1、 PAGE 16 多媒體技術與應用教程 PAGE 17 第1章 引論第1章 引論隨著科學技術的進步和人機界面技術的引入，計算機變得越來越友好和人性化。視聽娛樂的普及、萬維網的興盛和計算機游戲的火爆，大大促進了多媒體技術的應用和發展。多媒體技術（multimedia technology）是利用計算機將文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種媒體信息，進行處理和綜合集成，以供人機交互使用的一個計算機應用分支。本章先引入多媒體技術的有關基本概念，然后介紹多媒體技術的意義與發展簡史，最后討論多媒體技術的主要內容與相關領域。1.1 基本概念多媒體技術是多種媒體集成交互的一種技術：多媒體技術 = 多種

2、+ 媒體 + 技術下面分別從媒體、多樣性和技術等層面來介紹多媒體的幾個基本概念。1.1.1媒體媒體(medium，復數media，中介、媒質) 是信息的載體，國際電信聯盟（ITU=International Telecommunication Union）1993年定義了以下五種媒體：感覺媒體（Perception Medium）：人的感官能感覺到的東西，如聲音、圖像、質地、氣味、溫度、壓力等；表示媒體（Representation Medium）：為了加工感覺媒體而構造出來的一種媒體，如各種編碼：語音編碼、圖像編碼等。即表示媒體是感覺媒體的數字化編碼，是一種人造媒體，如各種媒體文件；展現媒體

3、（Presentation Medium）：感覺媒體與通信電信號進行轉換的一類媒體，它又可分為：輸入展現媒體和輸出展現媒體，即I/O工具與設備。如In鍵盤、鼠標、話筒、數字照相機、數字攝像機、掃描儀等，Out顯示器、喇叭、打印機、繪圖儀等；存儲媒體（Storage Medium）：用于存放表示媒體的物理實體，如：紙張、唱片、錄音帶、錄像帶、膠片，內存、磁盤、光盤、磁帶等；傳輸媒體（Transmission Medium）：用來將表示媒體從一處傳送到另一處的物理傳輸介質，如通信電纜、光纖、電磁空間、交通工具等。人們通常所說的媒體是指感覺媒體；但計算機所處理的媒體主要是表示媒體。我們這里不討論廣播

4、電視、報刊雜志和新聞出版等社會媒體。1.1.2多媒體多媒體指多種媒體（文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等）的綜合集成與交互，也是多媒體技術的代名詞。早期的計算機主要進行數字計算（這也是計算機這一名稱的由來），只供極少數科學家使用；后來用于商業領域，開始處理字符和文字；隨著微機、工作站和服務器的普及，計算機有了圖形用戶界面（GUI = Graphical User Interfaces）；而多媒體技術的發展，則使計算機日趨友好和人性化（參見圖1-1）。圖1-1 計算機技術的發展操作系統：無OS DOS/Unix MacOS/X-Window/Windows編程語言：Fortran COBOL

5、Basic/C C+/Java/C#處理數據：數字 字符 圖形 多媒體適用對象：專家 商用通用 人性化枯燥文字和數字并不適合于人的心理特點和欣賞習慣，人類主要通過眼睛和耳朵來接受外部的視覺與聲音信息（參見表1-1）。Ted Nelson （多媒體技術專家、HyperCard的創始人、超文本HyperText一詞的提出者）曾說：“我們居身在媒體世界里就像魚生活在水中”。表1-1人類接受外部信息的途徑與所占的百分比感覺（感官）百分比視覺（眼）80%聽覺（耳）10%嗅覺（鼻）、味覺（舌）、觸覺（皮膚）10%（感覺）媒體的種類很多，由于技術和設備的限制，目前的計算機主要處理文本、圖形、圖像、聲音、動畫

6、、視頻等6種視覺和聽覺媒體。氣味（嗅覺）和壓力（觸覺）媒體也有少量應用（如仿真影院、游戲操縱桿、虛擬現實等），但不太普及；味覺媒體至今仍未見應用；所以本課程不予討論?？梢砸罁欠衽c時間相關，將媒體分成如下兩類：靜態媒體（離散媒體/非時基媒體）：與時間無關的媒體，如文本、圖形、圖像；流式媒體（連續媒體/時基媒體）：與時間有關的媒體，如聲音、動畫、視頻。該類媒體有實時和同步等要求。1.1.3 多媒體技術本小節先介紹多媒體所屬的概念層次，然后討論多媒體技術的特點，最后給出多媒體技術的定義。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/信念（社科）|科學/研究（理科） |

7、工程/應用（工科） 主義 思想 理論 方法 技術 工藝 產品信仰 觀念體系 算法應用 操作生產技術是方法的應用，理論性不夠，但實用性很強。之所以將多媒體稱為“多媒體技術”，而不是叫“多媒體學”或“多媒體論”，是因為多媒體處于技術層面，屬于工程應用。目前，多媒體技術還沒有形成自己的理論體系，只是各種相關方法的綜合應用，屬于計算機應用的一個分支。附：表1-2 計算機的學科分類類別學科理論數值計算、離散數學、計算理論、程序理論體系結構計算機的分類與組織、系統結構、網絡、RAS技術、性能評價軟件語言、軟件方法學、軟件工程、軟件系統（操作系統/數據庫系統/語言處理系統/分布式軟件系統/人機交互系統）硬件

8、邏輯部件、集成電路、存儲設備、I/O設備、網絡通信設備、電源、制造與維護應用中文信息處理、計算機圖形學、數字圖像處理、計算機輔助技術（CAD/CAM、CIMS/MRP、EDA、CAI等）、多媒體技術、控制系統、信息系統、仿真人工智能知識工程、機器學習、模式識別、自然語言處理、機器人、神經計算依據：計算機科學與技術百科全書，清華大學出版社，1998年8月2多媒體技術的主要特點多媒體技術的主要特點為：多樣性：多種媒體、豐富感覺集成性：多種媒體信息的綜合集成與同步交互性：人機交互、主動參與實時性：對流式媒體，還要求有實時性在時間上連續且準時例如：模擬電視合(1)(2)(4)，但不合(3)，所以不是多

9、媒體系統；而數字電視符合所有4個要求，是多媒體系統。家庭影院是典型的多媒體系統；萬維網和計算機游戲則是應用最廣泛的多媒體技術。除了上面這些主要特點外，多媒體還有其它一些特點。例如：計算機處理的都是數字媒體，媒體（特別是流式媒體）的數據量巨大（所以數據壓縮是多媒體的核心技術）。3多媒體技術的定義多媒體技術至今無公認統一的嚴格定義，但可以從其特點來把握它。下面是作者將這些特點整合在一起所形成的一種定義，僅供大家參考。多媒體技術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系，使其集成為一個具有人機交互性能力之系統的計算機應用技術。有時將多媒體技術簡稱為多媒體。1.2 意義與簡史可以從人類使

10、用的三大資源、信息技術的四次飛躍和多媒體在現代信息環境中的地位、計算機技術的發展方向等方面，來認識多媒體技術的重要意義。多媒體是GUI的發展，多媒體技術以計算機為處理工具、以網絡為應用中心、以壓縮編碼為技術核心，涉及聲卡、光存儲等相關技術。本節的第2小節將簡單介紹這些方面的發展歷史。1.2.1多媒體技術的意義多媒體技術目前已經得到了迅速普及和廣泛應用，多媒體現在已經滲透到人們生活的方方面面，其重要性和使用價值是不言而喻的。我們可從如下幾個方面來認識多媒體技術的意義：人類最重要的三大資源材料（物質）、能源（動力）、信息（數據）；信息技術的四次飛躍印刷術、廣播電視、計算機、多媒體；多媒體與信息環境

11、信息質能公式E = mc2：信息環境E = 多媒體m * 計算機c * 通信cInformation Enviroment = multimedia*computer*comunication計算機的發展方向：智能 + 多媒體 + 網絡。例如，視頻點播、網絡游戲、虛擬現實、普適計算、穿戴電腦、智能家居、全能機器人等等；微軟亞洲研究院的三個主要研究方向：人機界面、自然語言理解、多媒體技術，它們都與多媒體有關。1.2.2多媒體技術的簡史下面從計算機、圖形界面、光存儲、多媒體系統、壓縮編碼標準、網絡與標記語言等幾個方面來介紹多媒體技術的發展簡史：計算機：1944年Thomas Flowers發明電子

12、計算機Colossus（巨人）；1974年Edward Roberts組裝第一臺微機Altair牛郎星(Intel 8080)；1976年Steve Jobs & Steve Wozniak推出Apple蘋果電腦(Mostek 6502)；1981年IBM推出個人電腦PC (Intel 8088)。圖形界面：1950年MIT的林肯實驗室推出CRT顯示器；1963年DouglasEngelbart發明鼠標，1968年他公開演示視窗與人機界面、超媒體和群件；1972年Alan Kay設計出面向對象的Smalltalk語言，首創下拉式菜單，提出GUI概念；1973年施樂Xerox公司的PARC研究中

13、心推出具有圖形用戶界面（鍵盤+顯示器/鼠標+位圖）的原型機Alto；1984年Apple公司推出Macintosh計算機(Motorola 6800)，在微機中引入圖形界面；1987年8月Apple公司在Mac機中引入超級卡HyperCard系統，使其成為多媒體計算機；1985年MIT推出X-Window（Unix的圖形界面）；1985年11月Microsoft推出Windows 1.0（PC機的圖形界面），1990年5月Windows 3.0獲得成功，1992年4月推出多媒體操作系統(MOS)Windows 3.1，1995年8月推出32位的MOS Windows 95，1999年推出具有流

14、媒體功能的MOS Windows 2000，2001年推出功能強大的MOS Windows XP，計劃2007年初推出具有3D用戶界面且以人為本的新操作系統Windows Vista（遠景）。光存儲：1981年Philips & Sony 推出CD-DA；1985年Philips & Sony 推出CD-ROM；1993年JVC、Philips、Matsushita、Sony聯合推出VCD；1995年9月Sony & Philips / Toshiba & Time Warner推出DVD；1999年10月中國開始研制高密度激光視盤系統EVD，2005年2月23日EVD成為中國電子行業推薦性標

15、準，EVD采用DVD-9介質和新壓縮算法，實現了高清晰度達19201080i的視頻編碼與重放；2002年2月索尼等9個公司提出藍光盤(Blu-ray Disc)，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-Definition DVD，高密度DVD），單層15GB/雙層30GB/三層45GB。網絡與標記語言：1983年因特網的前身ARPANet啟用TCP/IP協議集；1989年Tim Berners-Lee提出HTML/HTTP，創立萬維網；1994年他又牽頭成立萬維網協會W3C；1993年初，Marc An

16、derressen與Eric Bina合作開發出支持內嵌圖像的網頁瀏覽器馬賽克（Mosaic），1994年10月Anderressen等人創辦的網景公司Netscape推出了Navigator瀏覽器；1995年網景公司的Brendan Eich發明了JavaScript，為網頁瀏覽器提供了腳本功能和動態能力；1995年微軟公司購得馬賽克技術，并在此基礎上開發出IE（Internet Explorer因特網探索者）瀏覽器，隨Windows 95免費推出；1998年2月W3C推出XML；接著W3C又推出基于XML的系列應用標準，如SMIL(多媒體集成，1998年6月)、XHTML（網頁描述，200

17、0年1月）、SVG(二維矢量圖與動畫，2000年9月)等等。多媒體系統與組織：1985年Commodore公司推出世界上首套多媒體系統Amiga；1986年4月Philips & Sony 推出多媒體系統CD-I；1987年3月RCA公司推出交互式數字視頻DVI系統；1987年由美國的AdLib公司為電子游戲軟件設計了第一塊微機使用的聲卡；1989年11月新加坡華人沈望傅的創新公司(Creative Lab. Inc.)開始推出聲霸卡（Sound Blaster）系列，成為PC機的事實標準；1989年3月Intel將購得DVI技術商品化，推出Action Media 750系統（IBM PS/

18、2機）；1990年11月Philips、Sony、Microsoft等14個公司成立多媒體市場協會；1991年11月Microsoft公布多媒體計算機MPC-I標準，1993年5月MPC-II，1995年6月MPC-III （MPC = 傳統PC + 聲卡/喇叭 + CD-ROM光驅）；1993年8月召開首屆多媒體國際會議。壓縮編碼標準：1986年CCITT與ISO成立JPEG，1991年公布靜態圖像壓縮標準JPEG(ISO/IEC 10918)，2000年12月公布JPEG 2000(ISO/IEC 15444)；1988年成立MPEG，1992年11月推出MPEG-1(ISO/IEC 11

19、172)，1994年11月推出MPEG-2(ISO/IEC 13818)，1998年10月推出MPEG-4(ISO/IEC 14496)，2001年9月推出MPEG-7(ISO/IEC 15938)，2001年12月開始推出MPEG-21 (ISO/IEC 21000)；1996年10月W3C推出靜態圖像編碼標準PNG。1.3 內容與相關學科多媒體技術的內容十分廣泛，涉及多種學科和領域。多媒體技術教材內容選取和編排也各不相同，主要分為兩類：應用型簡單介紹媒體的基本屬性，重點講解各種用戶級的多媒體素材和著作工具軟件的使用，如Cool Edit、Cakewalk、Corel Draw、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用，但重點放在壓縮算法、編碼標準、設備系統和編程開發上。本書屬于原理型。1.3.