1、第1章 多媒體技術概述 多媒體技術基礎及應用（第2版） 劉立新、劉真編著第1章 本章主要內容1.1.1 基本概念1. 多媒體技術(Multimedia) 多媒體技術就是計算機綜合處理多種媒體信息，如文本、圖形、圖像、動畫、聲音和視頻等，使多種媒體建立連接，集成為一個具有交互性系統的技術。2. 計算機輔助教學(CAI) CAI全稱計算機輔助教學(Computer Assisted Instruction)，是指利用計算機幫助教師進行教學或指計算機在教育領域的廣泛應用，包括在教學、研究和管理中以各種方式使用計算機。3. 多媒體CAI課件 多媒體CAI課件是一種教學系統，它的主要功能是教學功能，所以

2、包括課件中的教學內容及其呈現，教學過程及其控制應有教學目標。1.1.2 常見媒體元素1.1.2 常見媒體元素 文本分為非格式化文本文件非格式化文本文件和格式化文本文件格式化文本文件。 非格式化文本文件：只有文本信息沒有其他任何有關格式信息的文件，又稱為純文本文件或ASCII碼文件。如“.TXT ”文件。 格式化文本文件：帶有各種文本排版信息等格式信息的文本文件。如“.DOC ”文件。 反映字符的有字體(Font)、字形(Style) 、字號(Size)以及位置(Align)。1.1.2 常見媒體元素 圖形（Graphic）一般指用計算機繪制軟件制作的畫面，如直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表

3、等。 圖形的格式是一組描述點、線、面等幾何圖形的大小、形狀及其位置、維數的指令集合。 在圖形文件中只記錄生成圖的算法和圖上的某些特征點，因此也稱矢量圖矢量圖。用相應的軟件生成的圖形文件，圖形的記錄格式從其擴展名中就能判斷出來。如：CAD的擴展名為:dwg; 3d MAX的擴展名為: 3ds;桌面出版軟件擴展名為：wmf；Falsh動畫軟件擴展名為:fls; illustrator擴展名為：AI。1.1.2 常見媒體元素 圖像（Image）是指由影像輸入設備捕捉的實際場景畫面，或以數字化形式存儲的任意畫面，更接近于實際。 靜止的圖像是一個矩陣，陣列中的數字用來描述構成圖像的各個點（稱為像素點 p

4、ixel ）的強度與顏色等信息。 這類圖像文件一般由像素點像素點組成。如有位圖文件（ bmp ），數碼像機的JPG（JPEG），圖像編輯軟件生成：psd、PCX、Gif、Tiff等各種流行的圖像格式。一般數據量都較大。 1.1.2 常見媒體元素圖像處理時要考慮三個因素：n屏幕分辨率：顯示器屏幕上的水平與垂直方向的像素個數。n圖像分辨率：數字化圖像的大小，即該圖像的水平與垂直方向的像素個數。n圖像深度（也稱圖像灰度、顏色深度）數字位圖圖像中每個像素上用于表示顏色的二進制數字位數。n 顯示深度：表示顯示器上每個點用于顯示顏色的二進制數字位數。 若顯示器的顯示深度小于數字圖像的深度，就會使數字圖像顏

5、色的顯示失真。1.1.2 常見媒體元素1.1.2 常見媒體元素數字音頻（Audio）可分為波形聲音、語音和音樂。n波形聲音實際上已經包含了所有的聲音形式，它可以將任何聲音都進行采樣量化，相應的文件格式是WAV 文件或VOC文件。n 語音也是一種波形，所以和波形聲音的文件格式相同。n 音樂是符號化了的聲音，樂譜可轉變為符號媒體形式。對應的文件格式是MID 或CMF 文件。 1.1.2 常見媒體元素 計算機音頻技術根據人的聽覺器官的特點，對音頻信號加工后，包括聲音的采集、數字化、壓縮/解壓縮以及聲音的播放。 影響數字聲音波形的質量主要因素有：采樣頻率、量化位數和聲道數。n采樣頻率（sampling

6、 rate）是將模擬聲音波形轉換為數字時，每秒鐘所抽取聲波幅度樣本的次數，單位是Hz（赫茲）、KHz。n量化位數（也稱量化級）是每個采樣點能夠表示的數據范圍，經常采用的有8位、16位。例如，8 位量化級表示每個采樣點表示28=256 個不同量化值，而16 位量化級則表示216=65536 個不同的量化值。1.1.2 常見媒體元素n聲道數為記錄聲音時，如果每次生成一個聲道數據，稱為單聲道；每次生成兩個聲波數據，稱為立體聲（雙聲道）。 目前高檔音響可制作出48聲道、64聲道高保真節目。數字音頻的存儲量： 可用以下公式估算聲音數字化后每秒所需的存儲量（未經壓縮的）。 存儲量 = 采樣頻率量化位數8

7、使用雙聲道，存儲量再增加一倍。 動畫是活動的畫面，實質是一幅幅靜態圖像的連續播放。動畫的連續播放是指時間和圖像內容上上的連續播放。 計算機設計動畫有兩種：一種是幀動畫，一種是造型動畫。n幀動畫是由一幅幅位圖組成的連續的畫面，就如電影膠片或電視視頻畫面一樣要分別設計每屏顯示的畫面。n 造型動畫是對每一個運動的物體分別進行設計，賦予每個動元一些特征，然后用這些動元構成完整的幀畫面。動元的表演和行為是由制作表組成的腳本來控制。存儲動畫的文件格式有FLC、MOV等。1.1.2 常見媒體元素 視頻是由一幅幅單獨的畫面序列（幀frame）組成 ，這些畫面以一定的速率（fps）連續地投射在屏幕上，使觀察者具

8、有圖像連續運動的感覺。視頻文件的存儲格式有AVI、MPG、MOV等。 全世界三大模擬電視技術標準主要有NTSC制、PAL制和SECAM制以及兩種高清數字電視DVB、HDTV 。 NTSC 制標準由美國1953年制定。為30fps，每幀525行，隔行掃描，寬高比4:3, 掃描頻率60Hz。北美、日本采用。 PAL 制標準由西德1962年制定，為25fps，每幀625行。隔行掃描，寬高比4:3, 掃描頻率60Hz。中國和西歐大部份采用。 SECAM制標準由法國1965年制定。與PAL制不同是對彩色信號的處理方式不同。法國和非洲采用。 數字電視技術標準有DVB、HDTV，視頻傳輸信號可達192010

9、80i，寬高16:9, 每幀掃描1000幀以上。音頻上歐洲和日本音頻采用 MPG2，美國采用AC3。 大量使用數字壓縮技術編碼和解碼。1.1.2 常見媒體元素1.1.3 媒體類型1.2 多媒體技術的關鍵技術1.2 多媒體的關鍵技術 圖像、動畫、視頻和音頻等數字化后數據量是非常大的。n一幅640X480分辨率的真彩色圖像，數據量約為7.37Mbit幀；n視頻(運動圖像)，要以每秒30幀的速度播放，則視頻信號的傳輸速度為221.2Mbits, 那么一張650MB的CD-ROM光盤，只能播出約23秒鐘節目。 數字化處理的關鍵技術問題數據壓縮數據壓縮 選用合適的數據壓縮技術，有可能將字符數據量壓縮到原

10、來的1/2左右，語音數據量壓縮到原來的1/2-1/10，圖像數據量壓縮到原來的1/2-1/60。 如今已有壓縮編碼/解壓縮編碼的國際標準JPEG(靜態圖片) 和MPEG-II、III（視頻壓縮技術） 。1.2.1 多媒體數據壓縮技術多媒體數據壓縮技術1.2.2 多媒體網絡通信技術多媒體網絡通信技術 多媒體網絡通信技術是多媒體計算機技術、通信技術（有線和無線網絡）結合的產物，它將計算機的交互性、通信的分布性和廣播電視的真實性融為一體。 多媒體系統通過通信網絡傳送文本、圖形、圖像、動畫、音頻和視頻等信息。 不同的媒體元素對通信網絡要求不同，如:語音和視頻有較強的實時性要求，多媒體通信的發展要求有適

11、合于傳輸多媒體信息的通信網。 WWW系統是在因特網上的全球性分布式信息系統，它使用超文本和超媒體技術管理多媒體信息 。 1.2.3 多媒體存儲技術多媒體存儲技術 多媒體存儲技術主要是指發展最快光存儲技術。 利用數據壓縮技術，在一張CD-ROM光盤650MB上能夠存取74分鐘全運動的視頻圖像或者十幾個小時的語言信息或數千幅靜止圖像。 一張CD-R DVD 4.7GB光盤。 SONY公司的Blu-ray藍光HD DVD光盤單面單層25GB, 雙面雙層50GB。與此同時，華納、東芝公司放棄了HD DVD格式技術。全世界統一技術采用SONY公司的藍光HD DVD技術標準。 大多數具有多媒體處理能力的計

12、算機采用專用的音頻和視頻數字處理芯片（DSP） 。DSP一種是固定功能的芯片；另一種是可編程的數字信號處理器（DSP）芯片。產品有了一定的標準化。1.2.5 多媒體輸入與輸出技術多媒體輸入與輸出技術多媒體輸入/輸出技術：n 媒體變換技術：是指改變媒體的表現形式。如視頻卡、音頻卡（聲卡）都屬媒體變換設備。n 媒體識別技術：是對信息進行一對一的映像過程。 例如，語音識別技術和觸摸屏技術等。n 媒體理解技術：是對信息進行更進一步的分析處理和理解信息內容。如自然語言理解、圖像理解、模式識別等技術。n 媒體綜合技術：是把低維信息表示映像成高維的模式空間的過程。例如，語音合成器就可以把語音的內部表示綜合為

13、聲音輸出。 1.2.6 多媒體系統軟件技術多媒體系統軟件技術超文本語言（HyperText Maker Language ）是一種新穎的文本信息管理技術，它提供的方法是建立各種媒體信息之間的網狀鏈接結構，這種結構由節點組成。 對超文本進行管理使用的系統稱為超文本系統。也即瀏覽器，或稱為導航圖。 若超文本中的節點的數據不僅可以是文本，還可以是圖像、動畫、音頻、視頻，則稱為超媒體。1.3.1 多媒體個人計算機MPC系統簡介 多媒體計算機是指能夠綜合處理多種媒體信息的計算機。MPC = PCCD-ROM聲卡顯示卡多媒體操作系統（最好用獨立的聲卡和顯卡） MPC 配置特點： (1) 一個功能強大，速度

14、快的CPU； (2) 大容量的存儲器空間； (3) 高分辨率顯示接口與設備； (4) 可處理音響的接口與設備； (5) 可處理圖像的接口與設備； (6) 可存放大量數據的配置等。1.3.1 多媒體個人計算機MPC系統簡介 獨立的聲卡獨立的顯卡多媒體應用軟件第八層軟件系統多媒體創作軟件第七層多媒體數據處理軟件第六層多媒體操作系統第五層多媒體驅動軟件第四層多媒體輸入/輸出控制卡及接口第三層硬件系統多媒體計算機硬件第二層多媒體外圍設備第一層多媒體計算機系統組成結構1.3.2 多媒體計算機系統硬件組成結構1.3.2 多媒體計算機系統硬件組成結構 聲卡由聲源獲取聲音，并進行模擬/數字轉換或壓縮，而后存入

15、計算機中進行處理。聲卡還可以把經過計算機處理的數字化聲音通過解壓縮、數字/模擬轉換后，送到輸出設備進行播放或錄制。 視頻卡采集來自輸入設備的視頻信號，并完成由模擬量到數字量的轉換、壓縮，以數字化形式存入計算機中，數字視頻可在計算機中進行播放。1.3.2 多媒體計算機系統硬件組成結構多媒體軟件系統包括： 多媒體系統軟件：多媒體驅動軟件和多媒體操作系統 ； 多媒體支持軟件(開發工具)：多媒體數據處理軟件和多媒體 創作軟件；多媒體應用系統 1.3.2 在多媒體計算機系統中應用的軟件n多媒體素材制作軟件文本編輯 圖形與圖像處理 音頻編輯 視頻編緝 動畫編輯n 多媒體著作工具 Authorware Di

16、rectorn 多媒體軟件編程技術1.3.2 在多媒體計算機系統中應用的軟件1.3.3 MPC對系統工作環境的要求和發展趨勢硬件系統的要求：在配置MPC時應該具備大容量的硬盤；具有快速數據處理和傳輸能力的CPU和PCI總線； 建立更大的高速緩存區以提高微機的運行速度，內存一般在1GB以上；高分辨率的圖形、圖像顯示。圖形顯示卡要有高的分辨率和存儲容量；高質量的聲卡和音響設備。為了聲音的采集和回放具有較好的音質，應該采用具有44.1kHz采樣頻率和16位或32位采樣位數的聲卡。軟件系統的要求 ：(1)多媒體操作系統實時任務調度、多媒體數據轉換和同步控制機制多媒體設備的驅動和控制圖形和聲像功能的用戶

17、接口。(2)多媒體數據庫及其管理系統多媒體數據的特點面向對象數據庫的研究多媒體數據庫的數據模型多媒體數據庫檢索與查詢1.3.3 MPC對系統工作環境的要求和發展趨勢1.3.4 多媒體計算機常用存儲設備1激光存儲器光盤存儲技術 包括存儲容量、數據傳輸率(倍速)、平均存取時間、接口標準等。 按照光盤系統的讀寫能力，分為三類：只讀型、一次寫入型、可重寫型。只讀型(CD-ROM) CD-ROM光盤的內容是在制作光盤時寫入的，用戶可CD-ROM讀取信息，而不能往盤上寫信息一次寫光盤系統(CD-WROM)一次寫多次讀光盤系統中的光盤，只讀光盤。可重寫型(Rewriteable或Erasable)可重寫型光

18、盤像磁盤一樣具有可擦寫性。2活動存儲器大容量活動存儲設備按性能分為3類:移動硬盤、可寫光盤及閃盤類。 NoImage1.3.4 多媒體計算機常用存儲設備3新型存儲模式n NAS(Network Attached Storage)稱為網絡附加存儲，被定義為特殊的專用數據存儲服務器。NAS可用于任何網絡環境中，主要特點是：獨立于操作平臺，各種類型文件共享，主服務器和客戶端可非常方便地從NAS上讀取任意格式的數據。n SAN(Storage Area Network)存儲局域網，是以數據存儲為中心，采用可伸縮的網絡拓撲結構，通過高速率的光通道直接連接，提供SAN內結點間的多路數據交換。數據存儲管理集

19、中且在相對獨立的存儲局域網內。最終，SAN將實現在多種操作系統下最大限度的數據共享和數據優化管理，以及系統的無縫擴充。1.3.4 數字壓縮存儲技術標準 MPEG-1標準：MPEG-1誕生于1991年，主要是為了適應在數字存儲媒體如CD-ROM上有效地存取廣播視頻信號而制定的標準。CDROM驅動器的數據傳輸率不會低于150KB/s1.2Mb/s（單倍速），而容量不會低于650MB，MPEG1算法就是針對這個速率開發的。 MPEG-1標準的壓縮比可高達1:200。 其播放質量可以達到家用錄像機的水平。 MPEG-2標準：MPEG-2標準誕生于1993年。MPEG-2能使圖像能恢復到廣播級質量，高清

20、晰視頻光盤DVD就是采用的這種標準。DVD存儲的信息量為4.7GB、8.5GB、9.4GB甚至是50GB。1.3.4 數字壓縮存儲技術標準1.3.5 多媒體技術的應用多媒體技術的應用 多媒體技術已在商業、教育培訓、電視會議、聲像演示等方面得到了充分應用。NoImage1、多媒體通信網絡環境的研究和建立將使多媒體從單機單點向分布、協同多媒體環境發展，在世界范圍內建立一個可全球自由交互的通信網。 對該網絡及其設備的研究和網上分布應用與信息服務研究將是熱點。2、利用圖像理解、語音識別、全文檢索等技術，研究多媒體基于內容的處理、開發能進行基于內容的處理系統是多媒體信息管理的重要方向。3、多媒體標準仍是

21、研究的重點：各類標準的研究將有利于產品規范化，應用更方便。它是實現多媒體信息交換和大規模產業化的關鍵所在。1.3.6 多媒體技術的發展方向多媒體技術的發展方向4、多媒體技術與相鄰技術相結合，提供了完善的人機交互環境。多媒體仿真智能多媒體等新技術層出不窮，擴大了原有技術領域的內涵，并創造新的概念。5、多媒體技術與外圍技術構造的虛擬現實研究仍在繼續進展。多媒體虛擬現實與可視化技術需要相互補充，并與語音、圖像識別、智能接口等技術相結合，建立高層次虛擬現實系統。1.3.6 多媒體技術的發展方向多媒體技術的發展方向多媒體CAI課件制作 1.2 多媒體CAI課件開發環境 多媒體CAI課件設計原則 多媒體CAI課件制作流程1.2.1 多媒體CAI課件開發環境1. 硬件環境 多媒體CAI課件制作的硬件設備主要包括多媒體計算機、掃描儀、數碼相機、數碼攝像機、U盤等設備。2. 軟件環境 多媒體開發工具