多媒体计算机技术原理.docx-道客多多

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1、多媒体计算机技术原理马华东编著清华大学出版社( 京 ) 新登字 158 号内容提要本书从计算机技术对多媒体系统的支撑的角度 , 全面系统地介绍了多媒体计算机系统的基本概念、基本原理、软硬件构成和典型的应用。本书可作为高等院校计算机和电子信息类专业的高年级本科生、研究生教材 , 也可供从事多媒体相关领域的高中级工程技术人员参考。版

2、权所有 , 翻印必究。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签 , 无标签者不得销售。图书在版编目 ( CI P) 数据多媒体计算机技术原理 / 马华东著 .北京 : 清华大学出版社 , 1999I SBN 7-302-03319-6 . 多 . 马 . 多媒体 -电子计算机 . T P368中国版本图书馆 CIP 数据核字 ( 1999) 第 00833 号出版者 : 清华大学出版社 ( 北京清华大学校内 , 邮编 10008

3、4) ht tp: / / w ww. tup. tsinghua . edu . cn印刷者 : 密云胶印厂发行者 : 新华书店总店北京发行所开本 : 787 1092 1/ 16 印张 : 15.75 字数 : 372 千字版次 : 1999 年 2 月第 1 版 1999 年 2 月第 1 次印刷书号 : ISBN 7-302-03319-6/ T P1785印数 : 0001 5000定价 : 18.00 元前言多媒体计算机技术是基于计算机、通信和电子技术发展起来的一种

4、新的学科领域 , 对信息社会产生了重大影响。由于它有很强的实用价值 , 其应用已渗透到社会生活和工作的各个方面。因此 , 大多数高等院校陆续开设了多媒体技术方面的课程 , 社会上各类继续教育机构也纷纷开展了多媒体技术的培训 , 以促进多媒体技术的应用和普及。目前多媒体方面的参考书很多 , 但多媒体计算机技术的教材建设还有些

5、薄弱 , 编写一部多媒体计算机课程的教材就成了当务之急。作者近几年关注多媒体技术的发展 , 在北京邮电大学为本科生和研究生开设了多媒体计算机技术课程 , 并编写了 “多媒体计算机技术原理 ”讲义 , 多次在教学过程中试用。根据多次教学体会和有关专家的建议 , 作者在讲义基础上进行了修改和充实 , 力求把握多媒体技术的脉络 , 试图使本

6、书形成下述特色 : 以计算机技术对多媒体系统的支撑为编写角度 , 全面系统地介绍多媒体计算机原理及应用 ; 既重视理论、方法和标准的介绍 , 又兼顾实际系统分析、具体技术的讨论和解决实际问题的举例 ; 既注重描述成熟的理论和技术 , 又介绍多媒体计算机相关领域的最新发展。全书内容包括 :( 1) 多媒体计算机技术的基本概念和基本原理

7、 ; ( 2) 多媒体计算机系统的构成 ;( 3) 多媒体计算机系统软件和应用软件 ;( 4) 多媒体信息组织与管理的理论和方法 ;( 5) 多媒体通信系统及其他典型的应用系统。全书共分 11 章。在教学安排时 , 本科生可将第八章、第十章列为选学部分 ; 研究生可根据学时 , 学习本书全部或部分章节。本书的完成得到了很多组织和个人的热情帮助。国家自

8、然科学基金会近几年连续对本人在多媒体领域的研究课题给予大力资助 , 使本人对该领域的技术发展有了及时的了解 ; 北京邮电大学计算机学院领导和同事热情支持了本书的撰写工作 , 李怀诚教授、李兆风教授还对本书的初稿提出了不少宝贵意见 ; 清华大学出版社大力支持了本书的出版工作。在本书即将付梓出版之际 , 向他们的无私帮助表示

9、真诚的感谢。处于世纪交接的信息社会 , 多媒体技术新的思想、方法和系统不断推陈出新。作者试图跟上时代的步伐 , 随着多媒体技术发展的节拍而有所进步。但限于作者的能力和水平 , 本书有限的篇幅不可能完全覆盖多媒体技术的方方面面 , 已写进的内容难免出现各种错误 , 敬请读者批评指正。作者1998 年 9 月于北京邮电大学目录第一章概论

10、11. 1 多媒体计算机技术的概念 11. 1. 1 媒体 11. 1. 2 多媒体计算机技术及其特点 21. 1. 3 多媒体计算机技术的研究意义 31. 2 多媒体计算机技术的发展历程 41. 2. 1 启蒙发展阶段 41. 2. 2 标准化阶段 51. 3 多媒体计算机技术的研究内容 71. 4 多媒体计算机技术的应用及发展前景 81. 4. 1 多媒体计算机技术的应用 81. 4. 2 多媒体计算

11、机技术的发展前景 9第二章多媒体数据压缩技术 112. 1 信息表示与编码 112. 1. 1 概述 112. 1. 2 数字图像编码技术 122. 1. 3 多媒体数据转换 152. 2 常用的数据压缩技术 162. 2. 1 概述 162. 2. 2 预测编码 162. 2. 3 变换编码 172. 2. 4 信息熵编码 182. 3 静态图像压缩标准 JPE G 212. 3. 1 J PE G 标准的主要内容 212. 3. 2 J PE G 静

12、态图像压缩算法 212. 4 运动图像压缩标准 M PE G 282. 4. 1 M P EG 标准简介 282. 4. 2 M P EG 音频 292. 4. 3 M P EG 视频数据流的结构 302. 4. 4 M P EG -1 视频编码技术 312. 4. 5 M P EG -2 标准 332. 4. 6 M P EG 标准的应用 352. 5 视听通信编码解码标准 H . 261 36 2. 5. 1 H . 261 标准简介 362. 5. 2 P 64kbps 视频压缩编码

13、算法 362. 5. 3 视频层次数据结构 372. 5. 4 视听业务视频压缩标准的发展 372. 6 声音压缩标准 392. 6. 1 声音编码 392. 6. 2 CCIT T 语音标准化方案 41第三章多媒体计算机系统组成 463. 1 多媒体存储技术 463. 1. 1 多媒体信息存储的特点 463. 1. 2 光盘存储原理 473. 1. 3 光盘标准 493. 1. 4 多媒体存储技术的发展 573. 2 多媒体功能

14、卡 583. 2. 1 声音卡 583. 2. 2 视频卡 593. 2. 3 多媒体处理器 643. 3 多媒体信息获取与显示设备 673. 3. 1 图像获取设备 673. 3. 2 显示设备 703. 3. 3 触摸屏 703. 4 多媒体个人计算机 723. 4. 1 什么是多媒体个人计算机 723. 4. 2 M acintosh 多媒体计算机 743. 4. 3 A miga 多媒体个人计算机 763. 5 CD-I 交互式多媒体系统 763. 6 D

15、VI 多媒体计算机系统 823. 6. 1 DV I 概述 823. 6. 2 DV I 系统结构及其工作原理 833. 6. 3 DV I 软件开发环境 853. 7 VCD 与 DVD 播放系统 923. 7. 1 V CD 播放系统 923. 7. 2 DV D 播放系统 943. 8 多媒体工作站 953. 8. 1 多媒体工作站系统结构 953. 8. 2 I ndigo 多媒体工作站 96第四章多媒体数据制作 994. 1 概述 99 4. 1. 1 多媒体

16、应用软件的开发过程 994. 1. 2 多媒体数据获取方法 1004. 2 音频数据的获取 1014. 2. 1 音频数据 1014. 2. 2 M DK 数字音频编辑工具 WaveE dit 1034. 3 图像数据的获取 1044. 3. 1 图像数据 1044. 3. 2 图像处理软件 Ph otost yler 1054. 3. 3 活动视频数据的采集 1064. 4 图形和动画的制作 1074. 4. 1 图形数据 1074. 4. 2 计算机动画

17、1084. 4. 3 三维动画制作软件 3DStudio 112第五章多媒体节目开发工具 1155. 1 多媒体节目开发环境 1155. 2 多媒体创作工具 1155. 2. 1 多媒体创作工具的功能和分类 1155. 2. 2 以卡或页为基础的多媒体创作工具 1165. 2. 3 基于图符和事件的多媒体创作工具 1175. 2. 4 以时间为基础的多媒体创作工具 1195. 2. 5 以传统程序语言为基础

18、的创作工具 1205. 3 多媒体功能卡开发工具 1215. 3. 1 Sound Blast er 编程工具 SBK 1215. 3. 2 V ideo Blaster 编程工具 VBK 1255. 4 Windows 多媒体开发环境 1265. 4. 1 W indow s M DK 简介 1265. 4. 2 M CI 接口及其使用方法 128第六章多媒体数据库及其管理系统 1416. 1 多媒体数据管理 1416. 1. 1 概述 1416. 1. 2 多媒体数据的管

19、理环境 1416. 2 多媒体数据库管理系统 1436. 2. 1 多媒体数据库管理系统特点 1436. 2. 2 M DBM S 的功能要求 1456. 2. 3 M DBM S 的组织结构 1456. 2. 4 M DBM S 的数据模型 1466. 3 面向对象技术与 M DBM S 1506. 3. 1 面向对象的基本概念 150 6. 3. 2 面向对象的数据库模型 1506. 3. 3 面向对象数据库系统的实现方法 1516. 4 多媒体

20、数据库系统的关键技术 1536. 4. 1 数据库语言 SQL 及其进展 1536. 4. 2 基于内容的检索技术 154第七章超文本和超媒体 1577. 1 基本概念 1577. 1. 1 超文本 1577. 1. 2 超媒体 1587. 2 超文本的发展历史与典型的超文本系统 1597. 2. 1 超文本的发展简史 1597. 2. 2 典型的超文本系统 1597. 3 超文本系统的系统结构 1627. 3. 1 超文本系统

21、结构模型 1627. 3. 2 超文本的主要成分 1647. 4 超文本的文献模型 1667. 4. 1 文献模型概述 1667. 4. 2 O DA 模型 1667. 4. 3 H yT ime 模型 1697. 5 超文本标记语言 HT M L 1717.5.1 H T M L 语言结构 1717.5.2 超文本标记方法 1727.5.3 多媒体信息 1737. 6 超文本发展的前景与问题 174第八章多媒体系统的数据模型 1768. 1 多媒体系统

22、数据模型概述 1768. 1. 1 基本概念 1768. 1. 2 多媒体系统数据模型的层次结构 1768. 2 超文本模型的形式化描述 1778. 2. 1 超文本模型形式化描述概况 1778. 2. 2 集合论和一阶逻辑 1788. 3 信息元模型 1808. 3. 1 基本概念 1808. 3. 2 M H E G 标准 1818. 4 表现与同步模型 1838. 4. 1 表现与同步的有关概念 1838. 4. 2 O CPN 同步模型

23、1858. 4. 3 多媒体表现的脚本语言 188 第九章多媒体通信 1929. 1 概述 1929. 2 可视电话系统 1939. 2. 1 可视电话系统的组成原理 1939. 2. 2 静止图像传输 1949. 2. 3 动态图像传输 1959. 3 视频会议系统 1959. 4 多媒体终端 1989. 5 多媒体计算机网络 2009. 5. 1 计算机网络概述 2009. 5. 2 现有网络对多媒体通信的支持 2019. 5. 3 B-I

24、 SDN 及 AT M 2049. 5. 4 多媒体通信网的 Q oS 2069. 6 分布式多媒体计算机系统 2079. 6. 1 分布式多媒体计算机系统概述 2079. 6. 2 分布式多媒体系统的实现模型 2089. 6. 3 分布式多媒体系统的层次结构 209第十章典型的多媒体应用系统 21110. 1 计算机支持的协同工作系统 ( CSCW) 21110. 1. 1 CSCW 概念 21110. 1. 2 CSCW 基本系统分

25、类 21110. 1. 3 CSCW 系统实现的理论与方法 21310. 1. 4 CSCW 系统实例 21810. 2 数字音频、视频服务系统 21910. 2. 1 DA VIC 系统结构 21910. 2. 2 数字音频、视频服务系统的协议 22010. 2. 3 数字音频视频服务系统的典型应用 222第十一章多媒体新技术展望 22611. 1 数据压缩新技术 22611. 2 信息高速公路及其影响 22811. 3 智能交互

26、设备 23011. 4 虚拟环境技术 232词汇索引 236参考文献 242 第一章概论科学技术的飞速发展使信息社会产生日新月异的变化 , 人类许多古老的梦想正逐渐变为现实。多媒体计算机技术 ( 简称多媒体技术 ) 正是现代科技的最新成就之一 , 它的问世引起了全社会的关注。当你浏览最近的报纸、杂志 , 当你打开电视、收音机 , 当你翻阅最新的图书 ,

27、就会发现有大量的篇幅在介绍多媒体 ; 在办公室 , 在学校 , 在企业 , 在购物中心 , 你会发现人们在津津乐道地讨论多媒体这个话题。与此同时 , 各种多媒体产品在市场上纷纷登台亮相 , 成了销售的热点 , 拥有一套多媒体计算机正成为一种时尚。可见多媒体技术广泛影响了人类的生活和工作。多媒体技术究竟是一种什么样的技术 ? 它有哪些特

28、点 ? 如何应用多媒体技术 ? 这正是本书所要讨论的内容。本章首先简要介绍多媒体技术的基本概念、发展历程、研究内容及应用前景。1. 1 多媒体计算机技术的概念1. 1. 1 媒体在多媒体技术中 , 媒体 ( medium) 是一个重要的概念。那么 , 什么是媒体呢 ? 媒体是信息表示和传输的载体 “媒体 ”一词本身来自于拉丁文 “medius ”一字 , 为中介、中间

29、的意思。韦伯字典中 “medium ”一词为可位于中间或中介的某种东西。因此可以说 , 人与人之间所赖以沟通及交流观念、思想或意见的中介物便可称之为媒体。 Hyper Car d 的创始人 N elson说来 :“我们居身在媒体世界中就像鱼生活在水中一样 ”。现代科技的发展大大方便了人与人的交流与沟通 , 也给媒体赋予许多崭新的内涵。国际电报电话咨

30、询委员会 ( CCI T T , 目前已被 IT U 取代 ) 曾对媒体作如下分类 :( 1) 感觉媒体 ( pr eception medium )感觉媒体指能直接作用于人的感官、使人能直接产生感觉的一类媒体。如人类的各种语言、音乐 , 自然界的各种声音、图形、图像 , 计算机系统中的文字、数据和文件等都属于感觉媒体。( 2) 表示媒体 ( r epr esentat ion medium)表示

31、媒体是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造出来的一种媒体。其目的是更有效地将感觉媒体从一地向另外一地传送 , 便于加工和处理。表示媒体有各种编码方式 , 如语言编码、文本编码、图像编码等。( 3) 表现媒体 ( pr esent at ion medium)表现媒体是指感觉媒体和用于通信的电信号之间转换用的一类媒体。它又分为两种 :

32、一种是输入表现媒体 , 如键盘、摄像机、光笔、话筒等 ; 另一种是输出表现媒体 , 如显示器、喇叭、打印机等。1( 4) 存储媒体 ( s tor age medium)存储媒体用于存放表示媒体 ( 感觉媒体数字化后代码 ) , 以便计算机随时处理、加工和调用信息编码。这类媒体有硬盘、软盘、磁带及 CD-R OM 等。( 5) 传输媒体 ( t r ansmis sion medium)传输

33、媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体。传输媒体是通信的信息载体 , 它有双绞线、同轴电缆、光纤等。在多媒体计算机技术中 , 我们所说的媒体一般指的是感觉媒体。1. 1. 2 多媒体计算机技术及其特点多媒体技术从不同的角度有不同的定义。如有人定义 “多媒体计算机是一组硬件和软件设备 ; 结合了各种视觉和听觉媒体 , 能够产

34、生令人印象深刻的视听效果。在视觉媒体上 , 包括图形、动画、图像和文字等媒体 , 在听觉媒体上 , 则包括语言、立体声响和音乐等媒体。用户可以从多媒体计算机同时接触到各种各样的媒体来源 ”。还有人定义多媒体是 “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 ”。

35、比较确切的定义是 Lippincot t 和 R obins on 在 1990 年 2 月份 Byte 杂志上两篇文章的定义 , 概括起来就是 :所谓多媒体技术就是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 , 集成为一个系统并具有交互性。简言之 , 多媒体技术就是计算机综合处理声、文、图信息的技术 , 具有集成性、实时性和交

36、互性。根据多媒体技术的定义 , 我们可以看到它有三个显著的特点 , 即集成性、实时性和交互性 , 这也是它区别于传统计算机系统的特征。所谓集成性 , 一方面是媒体信息即声音、文字、图像、视频等的集成 , 另一方面是显示或表现媒体设备的集成 , 即多媒体系统一般不仅包括了计算机本身而且还包括了像电视、音响、录相机、激光唱机等

37、设备。所谓实时性是指在多媒体系统中声音及活动的视频图像是强实时的 ( h ar d r ealtime) , 多媒体系统提供了对这些时基媒体实时处理的能力。所谓交互性是多媒体计算机与其他像电视机、激光唱机等家用声像电器有所差别的关键特征 , 普通家用声像电器无交互性 , 即用户只能被动收看 , 而不能介入到媒体的加工和处理之中。多媒体技术

38、是一门综合的高新技术 , 它是微电子技术、计算机技术、通信技术等相关学科综合发展的产物。 20 世纪 90 年代以来 , 微电子技术的发展使一大批像高清晰度电视 ( HDT V ) 、高保真音响 ( HiF i) 、高性能录像机、光盘播放机等产品纷纷推出 ; 而数字化通信技术将传统的通信技术与计算机技术紧密地结合 , 形成了高速通信网络 , 使信息传

39、输与交换能力有惊人的提高 ; 新一代计算机系统集成电路密度大幅度增加 , 运算速度显著提高 , 功能越来越强 , 特别是个人机的发展更加迅猛 , 产品更新换代周期越来越短 , 使个人机的功能和工作站相比已无明显的差距 , 其强大图形处理功能及图像加工能力为计算机进行多媒体加工提供了的基础。从应用角度来看 , 人们对多媒体系统的认识一是

40、来自电视 , 一是来自计算机 , 正如 Business W eek 在 1 989 年 10 月 9 日曾刊出一句 :“I t s a P C, I t s a T V , It s a M ultimedia”。人们从电视里看到了生动活泼的画面 , 然而却无法改变或控制它 , 只是一种2单向的沟通或交流方式。而计算机作为一种强大的工具可以由用户操作控制来解决很多问题 , 但这种工具还显得有点呆板单调

41、 , 画面里充满着单调的文字、命令和生硬的图像。那么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便成了我们改进的目标 , 这正是电视和计算机结合的原因所在。基于上述要求 , 多媒体开发研究大体上可分为两种途径 , 一方面由于数字化技术在计算机研制中的巨大成功 , 使声像、通信由传统的模拟方式向数字化方向发展 , 声

42、像技术和计算机技术相结合 , 声像产品引入微型机控制处理 , 使声像产品数字化、计算机化、智能化 , 其代表性产品概念是电视计算机 ( t eleputer ) 。另一方面 , 随着微型机的发展 , 计算机处理由单纯的正文方式到引入图形、声音、静止图像、动画及视频图像综合处理 , 向计算机电视 ( compuvision) 的产品概念发展。它们共同的目标是

43、一致的 , 即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。这种集成不仅仅是一个量的变化 , 更重要的是一种质的飞跃 , 它将对人们的学习、工作、生活和娱乐产生巨大的影响。1. 1. 3 多媒体计算机技术的研究意义多媒体技术不仅是时代的产物 , 也

44、是人类历史发展的必然。人类社会文明的重要标志是人类具有丰富的信息交流手段。从人类交流信息的发展来看 , 最初人类的交流是声音和语言 ( 包括形体语言 ) , 后来出现了文字和图形 , 使人类能以简洁方便的形式交换和表达信息。在现代文明社会 , 以照相机、摄像机等为代表的电子产品的出现 , 使图像 ( 静止图像和视频图像 ) 成为人们

45、喜闻乐见的交流信息的手段。俗话说 “百闻不如一见 ”, 人类获取的信息 80% 是通过视觉获取的。如果我们能将听觉、视觉、感觉同时运用 , 获取信息的效果最佳 , 所以说多媒体技术体现了人类的要求。从计算机发展的角度来看 , 自 1946 年 2 月 15 日 E NIA C 问世标志人类发明计算机以来 , 用户和计算机的交互技术一直是推动计算机技术发展

46、的一个重要因素。因为计算机内部是以 0、 1 组成的二进制代码进行运算 , 早期用户使用计算机 , 需要由专门的操作人员将程序转换成二进制纸带由计算机读入 , 这个过程中用户甚至看不到计算机。随着计算机技术的改进 , 用户可以利用键盘将由正文构成的高级语言源程序或命令输入给计算机 , 由计算机执行 , 实现了用户和计算机的直接交互

47、。随后又引入窗口技术和鼠标等输入设备 , 使人机交互更加灵活 , 并且大大减少了用户繁琐的操作。而多媒体技术的引入使人机交互技术更加丰富多彩 , 因为图像的引入使人们能很直观地理解人类的思维过程 , 如利用图形、 CA D/ CAM 技术表达产品的设计与制造过程 , 不但提高了工效 , 而且便于各个工序的理解与加工。声音和语言是人类交流

48、中最普遍使用的方式 , 通过 A / D 转换将声音数字化输入到计算机中处理 , 再通过 D/ A 转换模拟输出 , 配合人机交互操作 , 效果很好。而视频图像是人类生活中最有效的交流方式。这些媒体如果单独存在都有很大局限性 , 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。同时 , 多媒体技术的引入使各种信息系统提高了工作效率 , 如多媒体技术与高速通信网技术的结合所组成的分布式多媒体系统 , 能够支持多媒体支持的协同工作 ( CSCW ) 、视频会议、远程会诊等应用。除此之外 , 多媒体技术不仅带来了生动活泼有色有声的交互界3面 , 而且支持人们交互处理媒体信息 , 这种交互从简单

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