多媒體技術(shù)引論

編號(hào)：時(shí)間：2021年x月x日書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟頁(yè)碼：第頁(yè)第1章引論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人機(jī)界面技術(shù)的引入，計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越友好和人性化。視聽(tīng)娛樂(lè)的普及、萬(wàn)維網(wǎng)的興盛和計(jì)算機(jī)游戲的火爆，大大促進(jìn)了多媒體技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。多媒體技術(shù)（multimediatechnology）是利用計(jì)算機(jī)將文本、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等多種媒體信息，進(jìn)行處理和綜合集成，以供人機(jī)交互使用的一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用分支。本章先引入多媒體技術(shù)的有關(guān)基本概念，然后介紹多媒體技術(shù)的意義與發(fā)展簡(jiǎn)史，最后討論多媒體技術(shù)的主要內(nèi)容與相關(guān)領(lǐng)域。1.1基本概念多媒體技術(shù)是多種媒體集成交互的一種技術(shù)：多媒體技術(shù)=多種+媒體+技術(shù)下面分別從媒體、多樣性和技術(shù)等層面來(lái)介紹多媒體的幾個(gè)基本概念。1.1.1媒體媒體(medium，復(fù)數(shù)media，中介、媒質(zhì))是信息的載體，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU=InternationalTelecommunicationUnion）1993年定義了以下五種媒體：感覺(jué)媒體（PerceptionMedium）：人的感官能感覺(jué)到的東西，如聲音、圖像、質(zhì)地、氣味、溫度、壓力等；表示媒體（RepresentationMedium）：為了加工感覺(jué)媒體而構(gòu)造出來(lái)的一種媒體，如各種編碼：語(yǔ)音編碼、圖像編碼等。即表示媒體是感覺(jué)媒體的數(shù)字化編碼，是一種人造媒體，如各種媒體文件；展現(xiàn)媒體（PresentationMedium）：感覺(jué)媒體與通信電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一類媒體，它又可分為：輸入展現(xiàn)媒體和輸出展現(xiàn)媒體，即I/O工具與設(shè)備。如In—鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等，Out—顯示器、喇叭、打印機(jī)、繪圖儀等；存儲(chǔ)媒體（StorageMedium）：用于存放表示媒體的物理實(shí)體，如：紙張、唱片、錄音帶、錄像帶、膠片，內(nèi)存、磁盤、光盤、磁帶等；傳輸媒體（TransmissionMedium）：用來(lái)將表示媒體從一處傳送到另一處的物理傳輸介質(zhì)，如通信電纜、光纖、電磁空間、交通工具等。人們通常所說(shuō)的媒體是指感覺(jué)媒體；但計(jì)算機(jī)所處理的媒體主要是表示媒體。我們這里不討論廣播電視、報(bào)刊雜志和新聞出版等社會(huì)媒體。1.1.2多媒體指多種媒體（文本、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等）的綜合集成與交互，也是多媒體技術(shù)的代名詞。早期的計(jì)算機(jī)主要進(jìn)行數(shù)字計(jì)算（這也是計(jì)算機(jī)這一名稱的由來(lái)），只供極少數(shù)科學(xué)家使用；后來(lái)用于商業(yè)領(lǐng)域，開(kāi)始處理字符和文字；隨著微機(jī)、工作站和服務(wù)器的普及，計(jì)算機(jī)有了圖形用戶界面（GUI=GraphicalUserInterfaces）；而多媒體技術(shù)的發(fā)展，則使計(jì)算機(jī)日趨友好和人性化（參見(jiàn)圖1-1）。圖1-1計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展操作系統(tǒng)：無(wú)OSDOS/Unix MacOS/X-Window/Windows編程語(yǔ)言：Fortran COBOLBasic/C C++/Java/C#處理數(shù)據(jù)：數(shù)字——→字符——→圖形——→多媒體適用對(duì)象：專家 商用 通用 人性化枯燥文字和數(shù)字并不適合于人的心理特點(diǎn)和欣賞習(xí)慣，人類主要通過(guò)眼睛和耳朵來(lái)接受外部的視覺(jué)與聲音信息（參見(jiàn)表1-1）。TedNelson（多媒體技術(shù)專家、HyperCard的創(chuàng)始人、超文本HyperText一詞的提出者）曾說(shuō)：“我們居身在媒體世界里就像魚(yú)生活在水中”。表1-1人類接受外部信息的途徑與所占的百分比感覺(jué)（感官）百分比視覺(jué)（眼）80%聽(tīng)覺(jué)（耳）10%嗅覺(jué)（鼻）、味覺(jué)（舌）、觸覺(jué)（皮膚）10%（感覺(jué)）媒體的種類很多，由于技術(shù)和設(shè)備的限制，目前的計(jì)算機(jī)主要處理文本、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等6種視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)媒體。氣味（嗅覺(jué)）和壓力（觸覺(jué)）媒體也有少量應(yīng)用（如仿真影院、游戲操縱桿、虛擬現(xiàn)實(shí)等），但不太普及；味覺(jué)媒體至今仍未見(jiàn)應(yīng)用；所以本課程不予討論?？梢砸罁?jù)是否與時(shí)間相關(guān)，將媒體分成如下兩類：靜態(tài)媒體（離散媒體/非時(shí)基媒體）：與時(shí)間無(wú)關(guān)的媒體，如文本、圖形、圖像；流式媒體（連續(xù)媒體/時(shí)基媒體）：與時(shí)間有關(guān)的媒體，如聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻。該類媒體有實(shí)時(shí)和同步等要求。1.1.3多媒體技術(shù)本小節(jié)先介紹多媒體所屬的概念層次，然后討論多媒體技術(shù)的特點(diǎn)，最后給出多媒體技術(shù)的定義。1．概念的抽象層次可以把概念分成如下若干層次：圖1-2概念的抽象層次哲學(xué)/信念（社科）| 科學(xué)/研究（理科）| 工程/應(yīng)用（工科） 主義——思想——理論——方法——技術(shù)——工藝——產(chǎn)品信仰 觀念 體系 算法 應(yīng)用 操作 生產(chǎn) 技術(shù)是方法的應(yīng)用，理論性不夠，但實(shí)用性很強(qiáng)。之所以將多媒體稱為“多媒體技術(shù)”，而不是叫“多媒體學(xué)”或“多媒體論”，是因?yàn)槎嗝襟w處于技術(shù)層面，屬于工程應(yīng)用。目前，多媒體技術(shù)還沒(méi)有形成自己的理論體系，只是各種相關(guān)方法的綜合應(yīng)用，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)分支。附：表1-2計(jì)算機(jī)的學(xué)科分類類別學(xué)科理論數(shù)值計(jì)算、離散數(shù)學(xué)、計(jì)算理論、程序理論體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的分類與組織、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)、RAS技術(shù)、性能評(píng)價(jià)軟件語(yǔ)言、軟件方法學(xué)、軟件工程、軟件系統(tǒng)（操作系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)/語(yǔ)言處理系統(tǒng)/分布式軟件系統(tǒng)/人機(jī)交互系統(tǒng)）硬件邏輯部件、集成電路、存儲(chǔ)設(shè)備、I/O設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、電源、制造與維護(hù)應(yīng)用中文信息處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAD/CAM、CIMS/MRP、EDA、CAI等）、多媒體技術(shù)、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、仿真人工智能知識(shí)工程、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器人、神經(jīng)計(jì)算依據(jù)：《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)百科全書(shū)》，清華大學(xué)出版社，1998年8月2．多媒體技術(shù)的主要特點(diǎn)多媒體技術(shù)的主要特點(diǎn)為：多樣性：多種媒體、豐富感覺(jué)集成性：多種媒體信息的綜合集成與同步交互性：人機(jī)交互、主動(dòng)參與實(shí)時(shí)性：對(duì)流式媒體，還要求有實(shí)時(shí)性——在時(shí)間上連續(xù)且準(zhǔn)時(shí)例如：模擬電視合(1)(2)(4)，但不合(3)，所以不是多媒體系統(tǒng)；而數(shù)字電視符合所有4個(gè)要求，是多媒體系統(tǒng)。家庭影院是典型的多媒體系統(tǒng)；萬(wàn)維網(wǎng)和計(jì)算機(jī)游戲則是應(yīng)用最廣泛的多媒體技術(shù)。除了上面這些主要特點(diǎn)外，多媒體還有其它一些特點(diǎn)。例如：計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字媒體，媒體（特別是流式媒體）的數(shù)據(jù)量巨大（所以數(shù)據(jù)壓縮是多媒體的核心技術(shù)）。3．多媒體技術(shù)的定義多媒體技術(shù)至今無(wú)公認(rèn)統(tǒng)一的嚴(yán)格定義，但可以從其特點(diǎn)來(lái)把握它。下面是作者將這些特點(diǎn)整合在一起所形成的一種定義，僅供大家參考。多媒體技術(shù)是一種能夠綜合處理多種媒體信息，建立起它們之間的邏輯聯(lián)系，使其集成為一個(gè)具有人機(jī)交互性能力之系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。有時(shí)將多媒體技術(shù)簡(jiǎn)稱為多媒體。1.2意義與簡(jiǎn)史可以從人類使用的三大資源、信息技術(shù)的四次飛躍和多媒體在現(xiàn)代信息環(huán)境中的地位、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向等方面，來(lái)認(rèn)識(shí)多媒體技術(shù)的重要意義。多媒體是GUI的發(fā)展，多媒體技術(shù)以計(jì)算機(jī)為處理工具、以網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用中心、以壓縮編碼為技術(shù)核心，涉及聲卡、光存儲(chǔ)等相關(guān)技術(shù)。本節(jié)的第2小節(jié)將簡(jiǎn)單介紹這些方面的發(fā)展歷史。1.2.1多媒體技術(shù)目前已經(jīng)得到了迅速普及和廣泛應(yīng)用，多媒體現(xiàn)在已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，其重要性和使用價(jià)值是不言而喻的。我們可從如下幾個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)多媒體技術(shù)的意義：人類最重要的三大資源——材料（物質(zhì)）、 能源（動(dòng)力）、信息（數(shù)據(jù)）；信息技術(shù)的四次飛躍——印刷術(shù)、廣播電視、計(jì)算機(jī)、多媒體；多媒體與信息環(huán)境——信息質(zhì)能公式E=mc2：信息環(huán)境E=多媒體m*計(jì)算機(jī)c*通信cInformationEnviroment=multimedia*computer*comunication計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向：智能+多媒體+網(wǎng)絡(luò)。例如，視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、普適計(jì)算、穿戴電腦、智能家居、全能機(jī)器人等等；微軟亞洲研究院的三個(gè)主要研究方向：人機(jī)界面、自然語(yǔ)言理解、多媒體技術(shù)，它們都與多媒體有關(guān)。1.2.2下面從計(jì)算機(jī)、圖形界面、光存儲(chǔ)、多媒體系統(tǒng)、壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)記語(yǔ)言等幾個(gè)方面來(lái)介紹多媒體技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史：計(jì)算機(jī)：1944年ThomasFlowers發(fā)明電子計(jì)算機(jī)Colossus（巨人）；1974年EdwardRoberts組裝第一臺(tái)微機(jī)Altair牛郎星(Intel8080)；1976年SteveJobs&SteveWozniak推出Apple蘋果電腦(Mostek6502)；1981年IBM推出個(gè)人電腦PC(Intel8088)。圖形界面：1950年MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室推出CRT顯示器；1963年DouglasEngelbart發(fā)明鼠標(biāo)，1968年他公開(kāi)演示視窗與人機(jī)界面、超媒體和群件；1972年AlanKay設(shè)計(jì)出面向?qū)ο蟮腟malltalk語(yǔ)言，首創(chuàng)下拉式菜單，提出GUI概念；1973年施樂(lè)Xerox公司的PARC研究中心推出具有圖形用戶界面（鍵盤+顯示器/鼠標(biāo)+位圖）的原型機(jī)Alto； 1984年Apple公司推出Macintosh計(jì)算機(jī)(Motorola6800)，在微機(jī)中引入圖形界面；1987年8月Apple公司在Mac機(jī)中引入超級(jí)卡HyperCard系統(tǒng)，使其成為多媒體計(jì)算機(jī)；1985年MIT推出X-Window（Unix的圖形界面）； 1985年11月Microsoft推出Windows1.0（PC機(jī)的圖形界面），1990年5月Windows3.0獲得成功，1992年4月推出多媒體操作系統(tǒng)(MOS)Windows3.1，1995年8月推出32位的MOSWindows95，1999年推出具有流媒體功能的MOSWindows2000，2001年推出功能強(qiáng)大的MOSWindowsXP，計(jì)劃2007年初推出具有3D用戶界面且以人為本的新操作系統(tǒng)WindowsVista（遠(yuǎn)景）。光存儲(chǔ)：1981年P(guān)hilips&Sony推出CD-DA；1985年P(guān)hilips&Sony推出CD-ROM；1993年JVC、Philips、Matsushita、Sony聯(lián)合推出VCD；1995年9月Sony&Philips/Toshiba&TimeWarner推出DVD；1999年10月中國(guó)開(kāi)始研制高密度激光視盤系統(tǒng)EVD，2005年2月23日EVD成為中國(guó)電子行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，EVD采用DVD-9介質(zhì)和新壓縮算法，實(shí)現(xiàn)了高清晰度2002年2月索尼等9個(gè)公司提出藍(lán)光盤(Blu-rayDisc)，單層25GB/雙層50GB/四層100GB/八層200GB；2002年初以東芝和NEC為首的DVD論壇提出HD-DVD（High-DefinitionDVD，高密度DVD），單層15GB/雙層30GB/三層45GB。網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)記語(yǔ)言：1983年因特網(wǎng)的前身ARPANet啟用TCP/IP協(xié)議集；1989年TimBerners-Lee提出HTML/HTTP，創(chuàng)立萬(wàn)維網(wǎng)；1994年他又牽頭成立萬(wàn)維網(wǎng)協(xié)會(huì)W3C；1993年初，MarcAnderressen與EricBina合作開(kāi)發(fā)出支持內(nèi)嵌圖像的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器馬賽克（Mosaic），1994年10月Anderressen等人創(chuàng)辦的網(wǎng)景公司Netscape推出了Navigator瀏覽器；1995年網(wǎng)景公司的BrendanEich發(fā)明了JavaScript，為網(wǎng)頁(yè)瀏覽器提供了腳本功能和動(dòng)態(tài)能力；1995年微軟公司購(gòu)得馬賽克技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出IE（InternetExplorer因特網(wǎng)探索者）瀏覽器，隨Windows95免費(fèi)推出；1998年2月W3C推出XML；接著W3C又推出基于XML的系列應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，如SMIL(多媒體集成，1998年6月)、XHTML（網(wǎng)頁(yè)描述，2000年1月）、SVG(二維矢量圖與動(dòng)畫(huà)，2000年9月)等等。多媒體系統(tǒng)與組織：1985年Commodore公司推出世界上首套多媒體系統(tǒng)Amiga；1986年4月Philips&Sony推出多媒體系統(tǒng)CD-I；1987年3月RCA公司推出交互式數(shù)字視頻DVI系統(tǒng)；1987年由美國(guó)的AdLib公司為電子游戲軟件設(shè)計(jì)了第一塊微機(jī)使用的聲卡；1989年11月新加坡華人沈望傅的創(chuàng)新公司(CreativeLab.Inc.)開(kāi)始推出聲霸卡（SoundBlaster）系列，成為PC機(jī)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；1989年3月Intel將購(gòu)得DVI技術(shù)商品化，推出ActionMedia750系統(tǒng)（IBMPS/2機(jī)）；1990年11月Philips、Sony、Microsoft等14個(gè)公司成立多媒體市場(chǎng)協(xié)會(huì)；1991年11月Microsoft公布多媒體計(jì)算機(jī)MPC-I標(biāo)準(zhǔn)，1993年5月MPC-II，1995年6月MPC-III（MPC=傳統(tǒng)PC+聲卡/喇叭+CD-ROM光驅(qū)）；1993年8月召開(kāi)首屆多媒體國(guó)際會(huì)議。壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：1986年CCITT與ISO成立JPEG，1991年公布靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG(ISO/IEC10918)，2000年12月公布JPEG2000(ISO/IEC15444)；1988年成立MPEG，1992年11月推出MPEG-1(ISO/IEC11172)，1994年11月推出MPEG-2(ISO/IEC13818)，1998年10月推出MPEG-4(ISO/IEC14496)，2001年9月推出MPEG-7(ISO/IEC15938)，2001年12月開(kāi)始推出MPEG-21(ISO/IEC21000)；1996年10月W3C推出靜態(tài)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)PNG。1.3內(nèi)容與相關(guān)學(xué)科多媒體技術(shù)的內(nèi)容十分廣泛，涉及多種學(xué)科和領(lǐng)域。多媒體技術(shù)教材內(nèi)容選取和編排也各不相同，主要分為兩類： 應(yīng)用型——簡(jiǎn)單介紹媒體的基本屬性，重點(diǎn)講解各種用戶級(jí)的多媒體素材和著作工具軟件的使用，如CoolEdit、Cakewalk、CorelDraw、Photoshop、Flash、3DS、MediaStudio、Premiere、Frontpage、Dreamwave、Fireworks、PowerPoint、Director、Authorware等； 原理型——也介紹各類媒體的基本屬性和多媒體的主要應(yīng)用，但重點(diǎn)放在壓縮算法、編碼標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備系統(tǒng)和編程開(kāi)發(fā)上。本書(shū)屬于原理型。1.3.1多媒體技術(shù)的主要內(nèi)容原理型的多媒體技術(shù)書(shū)籍的取材也是千差萬(wàn)別，但基本內(nèi)容大體一致，主要包括：表示 媒體（聲、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻） 編碼、壓縮、標(biāo)準(zhǔn) 超文本與超媒體 存儲(chǔ)（媒體文件、光存儲(chǔ)） 系統(tǒng) 多媒體硬件 多媒體操作系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù) 多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸 應(yīng)用與開(kāi)發(fā) 標(biāo)記語(yǔ)言與網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)多媒體編程與開(kāi)發(fā) 多媒體著作工具多媒體應(yīng)用1.3.2多媒體技術(shù)的相關(guān)學(xué)科多媒體技術(shù)是多個(gè)學(xué)科和多種技術(shù)的綜合與應(yīng)用，涉及到許多其它學(xué)科。下面列出的是與多媒體技術(shù)相關(guān)的部分學(xué)科、領(lǐng)域與設(shè)備：計(jì)算機(jī)硬件與設(shè)備：CPU(MMX)、總線、DSP芯片、顯卡、聲卡、接口、存儲(chǔ)器I/O設(shè)備：顯示器、鼠標(biāo)、話筒、喇叭、繪圖儀、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、觸摸屏、手寫筆、操縱桿、MIDI鍵盤、數(shù)字眼鏡、數(shù)字手套計(jì)算機(jī)學(xué)科：體系結(jié)