同 , 多媒体计算机要解决的关键技术。2. 多媒体技术促进了通信、娱乐和计算机的融合。特别是多媒体技术是解决高清晰度电视切实可行的方案 , 用多媒体技术制作 VCD、 DVD 及影视音响卡拉 OK 机以及个人信息通信中心

35、。3. 多媒体计算机技术的应用和发展 : 多媒体数据库、多媒体通信和多媒体创作工具以及多媒体计算机的发展趋势。1. 2 重点与难点内容分析1. 2. 1 多媒体计算机的定义和分类定义 : 计算机综合处理多媒体信息 ( 文本、图形、图像、音频和视频 ) 使多种信息建立逻辑链接、集成为一个系统并具有交互性的技术。简单地说 : 计算机综合处理声

36、、文、图信息 ; 具有集成性和交互性。从开发和生产厂商以及应用的角度出发多媒体计算机可以分为两大类 :( 1) 家电制造厂商研制的电视计算机 ( teleputer ) : 把 CPU 放到家电中 , 通过编程控制管理电视机、音响。有人称它为 “灵巧 ”电视 ( s mar t T V ) ;( 2) 计算机制造厂商研制的计算机电视 ( compuvision ) : 采用微处理器 ( 80X86,

37、 68XXX) 作为 CPU , 其他设备还有 V GA 卡、 CD-R OM 、音响设备以及扩展的多媒体家电系统 , 有人说它的发展方向是 T V-killer 。1. 2. 2 多媒体计算机需要解决的关键技术( 1) 视频音频信息的获取技术获取视频信号的方法有以下几种 : 利用计算机产生彩色图形、静态图像和动态图像 ; 利用彩色扫描仪 , 扫描输入彩色图形和静态图像 ; 利用

38、视频信号数字化仪把彩2色全电视信号数字化后 , 输入到多媒体计算机中 , 获得静态和动态图像。( 2) 多媒体数据压缩编码和解码技术多媒体数据压缩编码和解码技术是多媒体系统的关键技术。多媒体系统具有综合处理文字、图形、图像、动画、声音以及视频等信息的能力。为了得到满意的视听效果 , 要求处理大量的数字化声音和视频信息。由

39、于声音和视频的信息量非常之大 , 如果在未进行压缩的情况下实现动态视频及立体声的实时处理 , 对于目前的微型计算机是无法实现的 , 因此 , 必须对多媒体信息进行压缩编码和解压缩编码的处理。而关于多媒体数据压缩已形成了许多标准 , 如静态图像压缩标准 ( joint phot ogr aphic ex per t s gr oup , JP EG ) 是联合图像专家小组的

40、英文缩写。在压缩编码中还用到许多算法编码 , 如预测编码、变换编码、统计编码、混合编码等。( 3) 视频音频数据的实时处理和特技图像信息一般是二维信号 , 如一幅图像通常由 512 512 个像素组成。每个像素有 256 级灰度 , 或者是 3 8b R GB( 红、绿、蓝 ) 16M 种颜色。一幅图像就有 256K B 或 768KB ( 彩色图像 ) 个数据。为了完成视觉处

41、理的传感 , 预处理、分割、扫描、识别和解释多种处理以及数学的运算等 , 点处理、二维卷积运算、二维正交变换、坐标变换、统计量计算等。( 4) 视频音频数据的输出技术通过扫描仪和视频信号获取器 , 静态的图像和运动视频信号可以数字化后存到帧存储器中 , 现在要解决如何把它们变成标准文件存到内存或外存 , 同时还需要解决如何将不

42、同的图像文件格式进行转换 , 在显示器上输出。1. 2. 3 多媒体技术促进了通信、娱乐和计算机的融合( 1) 多媒体技术是解决电视数字化及 HDT V 的可行方案应用多媒体技术制造高清晰度电视 ( H DT V ) 它可以支持任意分辨率的输出 , 而且输入输出分辨率可以独立 , 输出分辨率也可以任意地改变。可以用任意的窗口尺寸输出 , 同时还具备许多

43、新的功能 , 如图形功能、视频音频特技以及交互功能。高清晰度数字电视技术及交互式电视技术采用了数字式视频、数字式音频及 MP EG 压缩编码算法以便于数据传输、存储及计算机控制和管理。国际标准 MP EG - , 提供了 4种工具 : 空间可扩展性、时间可扩充性、信噪比可扩充性及数据分块等。( 2) 利用多媒体技术制作 VCD、 DVD 及影视音响

44、应用多媒体计算机技术可制作 V CD、 DV D 影视音响卡拉 OK 机等。 VCD 播放系统主要有两种 , 一种是 M PE G 播放卡 , 另一种是 V CD 播放机。 M PE G 卡由 M ediamat ics 公司研制 , 这种卡由 3 块主要的芯片 : M X501、 4M b DRA M 和 40M H zOSC。它由视频音频解码加速器、 PCI 总线 / 主机寄存器组成。原理方框图见主教材中图 1. 1。还有基于

45、 M X501 M PE G- 播放卡系统工作原理见主教材中图 1. 2 所示 , 基于 ES- 3204 芯片的 VCD 系统框图见主教材中图 1. 4 所示。无论是 M PE G 播放卡或是 VCD 播放机 , 都从 CD-R OM 驱动器上的 CD 盘中读出串行的 M PE G 数据流信息及其他控制信号。经过 M PE G 音频译码器 , 解出立体声的音频信号再经过模拟 / 数字 ( A / D) 变换器 , 通过卡拉

46、 OK 处理器可以接收话筒输入的卡拉 OK 信3号 , 经过混合叠加处理放大输出到音响设备或电视机。DV D 播放机的工作原理与 VCD 基本相同 , 只是视频和音频编码和解码标准采用M P EG - 或 AC-3。( 3) 个人信息通信中心 ( P IC)多媒体计算机由于具有录音机、电话 ( 可视电话 ) 、图文传真机、立体声音响设备、电视机和录音、像机等多种功能 ,

47、通过联网在网上传输多种信息 , 因此 , 有人称它为个人信息通信中心 ( PI C) 。P IC 也可称为 PA C 和 PDA , 虽然称呼不一 , 但它的基本功能是相同的。主体是多媒体计算机 , 配上其他的辅助设备 , 或采用多功能合为一体的多媒体卡就能实现通信和办公自动化等。P DA 产品的关键技术 : 其 CPU 统一采用了 Power PC 和 I ntel 系列的芯片。中文

48、 P DA 系统主要由 5 个部分组成 : 硬件系统、 BIOS 内核、操作系统工具、数据库管理及应用模块等。其特点采用专用单片机及其外围设备电路作为硬件支撑环境 ; CCPOS 中文笔输入操作系统 ( 一个基于笔输入的面向事务管理的操作系统 ) 作为软件支撑环境 ; 扩展的通信功能 : PDA 与 PC 机、智能仪表的通信 , PDA 与公用电话网的通信以及 P

49、DA 与无线数据网的连接 ; 应用程序包 : 名片电话管理 , 工作约会安排 , 英汉字典 , 资料信息查询 , 计算工具 , 通信打印 , 休闲娱乐及财务顾问等。中文 P DA 系统结构图见主教材如图 1. 6 所示。1. 2. 4 多媒体技术的应用和发展1. 多媒体数据库多媒体数据库和传统的数据库有很大的区别 , 传统的数据库主要是文字、数据等信息的处理 , 而多媒体数据库除了文字、数据外还有图形、图像、声音、动画视频等信息。目前多媒

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