多媒体技术与计算机安全

第七章多媒体技术与计算机安全7.1计算机多媒体系统在人类社会中，信息的表现形式是多种多样的，如常见的文字、声音、图像、图形等都是信息的表现形式，通常把这些表现形式叫做“媒体”。近年来，人们有了把多种媒体信息做统一处理的需要，也已经拥有了处理多种媒体信息的能力，这才使“多媒体”变为一种现实。现在所说的“多媒体”，常常不是说多媒体信息本身，而主要是指处理和应用它的一套技术，即“多媒体技术”。而且，人们谈论多媒体技术时，常常要和计算机联系起来，这是因为多媒体技术利用了计算机中的数字化技术和交互式的处理能力。7.1.1多媒体计算机及其组成1.多媒体计算机媒体是指存储信息的载体和信息的本体。存储信息的载体包括磁带、磁盘、半导体存储器和光盘等，信息的本体包括数据、文档、声音、图形和影像等。90年代以来，随着电子技术和计算机的发展，以及数字化音频、视频技术的进步，多媒体技术和应用得到迅猛发展。在多媒体技术的推动下，计算机的应用进入了一个崭新的领域，计算机从传统的单一处理字符信息的形式，发展为同时能对文字、声音、图像和影视等多种媒体信息进行综合处理和集成。多媒体技术创造出集文字、图像、声音和影视于一体的新型信息处理模型，实现计算机多媒体化。它成功地将电话、电视、摄录像机、图文传真机、音响系统和计算机集成于一体，由计算机及专用卡完成视频图像的压缩和解压工作。同时，利用计算机网络系统实现多媒体信息传输，为人类提供了全新的信息服务，由于采用了多媒体技术，就能使个人计算机成为录音电话机、可视电话机、电子邮箱、立体声音响电视机和录像机等等。将多媒体技术和计算机组合在一起，就是常说的多媒体计算机。2.多媒体计算机的组成一台标准的多媒体计算机硬件目前的基本配置为：PC机（386DX或以上档次）＋光盘驱动器＋声卡＋视频卡（或电影卡）＋标准接口如果已经有了一台386DX或以上档次的计算机时，只须再购买光盘驱动器、声卡、视频卡（或电影卡），经过简单的装配就可以完成多媒体计算机，可进行高层次的全动画游戏，饱览世界名胜风光，欣赏优美动听的交响乐，还可进行卡拉OK演唱，阅读大百科全书，享受丰富多采的家庭教育和观赏精彩的电影节目。图7-1-1常见的多媒体部件3.常见的多媒体部件⑴声频卡声音媒体是较早引入计算机系统的媒体信息之一，从早期的利用PC机内置喇叭发声，发展到利用声卡在国际互联网上实现电视电话，声音一直是多媒体计算机中重要的媒体信息。它是实现声波/数字信号相互转换的硬件电路，具有播放与录制音响数据的功能。声频卡从话筒中获得声音模拟信号，通过模数转换器将声波振幅信号转换成一串数字，即数字化录音，然后被抽样采集并存储到计算机中。为了重现声音，这些数字信号被送到数模转换器中，以同样的抽样速率还原为模拟波形，待放大后送到扬声器发声，这一技术也称为脉冲编码调制技术。①声卡的作用目前，多媒体计算机中和音效处理工作主要借助于声卡，从对声音信息的采集、编辑加工、直到声音媒体文件的回放这一整个过程都离不开声卡。声卡在计算机系统中的主要作用是声音文件的处理、音源的控制、语音处理和提供MIDI接口功能。采集（录音）、编辑、播放声音文件是声卡的基本功能。其中最为直观的是利用声卡及控制软件，实现对多种音源的采集工作。将来自话筒、录音机、光驱等设备的声音信息进行模拟信息到数字信息的转换、压缩等操作，并借助专用的声音媒体编辑软件，对已经数字化的声音文件进行再加工，如进行去噪、放大等音效处理，可以达到特殊的效果。音源控制用于控制音源在采集、回放时的音量，以及对各种音频的混合，以达到特殊的声音效果。语音处理主要利用现代的语音合成及语音识别技术实现一定程度的人机对话，包括利用声卡朗读文字信息，如朗读、英文单词或句子，利用声卡识别计算机操作者的声音。在对声音媒体的处理方面，声卡不仅能对常用的音波文件进行处理，同时还在声卡上提供了与电子乐器合成器的接口（MIDI）。②声卡的选择目前市场上的声卡主要分为8位和16位两大类。多数8位声卡只有一个声音通道（即单声道），在对模拟化的声音进行录制时，采样频率为22kHz（即每秒钟采集22000个点左右），并且采样点用8位二进制数表示。因而，采集效果较差，在回放时失真度大，目前基本处于淘汰状况。16位声卡采用了双声道技术，最大采样频率为44.1kHz，每个采样点用16位二进制数表示。它具有立体声效果，基本上能满足专业音乐人士的需求。回放时可达到CD音质，是目前多媒体计算机首选的声音处理设备。③计算机声音的分类在多媒体计算机中，声音主要有音波文件（WAV文件）和MIDI文件两大类。声音的本质是音波。音波是用不同强度的振动次数序列来表示的，它是一种连续变化的模拟化声音波形信息。利用这种形式生成的声音文件容量较大，但保真度高，具有较好的音质，对声卡的要求较低，是目前多媒体计算机中常用的声音媒体。MIDI（MusicInstrumentsDigitalInterface电子乐器合成器数字接口）是一种用于与电子合成器相连的接口标准，符合该标准的声音媒体文件即为MIDI文件。MIDI文件并未包含任何数字音频信号，而是存储着对声卡上的MIDI合成器的控制代码。这些代码包括发声乐器、发声大小、音量大小、持续时间和通道编号等信息。其回放过程实质上是一个由MIDI文件控制MIDI合成器发声的过程，因此，MIDI文件的所产生的声音的质量完全取决于播放所用的合成器的性能。目前，MIDI合成方式主要有调频（FM）和波表（wavetable）两种方式。⑵视频卡在MPC中，视频卡也是不可缺少的部分。多媒体系统中的图形、图像可以直接用视频卡进行数字化提取和处理。视频卡的产品很多，常见的有以下几种。①视霸卡是在PC上增加图像功能的一种多媒体视频接口卡。其主要功能有：●在可移动、可改变尺寸的窗口中显示全活动的数字化影像画面；●来自录像机、视盘机、摄像机和广播电视的影像信号可以在PC上播放、定格、存储和处理，并可输出到其它的显示器上；●在影像画面上可以叠加计算机数字与图像；●影像的尺寸可大到全屏幕或缩小为图标；●影像的色彩、饱和度、亮度和对比度均可调节；●内含数字化的立体声语音台，每个通道的音量及总音量均可用程序控制。②视频叠加卡视频叠加卡可将计算机输出的数字、字幕的图形等叠加到从光盘、录像机、摄像机以及电视机送来的模拟信号源上。也将模拟图像转换为电脑图形并在显示器上开一个相应的窗口显示。但由于计算机总线的带宽有限，所以这种叠加卡不能提供动态视频效果。③视频输入/输出卡该卡可将视频信号数字化，然后可随意地同计算机图形以及来自帧缓存的静态图像叠加，最后输出复合视频信号。④视频信号调谐卡采用该卡可以成功地接收PAL/NTSC等制式的电视广播信号，输出合成视频信号和声频信号，从而使计算机成为一台性能极佳的电视机。⑤多功能卡该卡为具备音响、视频及图像/窗口加速的四合一多媒体多功能卡，其视频部分可输出NTSC/PAL/S制式信号；声卡部分可兼容11个声道的FM音乐合成器、9种音阶4种调幅波音响。⑶触摸屏触摸屏是基本的多媒体系统界面之一。由于它反应灵敏迅速、结果可靠，使计算机应用变得透明和直观，在一些方面代替了计算机键盘命令操作。触摸屏的最大优点是：用户不一定要精通计算机，即使不懂得操作系统或输入输出设备，也可随心所欲地进行操作，所以应用范围非常广泛。⑷只读光盘（CD-ROM）及驱动器融声音和图文于一体的多媒体信息，其特点是信息量大、实时性强，尤其是图像信息更为突出。当一幅分辨率为320×240的图像采用YUV编码时，若每个象素占8位，其数据量为115KB，1分钟的电视图像就有207.36MB的数据量。若采用MPEG标准（动画编码专家组标准），压缩比按26:1计算，1小时图像的数据量仍需约478.5MB的存储容量。面对如此大的数据量，在体积、重量、价格以及批量生产等方面，硬盘存储器已不能胜任。在这种情况下，光盘存储器就应运而生。光盘存储器是90年代广泛应用的高新技术产品，其基本原理是利用聚焦激光光束在存储介质上进行光学读写。由于高能量的激光光束可以聚焦成约1微米的光斑，因此光盘具有其它存储技术无法比拟的存储容量。光盘按其功能可分为三种类型：只读光盘、追忆型光盘、可重定光盘。目前，在多媒体技术中应用最广泛的是只读光盘。这种光盘具有价格低廉，技术相对成熟，适于多媒体软件产品批量生产等特点。1张5.25英寸的只读光盘具有650MB的存储容量，是1.2MB软盘的542倍，是1.44MB软盘的451倍。显然，只读光盘是多媒体信息的优选载体。只读光盘有CD-DA、CD-ROM、CD-I、CD-ROM/XA等多种规格。4.多媒体技术的应用随着多媒体技术的不断发展，计算机已成为越来越多失朝夕相处的伙伴，成为许多人的良师益友。作为人类进行信息交流的一种新的载体，多媒体正在给人类日常的工作、学习和生活带来日益显著的变化。目前，多媒体应用领域正在不断拓宽。在文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商业及家庭应用等方面，已经出现了不少深受人们喜爱的以多媒体技术为核心的多媒体电子出版物，它们以图片、动画、视频片段、音乐及解说等易接受的媒体素材将所反映的内容生动地展现给广大读者。在教育培训领域，计算机辅助教学软件的兴起极大地改善了人们的学习环境，提高了学习效率。各国相继推出了适合各个年龄段的课件系统，主要产品有美国Broderbond公司推出的儿童读物——LivingBooks，我国科利华软件公司推出的面向中小学教育的学习软件——CSC等。电子图书则涉及了经典尖、电子字典类、百科全书类及参考杂志类等许多种类别。主要产品有《牛津英语字典》、《圣经图书馆》等，其中美国Microsoft公司推出的Encarta百科全书已经成为多媒体百科全书的经典作品。在商业领域，多媒体为扩大销售范围提供了多种手段。商场的电子触摸屏可以为顾客提供各在商业营销网点的销售情况。而在建筑领域，多媒体将建筑师的设计方案变成了完整的模型。在商品介绍方面的主要产品有：美国商业信息发行的《美国商业电话簿》等。在观光旅游方面，多媒体光盘使人们足不出户就能够“置身”于自己心中向往的旅游胜地，轻轻松松地去“周游”整个世界，并从中感受各地的风土人情。例如，清华大学出版社出版的《颐和园》，即是一个利用多媒体技术设计制作的反映颐和园全貌的电子产品。以游戏软件为代表的一类多媒体电子产品增添了家庭娱乐的新型项目，使家庭生活更加充实、丰富多彩。图7-1-2多媒体技术在影视领域的应用此外，在多媒体领域进行的协同工作也是利用多媒体技术和通信技术实现的。已经实现的有视频会议、远程医疗及远程教学等远程通信。在不久的将来，可视电话的出现将会极大地方便广大用户。利用通信技术和多媒体技术实现不同地域之间的多方协作是目前多媒体和通信技术的发展方向之一。7.1.2多媒体计算机标准多媒体计算机（MPC，Multimedia－Personal－Computer）只有符合MPC标准之后，才能够在市场上获得更多的软、硬件的支援，从而更好地发挥计算机的作用。MPC标准有三个，即MPC标准的三个级别。1.ＭPCLevelⅠMPC标准的第一级，也是MPC的最低标准，其指标有：⑴16MHz的386SX中央微处理器⑵2MB内存⑶5.25英寸软磁盘驱动器⑷30MB的硬盘⑸数码音频输出的光盘机，即单速CD－ROM驱动器（传输速率为150KB/s）⑹8位数码声音卡⑺VGA显示器，640×480，256色⑻101键盘、双键式鼠标器2.ＭPCLevelⅡMPC标准的第二级，它是现行使用的标准，其指标有：⑴25MHz的486SX中央微处理器⑵4MB内存⑶16位数码声音卡⑷160MB的硬盘⑸SVGA显示器，640×480，64K色⑹双倍转速、可读取多种格式的光盘机，即双速CD－ROM驱动器⑺其它同最低标准中的要求3.ＭPCLevelⅢ是MPC标准的最高标准，其指标有：⑴75MHz的Pentium中央微处理器⑵8MB内存⑶16的声音卡，采用波表合成技术⑷540MB的硬盘⑸四倍转速、可读取多种格式的光盘机，即四速CD－ROM驱动器⑹