講義多媒體課件dmtch

1、第1章 緒論 1.1 基本概念 1.2 多媒體通信技術(shù) 1.3 多媒體通信的體系結(jié)構(gòu) 1.4 多媒體通信的特征 1.5 多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)化 1.6 多媒體通信的關(guān)鍵技術(shù) 練習(xí)與思考題 1.1 基 本 概 念 1.1.1 媒體、 多媒體、 多媒體技術(shù) 1984年， 美國(guó)的RCA公司在普林斯頓David Sarnoff實(shí)驗(yàn)室， 組織了包括計(jì)算機(jī)、 廣播電視和信號(hào)處理三方面的40余名專(zhuān)家， 綜合了前人已經(jīng)取得的科研成果， 經(jīng)過(guò)4年的研究， 于1987年3月在國(guó)際第二屆CD-ROM年會(huì)上展出了世界第一臺(tái)多媒體計(jì)算機(jī)。 這項(xiàng)技術(shù)后來(lái)定名為DVI（Digital Video Interactive）， 這

2、便是多媒體技術(shù)的雛形。 從字面上看， 多媒體就是多種媒體， 它區(qū)別于單一媒體。 這里的“媒體”是指信息傳遞和存取的最基本的技術(shù)和手段， 由此可知， 在談到多媒體技術(shù)中的“媒體”一詞時(shí)， 往往不是指媒體本身， 而是指處理和應(yīng)用它的一套技術(shù)。 例如， 我們?nèi)粘Ｊ褂玫恼Z(yǔ)音、 音樂(lè)、 報(bào)紙、 電視、 書(shū)籍、 文件、 電話(huà)、 郵件等都是媒體。 根據(jù)國(guó)際電聯(lián)（ITU-T）的定義， 媒體共有五類(lèi)： （1） 感覺(jué)媒體(Perception Medium)： 由人類(lèi)的感覺(jué)器官直接感知的一類(lèi)媒體。 這類(lèi)媒體有聲音、 圖形、 動(dòng)畫(huà)、 運(yùn)動(dòng)圖像和文本等。 （2） 表示媒體(Representation Medium)

3、： 為了能更有效地加工、 處理和傳輸感覺(jué)媒體而人為構(gòu)造出來(lái)的一種媒體， 或者說(shuō)是用于數(shù)據(jù)交換的編碼， 如圖像編碼、 文本編碼和聲音編碼等。 （3） 顯示媒體(Presentation Medium)： 進(jìn)行信息輸入和輸出的媒體， 如顯示屏、 打印機(jī)、 揚(yáng)聲器等輸出媒體和鍵盤(pán)、 鼠標(biāo)器、 掃描儀、 觸摸屏等輸入媒體。 （4） 存儲(chǔ)媒體(Storage Medium)： 進(jìn)行信息存儲(chǔ)的媒 體， 這類(lèi)媒體有硬盤(pán)、 光盤(pán)、 軟盤(pán)、 磁帶、 ROM、 RAM等。 （5） 傳輸媒體(Transmission Medium)： 用于承載信息， 將信息進(jìn)行傳輸?shù)拿襟w。 這類(lèi)媒體有同軸電纜、 雙絞線(xiàn)、 光纜和無(wú)

4、線(xiàn)電鏈路等。 多媒體本身不是一個(gè)名詞， 而是一個(gè)形容詞， 它只能用作定語(yǔ)。 因而， 單獨(dú)說(shuō)多媒體是沒(méi)有意義的， 只有將它與名詞相聯(lián)系（如多媒體終端、 多媒體系統(tǒng)）才是正確的說(shuō)法。 國(guó)際電聯(lián)對(duì)多媒體服務(wù)的定義是特指能處理多種表示媒體的服務(wù)。 多媒體系統(tǒng)和多種媒體系統(tǒng)是不同的， 多媒體系統(tǒng)中的媒體相互之間是有關(guān)聯(lián)的， 是以時(shí)空同步的方式存在的； 而多種媒體系統(tǒng)中媒體與媒體之間可以是毫無(wú)關(guān)系的。 兩者的重要區(qū)別在于媒體間的同步性。 1.1.2 超文本和超媒體 1 超文本 超文本不是順序的， 而是一個(gè)非線(xiàn)性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 它把文本按其內(nèi)部固有的獨(dú)立性和相關(guān)性劃分成不同的基本信息塊， 稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)（Node）

5、。 以節(jié)點(diǎn)作為信息的單位， 一個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以是一個(gè)信息塊， 也可以是若干節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)信息塊。 信息塊可以是文本、 圖形、 圖像、 動(dòng)畫(huà)、 聲音或它們的組合體。 超文本具有的特點(diǎn)是： 具有多種媒體信息、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式及交互特性。 超文本是一種典型的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)， 是由節(jié)點(diǎn)和表達(dá)節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的鏈組成的網(wǎng)。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都鏈接在其他節(jié)點(diǎn)上， 用戶(hù)可以對(duì)此網(wǎng)進(jìn)行瀏覽、 查詢(xún)和注釋等操作。 超文本的訪(fǎng)問(wèn)方式?jīng)Q定于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 超文本的組織是一種數(shù)據(jù)庫(kù)方式， 提供一種鏈訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)， 但由于網(wǎng)狀關(guān)系可實(shí)現(xiàn)信息共享， 因此超文本的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方式與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)方式有很大不同。 超文本是一種接口模型， 它采用“控制按鈕

6、”的方式組織接口。 這些“按鈕”由制作者將其設(shè)置在正文中， 用戶(hù)通過(guò)按鈕訪(fǎng)問(wèn)下面的信息。 “按鈕”就是通常所說(shuō)的連接節(jié)點(diǎn)之間的“鏈”， 從這個(gè)角度看， 超文本可以看作是三個(gè)要素的組合： 節(jié)點(diǎn)、 鏈和網(wǎng)絡(luò)。 2 超媒體 要了解超媒體， 首先要了解什么是超級(jí)鏈(hyperlink)。 超級(jí)鏈一般人都把它看成是一個(gè)十分神秘而新穎的概念， 其實(shí)不然， 它是一個(gè)十分古老的概念。 在出版物中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“注”， 由“注”你可以找到一段與之相關(guān)的文字或一篇與之相關(guān)的文章， 這種由“注”而鏈接到一段文字或文章的鏈即稱(chēng)為超級(jí)鏈。 同樣道理， 超級(jí)鏈也可以將若干不同媒體鏈接起來(lái)， 其集合便稱(chēng)為超媒體。 “注”這種概

7、念十分古老， 因而說(shuō)超級(jí)鏈也是十分古老的概念， 只不過(guò)超媒體這種媒體組織方式不適用于文章的組織， 文章一般采用線(xiàn)性順序組織方式， 這就是為什么幾千年來(lái)超媒體技術(shù)沒(méi)有獲得發(fā)展的原因。 只是隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 一種特別適宜于超媒體信息的排序和檢索方式的出現(xiàn)， 才使超媒體技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。 3 超文本與超媒體的組成要素 1） 節(jié)點(diǎn) 超文本是由節(jié)點(diǎn)和鏈構(gòu)成的信息網(wǎng)絡(luò)。 節(jié)點(diǎn)是表達(dá)信息的單位， 是圍繞一個(gè)特殊主題組織起來(lái)的數(shù)據(jù)集合。 節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容可以是文本、 圖形、 圖像、 動(dòng)畫(huà)、 音頻、 視頻等， 也可以是一般的計(jì)算機(jī)程序。 2） 鏈 鏈用于固定節(jié)點(diǎn)間的信息聯(lián)系， 它以某種形式將一個(gè)節(jié)點(diǎn)與

8、其他節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。 由于超文本沒(méi)有規(guī)定鏈的規(guī)范與形式， 因此， 超文本與超媒體系統(tǒng)的鏈也是各異的， 信息間豐富多彩的聯(lián)系引起鏈的種類(lèi)復(fù)雜多樣， 但最終達(dá)到的效果卻是一致的， 即建立起節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系。 3） 網(wǎng)絡(luò) 由節(jié)點(diǎn)和鏈構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有向圖， 這種有向圖與人工智能中的語(yǔ)義網(wǎng)有類(lèi)似之處。 語(yǔ)義網(wǎng)是一種知識(shí)表示法， 也是一種有向圖。 節(jié)點(diǎn)和鏈構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)具有如下特性： （1） 超文本的數(shù)據(jù)庫(kù)是由聲、 文、 圖各類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。 （2） 屏幕中的窗口和數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的， 即一個(gè)窗口只顯示一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有名字或標(biāo)題顯示在窗口中， 屏幕上只能包含有限個(gè)同時(shí)打開(kāi)的窗口。 （3） 支

9、持標(biāo)準(zhǔn)窗口的操作， 窗口能被重定位、 調(diào)整大小、 關(guān)閉或縮小成一個(gè)圖符。 （4） 窗口中可含有許多鏈標(biāo)示符， 它們表示鏈接到數(shù)據(jù)庫(kù)中其他節(jié)點(diǎn)的鏈， 常包含一個(gè)文域， 指明被鏈接節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。 （5） 用戶(hù)可以很容易地創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)和鏈接新的節(jié)點(diǎn)的鏈。 （6） 用戶(hù)可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行瀏覽和查詢(xún)。 .2 多媒體通信技術(shù) 多媒體通信技術(shù)是多媒體技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 它兼收并蓄了計(jì)算機(jī)的交互性、 多媒體的復(fù)合性、 通信網(wǎng)的分布性以及廣播電視的真實(shí)性等優(yōu)點(diǎn)并把它們?nèi)跒橐惑w， 向人們提供了綜合的信息服務(wù)。 從另外一個(gè)角度看， 多媒體通信技術(shù)是多媒體技術(shù)與通信技術(shù)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物。 首先因?yàn)槎嗝襟w技術(shù)

10、的主要目標(biāo)之一就是滿(mǎn)足人們對(duì)多種信息的處理和交流的需求， 沒(méi)有信息的交流， 多媒體技術(shù)也將不會(huì)有如此迅速的發(fā)展， 因此， 以信息交流為主要任務(wù)的多媒體通信是多媒體技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)； 其次， 人們?cè)讷@取、 處理和交流信息時(shí)， 最自然的形態(tài)是以多媒體方式進(jìn)行的， 因此， 通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是在不斷地滿(mǎn)足人們的這種需求， 向多媒體方式發(fā)展。 1.3 多媒體通信的體系結(jié)構(gòu) 圖1.3-1為國(guó)際電聯(lián)I.211建議為B-ISDN提出的一種適用于多媒體通信的體系結(jié)構(gòu)模式。 多媒體通信體系結(jié)構(gòu)模式主要包括下列五個(gè)方面的內(nèi)容：圖1.3-1 多媒體通信體系結(jié)構(gòu)模式 （1） 傳輸網(wǎng)絡(luò)。 它是體系結(jié)構(gòu)的最底層， 包括

11、LAN(局域網(wǎng))、 WAN(廣域網(wǎng))、 MAN(城域網(wǎng))、 ISDN、 B-ISDN(ATM)、 FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)等高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 該層為多媒體通信的實(shí)現(xiàn)提供了最基本的物理環(huán)境。 在選用多媒體通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)視具體應(yīng)用環(huán)境或系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)而定， 可選擇該層中的某一種網(wǎng)絡(luò)， 也可組合使用不同的網(wǎng)絡(luò)。 （2） 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。 該層主要提供各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)， 使用戶(hù)能直接使用這些服務(wù)內(nèi)容， 而無(wú)需知道底層傳輸網(wǎng)絡(luò)是怎樣提供這些服務(wù)的， 即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)的創(chuàng)建使傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的。 （3） 多媒體服務(wù)平臺(tái)。 該層主要以不同媒體（正文、 圖形、 圖像、 語(yǔ)音等）的信息結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)， 提供其通信支援

12、（如多媒體文本信息處理）， 并支持各類(lèi)多媒體應(yīng)用。 （4） 一般應(yīng)用。 該應(yīng)用層指人們常見(jiàn)的一些多媒體應(yīng)用， 如多媒體文本檢索、 寬帶單向傳輸、 聯(lián)合編輯以及各種形式的遠(yuǎn)程協(xié)同工作等。 （5） 特殊應(yīng)用。 該應(yīng)用層所支持的應(yīng)用是指業(yè)務(wù)性較強(qiáng)的某些多媒體應(yīng)用， 如電子郵購(gòu)、 遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 遠(yuǎn)程維護(hù)、 遠(yuǎn)程醫(yī)療等。 就其形式而言， 典型的多媒體通信系統(tǒng)的組成和現(xiàn)有的通信系統(tǒng)大體上類(lèi)似， 仍然可以分為兩個(gè)主要部分： 一部分是終端設(shè)備， 另一部分是傳輸、 交換設(shè)備。 多媒體終端設(shè)備通常承擔(dān)多種媒體的輸入和輸出、 多媒體信息的處理、 多媒體之間的同步等任務(wù)。 傳輸、 交換部分則主要承擔(dān)多種媒體信息傳送的網(wǎng)

13、絡(luò)連接、 對(duì)網(wǎng)上傳輸信息的分配與管理等任務(wù)。 1.4 多媒體通信的特征 1.4.1 集成性 多媒體通信系統(tǒng)中的集成性是指能對(duì)下述四類(lèi)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、 傳輸、 處理、 顯現(xiàn)的能力。 1. 內(nèi)容數(shù)據(jù)（Content Data）信息 在多媒體通信系統(tǒng)中， 信息是以某一種結(jié)構(gòu)的形式存在的。 典型的結(jié)構(gòu)有兩種， 一種是客體結(jié)構(gòu)， 其中可處理的最小單元為客體； 另一種是文件結(jié)構(gòu)， 其中可處理的最小單元為文件。 2 多媒體和超媒體信息 多媒體和超媒體信息與單媒體信息不一樣， 它們是結(jié)構(gòu)化的信息， 由結(jié)構(gòu)框架和內(nèi)容數(shù)據(jù)兩部分組成。 多媒體和超媒體信息的最小表達(dá)形式有兩類(lèi)， 一類(lèi)稱(chēng)為客體， 另一類(lèi)稱(chēng)為文件。 3

14、腳本(Script)信息 腳本信息是一組特定的用語(yǔ)意關(guān)系聯(lián)系起來(lái)的結(jié)構(gòu)化的多媒體和超媒體信息(MHI)。 它需要提供表示這一組多媒體信息的運(yùn)作過(guò)程和與外部處理模塊間的關(guān)系。 4 特定的應(yīng)用信息 上面所述的信息是三類(lèi)低層信息， 可以由標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義和表示。 “特定的應(yīng)用信息”是高層信息， 它是與應(yīng)用密切相關(guān)的， 并隨應(yīng)用場(chǎng)合的不同而有很大的不同。 它不像前三類(lèi)信息那樣有一般性的表示方法， 它的表示方法是基于上述三類(lèi)的基礎(chǔ)之上的。 1.4.2 交互性 交互性指的是在通信中人與系統(tǒng)之間的相互控制能力。 在多媒體通信系統(tǒng)中， 交互性有兩個(gè)方面的內(nèi)容： 其一是人機(jī)接口， 也就是人在使用系統(tǒng)的終端時(shí)， 用戶(hù)終

15、端向用戶(hù)提供的操作界面； 其二是用戶(hù)終端與系統(tǒng)之間的應(yīng)用層通信協(xié)議。 1.4.3 同步性 同步性指的是在多媒體通信終端上顯現(xiàn)的圖像、 聲音和文字是以同步方式工作的。 例如， 用戶(hù)要檢索一個(gè)重要的歷史事件的片段， 該事件的運(yùn)動(dòng)圖像(或靜止圖像)存放在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中， 其文字?jǐn)⑹龊驼Z(yǔ)言說(shuō)明則放在其他數(shù)據(jù)庫(kù)中， 多媒體通信終端通過(guò)不同傳輸途徑將所需要的信息從不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)， 并將這些聲音、 圖像、 文字同步起來(lái)， 構(gòu)成一個(gè)整體的信息呈現(xiàn)在用戶(hù)面前， 使聲音、 圖像、 文字實(shí)現(xiàn)同步， 并將同步的信息送給用戶(hù)。 多媒體通信系統(tǒng)中的同步性是多媒體通信系統(tǒng)中最主要的特征之一， 可以這樣說(shuō)， 信息的同步

16、與否， 決定了系統(tǒng)是多媒體系統(tǒng)還是多種媒體系統(tǒng)。 多媒體通信系統(tǒng)中， 同步可以在三個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)。 這三個(gè)層面是： 鏈路層級(jí)同步、 表示層級(jí)同步和應(yīng)用層級(jí)同步。 多媒體通信系統(tǒng)中， 同步可以在三個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)。 這并不是說(shuō)， 一個(gè)多媒體通信系統(tǒng)必須同時(shí)具有這三個(gè)層面的同步， 但它必須至少用到其中一種同步方式。 當(dāng)然， 同步方式用得越多， 系統(tǒng)的性能就越完善。 對(duì)多媒體通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 集成性、 交互性和同步性三個(gè)特征必須是并存的， 是缺一不可的， 缺少其中之一， 就不能稱(chēng)其為多媒體通信系統(tǒng)。 圖1.4-1 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng) 應(yīng)該指出： 在一些參考書(shū)中， 把多媒體通信的特征歸納為下列三個(gè)特征。 （1） 綜

17、合性： 即多種媒體的綜合。 不是單一的， 或者多種媒體相互無(wú)關(guān)的， 而是相互有關(guān)的綜合。 （2） 交互性。 （3） 同步性。 這種歸納和上述特征介紹基本上是一致的。 15 多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)化 多媒體的集成性、 分布性、 交互性和同步性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化依賴(lài)性很強(qiáng)， 如果沒(méi)有一個(gè)國(guó)際性的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 多媒體通信的發(fā)展和廣泛應(yīng)用則是不可能的。 提出建議和制定多媒體標(biāo)準(zhǔn)的組織很多， 主要為ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部）、 ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和IEC（國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)）三個(gè)機(jī)構(gòu)。 .6 多媒體通信的關(guān)鍵技術(shù) 1.6.1 多媒體信息處理技術(shù) 目前， 在多媒體信息壓縮技術(shù)中最為關(guān)鍵的就是音/視頻壓縮

18、編碼技術(shù)。 一般來(lái)說(shuō)， 多媒體信息的信息量大， 特別是視頻信息， 在不壓縮的條件下， 其傳送速率可在140 Mb/s左右， 至于高清晰度電視（HDTV）可高達(dá)1000 Mb/s 。 為了節(jié)約帶寬， 讓更多的多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)上傳送， 必須對(duì)視頻信息進(jìn)行高效的壓縮。 1.6.2 多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及接入網(wǎng)技術(shù)。 在多媒體通信系統(tǒng)中， 網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖嵌喾N媒體綜合而成的一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)流， 它不但要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息具有高速傳輸能力， 還要求網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)各種信息的高效綜合能力。 在目前看來(lái)， 以ATM技術(shù)為核心的B-ISDN是多媒體通信的理想網(wǎng)絡(luò)， 但從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)

19、看， 在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多媒體通信是世界各國(guó)的主要目標(biāo)， 然而IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬不易控制、 時(shí)延不能保障、 QoS不能保證等特點(diǎn)又不利于多媒體通信業(yè)務(wù)的開(kāi)展， 因此必須解決這些相關(guān)問(wèn)題。 1.6.3 多媒體通信的終端技術(shù) 多媒體通信終端是能集成多種媒體信息， 能對(duì)多媒體信息實(shí)現(xiàn)同步， 并具有交互功能的通信終端。 它必須完成信息的采集、 處理、 同步、 顯現(xiàn)等多種功能， 而這些功能又涉及信號(hào)的處理與識(shí)別技術(shù)、 信源編碼的相關(guān)技術(shù)（當(dāng)然包括前面提到的壓縮技術(shù)）以及為了實(shí)現(xiàn)有效傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)（包括基帶傳輸技術(shù)、 頻帶傳輸技術(shù)、 糾錯(cuò)技術(shù)等）等等。 1.6.4 移動(dòng)多媒體通信的信息傳輸技術(shù) 由于移動(dòng)多媒體通信需要信息的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的支持， 其關(guān)鍵技術(shù)除了上面介紹的三個(gè)方面外， 還包括以下三個(gè)方面的移動(dòng)多媒體信息傳輸技術(shù)： （1） 射頻技術(shù)。 從射頻技術(shù)的角度來(lái)看， 它的發(fā)展不很明顯， 但新頻段的開(kāi)發(fā)