第一章 多媒体技术概论87965138

多媒体技术及其医学应用1第一章多媒体技术概论多媒体技术及其医学应用2第一节多媒体技术一、多媒体•（一）媒体的分类–感觉媒体（Perception）–表示媒体（Presentation）–显示媒体(Display)–存储媒体（Storage）–传输媒体（Transmission）多媒体技术及其医学应用3•（二）多媒体的定义-“多媒体”一词译自英文“Multimedia”。-通常所指的就是各种感觉媒体的组合，也就是声音、图形、图像、文字、数据等。-“多媒体”在计算机领域有几层含义：一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、视频、动画、图形和图像等；三是指处理多媒体的声卡、视频卡、芯片等硬件设备。多媒体技术及其医学应用4二、多媒体技术及其特点•（一）多媒体技术–多媒体技术是指基于计算机科学的综合技术，包括音频和视频技术、信息处理技术、软件技术、硬件技术、人工智能技术、通信技术和网络技术等。多媒体技术及其医学应用5•（二）多媒体技术的特点–集成性–交互性–非循序性–实时性多媒体技术及其医学应用6三、多媒体应用系统的媒体元素•(一)文本–指各种文字、符号和数字，包括各种字体、尺寸、格式及色彩的文本。–常用的文本文件格式有：.DOC、.RTF、.TXT。•(二)图形–指通过一系列指令来表示一幅图，也称矢量图，如：点、线、面、直线、矩形、曲线、圆等。–常用的编辑软件有CorelDraw、Flash。多媒体技术及其医学应用7•(三)图像–指由像素点阵组成的画面，也称点位图或位图。–常用的图像处理软件有Paint、Brush、Photoshop等。•(四)音频–音频包括音乐、语音、自然声和各种音响效果。–声音的存储格式目前常见的有以下几种：波形文件（WAV）、MP3文件、MIDI音频文件、光盘数字音频文件（CD-DA）。多媒体技术及其医学应用8•(五)视频–视频是图像数据的一种，若干有联系的图像数据连续播放便形成了视频。•(六)动画–动画是利用人眼的视觉残留特性，快速播放一系列静态图像，在人的视觉上产生平滑流畅的动态效果。动画和视频是有区别的，动画是由计算机生成的二维或三维的连续的矢量图。–常见的二维动画制作工具有：Flash、Animator等；三维动画制作软件有3DMAX、Maya等。多媒体技术及其医学应用9四、多媒体涉及的几个概念•（一）超文本（hypertext）和超媒体（hypermedia）–超文本和超媒体–超文本和超媒体的组成–超媒体系统的结构模型•（二）SGML–规定了在文档中嵌入描述标记的标准格式，指定了描述文档结构的标准方法。–SGML的主要特点：支持无数的文档结构类型、创建与特定的软硬件无关的文档。多媒体技术及其医学应用10•（三）HTML–超文本标记语言（HypertextMarkedLanguage）的缩写，一种用来制作超文本文档的简单标记语言。•（四）XML–可扩展标记语言（ExtensibleMarkupLanguage)的缩写。XML源于SGML，是一个用来定义其他语言的元语言。–XML继承了SGML的许多特性：可扩展性、灵活性、自描述性。–XML与HTML不同：HTML的设计目标是显示数据并集中于数据外观，而XML的设计目标是描述数据并集中于数据的内容。XML标记由架构或文档的作者定义，并且是无限制的。HTML标记则是预定义的；HTML作者只能使用当前HTML标准所支持的标记。多媒体技术及其医学应用11•（五）VRML–VRML是虚拟现实模型语言（VirtualRealityModelingLanguage）的缩写，它是一种用于对三维虚拟场景进行建模的描述性语言。–VRML是HTML的扩展，基本的概念相类似，区别在于HTML文档是二维的，VRML则带来三维空间的立体世界。多媒体技术及其医学应用12第二节多媒体计算机系统的组成用户多媒体应用软件多媒体素材制作软件多媒体创作软件多媒体应用系统多媒体操作系统多媒体驱动软件多媒体硬件多媒体技术及其医学应用13一、多媒体计算机系统的软件•（一）多媒体应用系统•（二）多媒体创作软件–基于页的多媒体创作工具–基于图标的多媒体创作工具–基于时间的多媒体创作工具–基于高级程序设计语言的多媒体创作工具多媒体技术及其医学应用14•（三）多媒体素材制作软件–文字编辑软件–图像处理软件–动画制作软件–音频处理软件–视频处理软件•（四）多媒体核心系统软件–指多媒体操作系统和多媒体设备的驱动程序多媒体技术及其医学应用15二、多媒体计算机系统的硬件•（一）按照多媒体处理流程看主要包括以下设备–主机–输入设备•扫描仪•数码相机/数码摄像机–存储设备•磁盘存储设备•光盘存储设备:CD光盘及驱动器、DVD光盘及驱动器–输出设备•显示器•彩色喷墨打印机•触摸屏多媒体技术及其医学应用16•（二）按照媒体类型，还涉及的多媒体关键设备–音频卡–视频卡–显示控制适配器多媒体技术及其医学应用17第三节多媒体技术的发展和应用一、多媒体技术的发展•1984年，美国Apple公司推出Macintosh计算机，开创了计算机进行图像处理的先河。多媒体技术及其医学应用18•1985年，美国Commodore公司将世界上第一台多媒体计算机系统Amiga展现在世人面前。多媒体技术及其医学应用19•1986年，荷兰Philips公司和日本SONY公司联合推出了交互式紧凑光盘系统。•1989年，美国Intel公司和IBM公司联合将DVI技术发展成为新一代多媒体开发平台ActionMedia750。•1990年11月，由美国Microsoft公司联合IBM、Intel、DELL、Philips等共14家厂商召开了多媒体开发者会议，会议成立了“多媒体计算机市场协会”。•1992年，Microsoft公司推出了视窗操作系统Windows3.1，这是计算机操作系统发展的一个里程碑。多媒体技术及其医学应用20•1995年，Microsoft推出了Windows95操作系统，操作界面变得更加友好、更加简便、并全面支持多媒体功能。•1996年，Intel公司将多媒体扩展技术加入到微处理芯片PentiumPro中，多媒体逐渐成为个人计算机的主流，将个人计算机带入了多媒体时代。•1998年，在Windows95的基础上推出了Windows98操作系统，操作系统的性能更加稳定。•2001年10月25日微软推出了WindowsXP。•2006年11月30日Vista在中国发布，同期发布的还有Office2007版。多媒体技术及其医学应用21二、多媒体技术的应用领域•（一）在教育培训中的应用–教学模式的改变–教学手段、方法的变革多媒体技术及其医学应用22•（二）在商业中的应用–多媒体技术特点的数字家用电器–基于多媒体技术的演示查询系统和信息管理系统：如车票销售系统、气象咨询系统、病历库、新闻报刊音像库等。多媒体技术及其医学应用23•（三）在娱乐中的应用–交互式电影、电视–游戏多媒体技术及其医学应用24•（四）在电子出版物中的应用–指以数字代码方式将图、文、声、像等信息存储在磁、光、电介质上，通过计算机或类似设备阅读使用。多媒体技术及其医学应用25•（五）在军事领域中的应用–模拟真实战争的作战场景指挥现场–特点：重量轻、便于携带多媒体技术及其医学应用26•（六）在过程模拟领域中的应用–模拟设备运行、火山爆发、海洋洋流、天气预报、化学反应、生物进化等，使复杂、难以用语言准确表述的变化过程变得生动具体。开窗料型变形部分道次的过程模拟多媒体技术及其医学应用27•（七）在其它领域的应用–管理信息系统–多媒体测试系统–工程辅助设计–工农业生产、通信业、旅游业、航空航天业、医学等多媒体技术及其医学应用28三、多媒体技术的医学应用•（一）图像处理技术在医学中的应用–医学影像如CT、MRI、PET–医学影像的特点：是灰度分布图，由人体组织特征参数的不同而决定。多媒体技术及其医学应用29•（二）动画技术在医学中的应用医学网络课程中包含了大量的音频、动画、视频等多媒体素材，Flash生成的动画数据量小，具有流媒体的特性，支持网络发布。多媒体技术及其医学应用30•（三）网络视频技术在医学教学中的应用多媒体技术及其医学应用31•（四）现代多媒体综合技术在医学中的应用——远程医疗多媒体技术可以在帮助远离服务中心的病人通过多媒体通信设备、远距离多功能医学传感器和微型遥测接受医生的询问和诊断，为抢救病人赢得宝贵的时间，并充分发挥名医专家的作用，节省各种费用开支，这便是多媒体远程医疗系统。多媒体技术及其医学应用32多媒体技术及其医学应用33•1959年开始，已经出现了远程医疗。•70和80年代，远程医疗技术主要集中在改进电视画面来传送医学图像，但模拟通信方式无法实现多媒体医疗信息的综合集成与有效处理。•90年代后，数字化技术在医疗器械和通信技术中广泛采用，特别是信号处理技术和通信网络的发展，为多媒体远程医疗跃上一个新台阶。多媒体技术及其医学应用34•多媒体远程医疗系统的应用功能根据多媒体远程医疗的设计目标不同，大致可以分为四类：–以检查诊断为目的的多媒体远程医疗诊断系统–以咨询会诊为目的的多媒体远程医疗会诊系统–以教学培训为目的的多媒体远程医疗教育系统–以家庭病床为目的的多媒体远程病床监护系统多媒体技术及其医学应用35第四节多媒体的关键技术及其医学体现一、数据压缩编码技术•（一）数据的压缩分为有损压缩和无损压缩–无损压缩是利用数据的统计冗余进行压缩，可完全回复原始数据而不引起任何失真。–经常使用的无损压缩方法有Shannon-Fano编码，Huffman编码，游程(Run-length)编码，LZW(Lempel-Ziv-Welch)编码、算术编码等。多媒体技术及其医学应用36–有损压缩是利用了人类对图像或声波中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息；虽然不能完全回复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响小，而换来的是较大的压缩比。–常见的压缩方法有：PCM(脉冲编码调制)，预测编码，变换编码等。如多媒体中音频格式mp3、wma、图像格式jpg、视频格式rm、rmvb、wmv等都采用的是有损压缩。多媒体技术及其医学应用37•（二）数据压缩技术的国际标准–JPEG标准：适用于连续色调、多级灰度、彩色/单色静止图像压缩。–MPEG-1用于传输码率约为1.5Mb/s用于数字存贮媒体活动图像及其伴音的编码。–MPEG-2主要针对高清晰度电视所需要的视频及伴音信号，传输速率为10Mb/s，与MPEG-1兼容，适用于1.5～60Mb/s甚至更高的编码速率。–MPEG-4是基于对象（内容）的、可交互、可伸缩质量的编码标准，适合各种应用（会话、交互、广播等）。–MPEG-7是多媒体内容描述接口标准，它规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合。–MPEG-21是有关多媒体框架的协议。•（三）医学图像与数据压缩技术–静态图像压缩标准•应用较多的远程医疗系统采用的是JPEG2000压缩。•与JPEG压缩相比具有更高的压缩比（比JPEG高20％～40％），并且支持感兴趣区压缩。–视频压缩标准•MPEG标准：MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，其中MPEG-2用于高带宽（1.5MHz以上）的应用•H系列，如H.261、H.263，它们覆盖了低带宽（2Mbit/s以下）的应用。•后来二者联合起来定制了一个统一的图像编码压缩标准H.264/MPEG-4AVC，用于改善图像质量，覆盖所有的带宽。多媒体技术及其医学应用39–音频压缩标准•电话质量：G.711，G.721，G.723，G.728•调幅广播质量：G.722•高保真立体质量：MPEG音频多媒体技术及其医学应用40二、多媒体存储技术•（一）几种主要的存储技术–直接连接存储技术：•磁盘多媒体技术及其医学应用41•磁带磁带存储技术不利于高速存储，但由于其存储成本低、容量扩展、灵活方便、介质小、易于保存仍然在使用。但是新工艺的研发将使磁带存储密度