第9章 多媒体信息技术基础

第9章多媒体信息技术基础知识目标1.了解多媒体和多媒体技术的基本概念2.了解多媒体计算机的硬件系统和软件系统的含义3.了解WindowsXP的多媒体功能技能目标1.能够说出多媒体技术的在科技和生活中的应用2.能够识别多媒体计算机的硬件组成3.能够使用WindowsXP的多媒体软件播放媒体文件多媒体是多媒体信息和多媒体技术的总称。多媒体信息是指集数据、文字、图形与图像为一体的综合媒体信息。多媒体技术则是指将计算机与通信技术融为一体，综合处理、传送和贮存多媒体信息的数字技术。多媒体技术的发展，极大地拓展了计算机及网络的应用领域，改变着人们的生活方式，并对大众传媒产生了巨大影响。9.1多媒体技术概述自从20世纪80年代多媒体技术开始发展以来，多媒体技术迅猛发展，并迅速走向产业化。仅十几年的时间，在市场上出售的微型计算机已全部具有多媒体功能，多媒体方面的技术指标已成为计算机购买者必须考虑的一个重要方面。多媒体技术已成为当今最热门的研究课题之一。9.1.1媒体和多媒体多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、音乐、图形、图像、动画、视频等。计算机技术和事务信息处理技术的发展，使我们今天拥有了处理多媒体信息的能力，使多媒体成为一种现实。所以我们现在所说的多媒体，不是指多媒体本身，而是指处理和应用它的一整套技术。9.1.2多媒体技术及其特性（1）数字化。是指多媒体信息以数字形式表现，并以数字化方式处理多媒体信息，信号衰减小、不丢失、不畸变，最大限度地保持了信息的精确度。（2）集成性。是指多媒体采用了数字化技术，可以综合处理文字、声音、图形、图像、动画、视频等多种信息，并将这些不同类型的信息有机地结合在一起。它是多媒体信息和多媒体设备的高度统一。（3）交互性。是指多媒体信息以超媒体结构进行组织，便于实现人机交互与控制。正是有了交互性，用户才能更快和更有效地获取信息。9.1.3多媒体信息处理的关键技术1．视频音频数据压缩/解压缩技术由于数字化的图像、声音等媒体数据量非常大，致使在目前流行的计算机产品，特别是微机系列上实现多媒体应用十分困难。此外，视频与音频信号不仅需要较大的存储空间，还要求很高的传输速度。因此，必须对多媒体信息进行实时压缩和解压缩。研究表明，选用合适的数据压缩技术，可以将字符数据、语音数据、图像数据量压缩到原来的1/2～1/60。数据压缩技术日趋成熟，不但制定了压缩和解压缩编码的国际标准，而且已经产生了不同的压缩算法和能实现这些算法的大规模集成电路和计算机软件。2．多媒体专用芯片技术因为要实现音频、视频信号的快速压缩、解压缩和播放处理，需要大量的快速计算。而实现图像的许多特殊效果、图形的处理、语音信号处理等等，也都需要较快的运算和处理速度。因此只有采用专用芯片，才能获得满意的效果。多媒体计算机专用芯片可归纳为两种类型：一种是固定功能的芯片，另一种是可编程的数字信号处理器（DSP）芯片。3．大容量信息存储技术多媒体的音频、视频、图像等信息虽经过压缩处理，但仍然需要相当大的存储空间。而且硬盘存储器的盘片是不可交换的，不能用于多媒体信息和软件的发行。大容量只读光盘存储器的出现，解决了多媒体信息存储空间及交换问题。CD-ROM、CD-I、CD-V、DVD技术的出现，使得基于计算机的数字驱动器能存储640M～17GB的数据量。4．多媒体输入/输出技术多媒体输入/输出技术包括媒体变换技术、媒体识别技术、媒体理解技术和综合技术。媒体变换技术是指改变媒体的表现形式，如当前广泛使用的视频卡、音频卡（声卡）都属媒体变换设备。媒体识别技术是对信息进行一对一的映像过程。例如，语音识别是将语音映像为一串字、词或句子；触摸屏是根据触摸屏上的位置识别其操作要求。媒体理解技术是对信息进行更进一步的分析处理和理解信息内容，如自然语言理解、图像理解、模式识别等技术。媒体综合技术是把低维信息表示映像成高维的模式空间的过程，例如，语音合成器就可以把语音的内部表示综合为声音输出。5．多媒体软件技术多媒体软件技术主要包括多媒体操作系统、多媒体素材采集与制作技术、多媒体编辑与创作技术、多媒体应用程序开发技术、多媒体数据库管理技术等。其中，多媒体操作系统是多媒体软件的核心。它负责多媒体环境下多任务的调度，保证音频、视频同步控制以及信息处理的实时性，提供多媒体信息的各种基本操作和管理，具有对设备的相对独立性与可扩展性。6．多媒体应用开发技术在多媒体应用开发方面，目前还缺少一个定义完整的应用开发方法学。多媒体应用开发需要计算机开发人员、音乐创作人员、图像创作人员等集中在一起，共同完成开发任务对于项目管理者来说，研究和推出一个多媒体应用开发方法学将是极为重要的。7．多媒体通信技术多媒体通信要求能够综合地传输、交换各种信息类型，而不同的信息呈现出不同的特征。对数据而言，可容忍延迟，但却不能有错，即便一个字节的错误都会改变数据的意义。8．虚拟现实技术虚拟现实技术是用计算机生成现实世界的技术。虚拟现实的本质是人与计算机之间进行交流的方法，它以其更加高级的集成性和交互性，给用户以十分逼真的体验，可以广泛应用于模拟训练、科学可视化等领域，如飞机驾驶训练、分子结构世界、宇宙作战游戏等。9.1.4多媒体技术的应用1．在教育与培训方面的应用多媒体技术对教育产生的影响比对其他领域的影响要深远得多。利用多媒体计算机的文本、图形、视频、音频及其交互式的特点，可以编制出计算机辅助教学软件，即课件。课件具有生动形象、人机交流、即时反馈等特点，能根据学生的水平采取不同的教学方案，根据反馈信息为学生提供及时的教学指导，创造出生动逼真的教学环境，改善学习效果。而且教师可以根据情况随时修改程序，不断补充新的教学内容。2．在通信方面的应用多媒体通信有着极其广泛的内容，如可视电话、视频会议等已逐步被采用，而信息点播（InformationDemand）和计算机协同工作CSCW（ComputerSupportedCooperativeWork）系统将给人类的生活、学习和工作产生深刻的影响。“多媒体计算机+电视+网络”将形成一个极大的多媒体通信环境，它不仅改变了信息传递的面貌，带来通信技术的大变革，而且计算机的交互性、通信的分布性与多媒体的现实性相结合，构成了继电报、电话、传真之后的第四代通信手段，向社会提供全新的信息服务。3．多媒体技术在其他方面的应用多媒体技术也给出版业带来了巨大的影响，其中近年来出现的电子图书和电子报刊就是应用多媒体技术的产物。电子出版物具有容量大、体积小、成本低、检索快、易于保存和复制、能存储音像图文信息等优点，因而前景乐观。9.2多媒体计算机MIDI合成器收录机扬声器麦克风声卡主机显示器CD-ROM视频卡摄像机影碟机录像机图9-1MPC3多媒体计算机配置示意图9.2.1多媒体计算机的特点（1）具有交互式播放和阅读功能的CD-ROM。使用光盘可以录制音乐、动画节目，存储字典、百科全书、技术文稿等各类文献资料。（2）高质量的数字音响功能。MPC应具有A/D和D/A功能，并且可以把数字信号存储到硬盘上，再从硬盘上重放。此外，MPC应配有音乐合成器接口MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface），可分别用来增加播放复合音乐和外接电子乐器、编辑乐曲等功能。（3）图文、声音同步播放。MPC能够显示来自光盘上文字、动画、影视节目等，而且可以使画面、声音、字幕同步。（4）具有管理多媒体的软件平台。目前，大量多媒体视听软件均以Windows环境为操作平台，可以方便地在MPC上运行。MPC3标准要达到的目标是使多媒体计算机能在CD级音响伴奏下播放全屏幕MPEG视频。目前市场上的主流计算机配置都超过了MPC3对硬件的要求。9.2.2多媒体计算机的硬件系统1．光盘驱动器2．CD-ROM激光存储器3．DVD标准4．CD-R和CD-RW激光存储器5．EVD6．音频卡7．视频采集卡8．扫描仪9．触摸屏10．数码照相机11．数码摄像机9.2.3多媒体计算机的软件系统多媒体计算机软件系统按功能可分为系统软件和应用软件。1．多媒体系统软件2．多媒体应用软件9.3多媒体文件计算机中的多媒体文件类型众多，大致可分为图像、音频、视频及动画等几大类。下面对这些多媒体文件类型进行全面介绍。9.3.1图像文件1．数字图像基础计算机的图像就是数字化的图像，它包括两种，一种是图像，一种是图形。图像又被称为“位图”，是直接量化的原始信号形式，由像素点组成，每个像素点由若干个二进制位进行描述。由于图像对每个像素点都要进行描述，因此数据量比较大，但表现力强、色彩丰富，通常用于表现自然景观、人物、动物、植物等自然的、细节的事物。图形又被称为“矢量图”，是由计算机运算而形成的抽象化结果，由具有方向和长度的矢量线段组成，其基本的组成单元是锚点和路径。由于图形是使用坐标数据、运算关系及颜色描述数据，因此数据量较小，但在表现复杂图形时就要花费较长的时间，同时由于图形无论放大多少始终能表现光滑的边缘和清晰的质量，故常用来表现曲线和简单的图案。2．图像的数字化图像数字化过程包括采样和量化两个过程。采样是指将图像转变成为像素集合的一种操作。我们使用的图像基本上都是采用二维平面信息的分布方式，要将这些图像信息输入到计算机中进行处理，就必须将二维图像信号按一定间隔从上到下有顺序地沿水平方向或垂直方向直线扫描，从而获得图像灰度值阵列，再对其求出每一特定间隔的值，就能得到计算机中的图像像素信息。经过采样后，图像已被分解成在时间和空间上离散的像素，但这些像素值仍然是连续量，并不是我们在计算机中所见的图像。量化则是指把这些连续的浓淡值变换成离散值的过程。也就是说，量化就是对采样后的连续灰度值进行数字化的过程，以还原真实的图像。3．图像的储存格式（1）JPEG格式。（2）BMP格式。（3）GIF格式。（4）PNG格式。（5）TIFF格式。（6）TGA格式。（7）PSD格式。4．图像的重要参数（1）图像分辨率（ImageResolution）。（2）色彩深度（PixelsDepth，即像素深度）。（3）图像容量。（4）输出分辨率。常用的显示分辨率表示显示器在显示图像时的分辨率。显示分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。例如800×600的分辨率，是指在整个屏幕上水平显示800个像素，垂直显示600个像素。9.3.2音频文件1．声音基础声音是通过空气的振动发出的，通常用模拟波的形式来表示。它有两个基本参数：振幅和频率。振幅反映声音的音量，频率反映声音的音调。频率为20Hz～20kHz的波称为音频波；频率小于20Hz的波称为次音波；频率大于20kHz的波则称为超音波。2．声音信号的数字化音频是连续变化的模拟信号，而计算机只能处理数字信号，要使计算机能处理音频信号，必须把模拟音频信号转换成用0、1表示的数字信号，这就是音频的数字化。3．声音文件的存储格式声音数据的存储格式包括以wav、au、aif、snd、rm、mp3、mid、mod等为扩展名的多种格式。wav格式主要用在PC上，au格式主要用在UNIX工作站上，aif和snd格式主要用在苹果机和美国视算科技有限公司的工作站上，rm和mp3格式是因特网上流行的音频压缩格式，mid、mod格式是按MIDI数字化音乐的国际标准来记录和描述音符、音道、音长、音量和触键力度等音乐信息的文件格式。9.3.3视频文件数字视频之所以被广泛使用，主要有两方面的原因。一是由于非线性编辑具有神话般的魔力，它让人们相信自己在电视上看到的和听到的都是真实的。二是数字视频压缩技术的突破。没有压缩编码，数字视频及其非线性编辑几乎是不可能实现的。目前，常用的压缩编码技术是国际标准化组织推荐的JPEG和MPEG压缩。1．视频的数字化（1）数字化。在对视频进行数字化处理的时候，大部分情况下，都要进行压缩。因为没有进行压缩的视频数据量会过大。压缩的目的是在保证图像