第1章多媒體技術(shù)與應用

第1章多媒體技術(shù)基礎(chǔ)

1.1多媒體技術(shù)概述

1.2多媒體硬件系統(tǒng)

1.3多媒體軟件系統(tǒng)1.1.1多媒體技術(shù)的發(fā)展

多媒體技術(shù)最早起源于20世紀80年代中期。

1984年，美國Apple公司推出了世界上第一臺具有多媒體特性的Macintosh計算機，具有了圖形用戶界面和用鼠標進行交互。

1985年，美國Commodore公司推出了世界上第一臺真正的多媒體系統(tǒng)Amiga，具有了完備的視聽處理功能，CD-ROM則實現(xiàn)了大容量多媒體信息的存儲和處理，促進了多媒體技術(shù)的發(fā)展。

1986年，Philips公司和Sony公司聯(lián)合研制并推出了CD-I標準，使多媒體信息的存儲規(guī)范化和標準化，用戶可以通過交互的方式播放光盤中的內(nèi)容。

1987年，美國無線電公司RCA公司推出了交互式數(shù)字視頻系統(tǒng)DVI，規(guī)范化和標準化交互式視頻技術(shù)，用標準光盤來存儲和檢索靜止圖像、活動圖像、聲音等多種信息媒體。

1990年，Microsoft和Philips等10多家有名廠商制定了多媒體個人計算機標準

MPC1，對多媒體計算機所需配置的軟硬件規(guī)定了最低標準和量化指標，隨后又陸續(xù)發(fā)布了MPC2、MPC3、MPC4標準。

1996年，推出的杜比數(shù)字環(huán)繞音響AC97標準，使聽覺達到了環(huán)繞立體音的效果。

1997年，Intel公司推出了具有MMX技術(shù)的奔騰處理器，成為多媒體計算機新的標準。1.1.2多媒體技術(shù)的基本概念1.媒體的含義表示信息的載體：如文字、聲音、圖像、動畫、視頻、語言等。存儲信息的實體：如磁盤、磁帶、光盤、紙張等。傳播信息的載體：如電視、電影、報紙、雜志、網(wǎng)絡等。

2.媒體的類型——

CCITT（國際電報電話咨詢委員會)感覺媒體：指能直接作用于人的感官，使人能直接產(chǎn)生感覺的一類媒體。 如語言、音樂，自然界的各種聲音、圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)等。表示媒體：即感覺媒體的表示媒介。如圖像編碼、文本編碼和聲音編碼等。顯示媒體：即輸入輸出媒體的設(shè)備，如鍵盤、顯示器、話筒，喇叭和打印機等。存儲媒體：用來存放表示媒體的物理載體，如磁盤、磁帶、光盤等。傳輸媒體：傳輸媒體的物理載體。如空氣、電話線、電波、電纜和光纜等。

3.多媒體（Multimedia）

主要包括文字、圖形、圖像、音頻、動畫和視頻等多種信息載體。文字：指各種字母、數(shù)字和符號等文本信息；圖形：由描述點、線、面的大小、形狀、維數(shù)和位置的圖形指令生成的幾何圖形(矢量圖形)圖像：由許多的像素點構(gòu)成，每個像素點用若干二進制位來表示顏色和亮度等信息(位圖)音頻：包括語音、音樂和各種聲音效果；動畫：通過計算機自動生成關(guān)鍵幀之間的連續(xù)圖像，按照一定速度連續(xù)播放形成動畫；視頻：若干靜態(tài)圖像畫面的連續(xù)播放形成了視頻，每一幅畫面稱為一幀；4.多媒體技術(shù)

利用計算機及相應的多媒體設(shè)備，采用數(shù)字化處理技術(shù)，將文字、聲音、圖形、圖像、動畫和視頻等多種媒體有機結(jié)合起來進行處理的技術(shù)。5.多媒體計算機（MPC）

能夠綜合處理各種媒體信息組合的計算機，使多種媒體信息集成為一個系統(tǒng)并具有交互性。1.1.2多媒體技術(shù)的基本概念1.1.3多媒體技術(shù)的應用1、教育培訓直觀生動，說服力強，學習效果好。教學內(nèi)容豐富，傳遞的信息量大。更能培養(yǎng)學生的想象力和創(chuàng)造力。2、多媒體通信多媒體視頻點播系統(tǒng)(VOD)交互式電視(ITV)計算機支持的協(xié)同工作(CSCW)多媒體會議系統(tǒng)多媒體家電產(chǎn)品

3、娛樂

網(wǎng)絡電視、電影和動畫、交互控制

4、電子出版物

電子書、電子雜志、多媒體光盤5、軍事

作戰(zhàn)指揮、作戰(zhàn)模擬、仿真訓練1.1.4多媒體的關(guān)鍵技術(shù)

1．多媒體數(shù)據(jù)存儲技術(shù)2．多媒體數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮技術(shù)3．虛擬現(xiàn)實技術(shù)

利用計算機生成一種模擬環(huán)境，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。4．多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)庫應支持多種媒體的集成管理和綜合描述，支持同一媒體的多種表現(xiàn)形式，支持復雜媒體的表示和處理，能對多種媒體進行查詢和檢索。

5．多媒體通信技術(shù)

音頻和視頻的網(wǎng)絡寬帶快速傳輸技術(shù)仍將是多媒體技術(shù)的研究熱點。6．多媒體信息檢索技術(shù)

Web圖像、聲音、視頻的快速檢索1.2多媒體硬件系統(tǒng)

1．掃描儀

可將靜態(tài)圖像輸入到計算機里的圖像采集設(shè)備，工作過程：

1）掃描儀的光源發(fā)出均勻光線照到圖像表面；

2）經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，把當前掃描線的圖像轉(zhuǎn)換成電平信號；

3）步進電機驅(qū)動掃描頭移動，讀取下一行圖像數(shù)據(jù)；

4）經(jīng)過掃描儀的CPU處理后，圖像數(shù)據(jù)暫存在緩沖區(qū)中；

5）按照先后順序把圖像數(shù)據(jù)傳輸至計算機并存儲起來。

平板式掃描儀手持式掃描儀滾筒式掃描儀

1.2.1多媒體輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、麥克風、掃描儀、數(shù)碼相機和攝象機、光筆、觸摸屏等。輸出設(shè)備：顯示器、打印機、揚聲器、刻錄機、繪圖儀等。1）分辨率（dpi，每英寸掃描的像素點數(shù)）

水平分辨率×垂直分辨率

水平分辨率（光學分辨率）：由掃描儀的傳感器以及傳感器中的單元數(shù)量決定，分辨率越高，掃描的圖像越清晰。

垂直分辨率（機械分辨率）：是步進電機在平板上移動時所走的步數(shù)。2）色彩位數(shù)：決定掃描儀對顏色的區(qū)分能力。一般的掃描儀至少有30位色彩位數(shù)，能表達230種顏色高檔掃描儀擁有36位色彩位數(shù)，能表達約687億種顏色。3）灰度：決定圖像亮度的層次范圍

灰度越高圖像層次越豐富，目前可達256級灰度。4）掃描速度：在指定的分辨率和圖像尺寸下的掃描時間。

5）掃描幅面：掃描儀支持的幅面大小，如A4、A3、A1和A0。

（3）掃描儀的主要性能指標2．數(shù)碼相機

利用電子傳感器把光學影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機。（1）數(shù)碼相機的工作原理

將數(shù)碼照相機的鏡頭對著被拍攝的物體，按動快門，圖像便會被分成紅、綠、藍三種光線，然后投影在CCD（電荷耦合器件）上，CCD把光線轉(zhuǎn)換成電荷，其強度隨被捕捉影象上反射的光線強度而改變，然后CCD把這些電荷送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，對光線數(shù)據(jù)編碼，存儲在閃存卡中（2）數(shù)碼相機的性能指標（包括傳統(tǒng)的鏡頭大小、快門速度、光圈大小以及閃光燈工作模式）

1）分辨率：分辨率越高，打印的照片尺寸越大。1024*768可打印5寸照片

2）顏色深度：24位或36位，可以生成真彩色的圖像。

3）存儲能力及存儲介質(zhì)：決定了相機可拍攝照片的數(shù)量。

4）數(shù)據(jù)輸出方式：串行口輸出，高檔相機提供IEEE-1394高速接口。

5）連續(xù)拍攝：兩張照片之間需要等待的時間間隔越短，連續(xù)拍攝的能力越強。

刻錄機的性能指標1）刻錄速度

讀取速度：12X、16X寫入速度：2X、4X、5X、6X、8X

2）接口方式

內(nèi)置式：IDE（慢）、SATA（快）和SCSI接口（服務器）外置式：SCSI接口、并行口及USB接口等筆記本外置接口：PCMCIA（速度慢）、1394接口（4針、速度快）、USB接口

3）緩沖區(qū)大小

刻錄數(shù)據(jù)先寫入緩存，在刻錄的同時后續(xù)的數(shù)據(jù)不斷寫入緩存，傳輸?shù)闹袛嗳菀讓е驴啼浭　＞彺嫒萘恳话銥椋?12KB～8MB4）支持的格式：一般支持CD-ROM、CD-R、和CD-RW、DVD等格式。5）刻錄方式：整盤刻寫、軌道刻寫和多段刻寫，有的刻錄機還支持增量包刻寫方式，允許在一條軌道中多次追加數(shù)據(jù)。3．刻錄機

內(nèi)置式外置式1．聲卡（1）功能錄音與放音：通過麥克風或LINEIN通道進入，首先經(jīng)過混音芯片進行采樣、A/D轉(zhuǎn)換、混合等一系列處理，再通過主芯片的處理，錄制成波形文件。波形信號經(jīng)過主芯片進行處理和計算，再傳到混音芯片進行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換好的模擬信號經(jīng)過功放的放大處理后由音箱輸出。編輯與合成處理：對聲音文件添加各種特效，如回聲、淡入淡出等。MIDI接口：與外部電子樂器之間進行通信，實現(xiàn)對電子樂器的控制和操作。

（2）組成音頻信號處理芯片：處理輸入的音頻信號，它控制采樣頻率和采樣精度。

音效合成芯片：

控制輸出音頻信號的高低音和各種音效。

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路：進行模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換。1.2.2多媒體接口設(shè)備2．視頻采集卡（1）模擬采集卡

①接口：PCI接口（32位）至少有一個VideoIn接模擬視頻設(shè)備高性能采集卡：AV接口和S-Video。 注：不能直接采集射頻信號和伴音信號。②功能：接收模擬視頻信號，對該信號進行采集、量化成數(shù)字信號，然后壓縮編碼成數(shù)字視頻序列。一般的視頻采集卡：存儲成AVI文件高檔的視頻采集卡：存儲成MPEG文件（2）數(shù)字采集卡（或1394卡）IEEE1394：視頻傳輸?shù)拇薪涌跇藴氏喈斢谝粋€數(shù)據(jù)傳輸接口，不能采集模擬視頻由蘋果公司首創(chuàng)，也稱為Firewire（火線）特點：數(shù)據(jù)傳輸速率快。數(shù)字采集卡主要有以下三類： ①帶有硬件CODEC（編解碼器）的1394卡速度快、質(zhì)量高，價格昂貴 ②帶有軟件CODEC的1394卡價格低，但速度慢 ③OHCI1394卡（開放主機控制器接口）是PC的標準接口卡，價格低，品種多頂博PCIIEEE1394控制卡

天敏VC4000視頻采集卡3．顯卡（1）作用

將主機的輸出信息轉(zhuǎn)換成字符、圖形和顏色等信息，傳送到顯示器上顯示。顯卡一般插在主板的PCI擴展插槽中，現(xiàn)在有些主板上集成了顯卡。

（2）顯卡的輸出接口

①VGA視頻圖形陣列接口：將轉(zhuǎn)換好的模擬信號輸出到CRT或者LCD顯示器②DVI數(shù)字視頻接口：視頻信號無需轉(zhuǎn)換，信號無衰減或失真。

DVI-D接口：只能輸出數(shù)字信號

DVI-I接口：可輸出模擬或數(shù)字信號③HDMI高清晰多媒體接口：將多媒體數(shù)字信息輸出到液晶電視機或數(shù)字投影儀。1.2.3多媒體存儲設(shè)備CD類型特點CD-DA存放數(shù)字化的音樂節(jié)目CD-G存放靜止圖像和音樂節(jié)目CD-V存放模擬的電視圖像和數(shù)字化的聲音CD-ROM存放數(shù)字化的文字、圖形、圖像和聲音等CD-I存放數(shù)字化的文字、圖形、聲音、靜止圖像和動畫等CD-IFMV存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目卡拉OKCD存放數(shù)字化的卡拉OK節(jié)目VideoCD存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目Photo-CD主要存放的是照片和藝術(shù)品1．CD系列CD原指激光唱盤，即CD-DA，用于存放數(shù)字化的音樂節(jié)目。（2）CD盤的結(jié)構(gòu)1）盤片的結(jié)構(gòu)由保護層、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳酸脂襯墊組成。激光唱盤分3個區(qū)：導入?yún)^(qū)、導出區(qū)和聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)。外徑為120mm中間孔的直徑為15mm厚度為1.2mm重量為14～18克記錄數(shù)據(jù)的區(qū)域為35.5mm2）光道的結(jié)構(gòu)

CD盤光道是螺旋型的，光道長度大約為5公里，角速度不同，線速度恒定，內(nèi)外光道的記錄密度相同，隨機存儲特性較差，控制比較復雜。

（3）光盤上信息記錄的原理（1）CD-ROM

凹坑的邊緣來記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“0”

。（2）CD-R

在反射層下多了一個記錄層，涂有特殊性質(zhì)的有機染料，在激光的作用下會發(fā)生變化，從而記錄數(shù)據(jù)。由于記錄層感光染料的變色過程是不可逆轉(zhuǎn)的，所以CD-R只能一次性寫入數(shù)據(jù)。（3）CD-RW

可擦寫光盤，目前主要有磁光盤和相變光盤兩種。

磁光盤：由磁介質(zhì)組成，鐵磁介質(zhì)在外磁場的作用下具有一定的方向性，這種方向性在激光束的熱力作用下可發(fā)生翻轉(zhuǎn)，方向的正負代表了二進制的“0”和“1”，這種可翻轉(zhuǎn)特性使信息是可擦除的。

相變光盤：利用激光使記錄介質(zhì)在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變結(jié)構(gòu)來記錄數(shù)據(jù)和擦除數(shù)據(jù)。相變型兼容性好，目前市場上的CD-RW基本上都屬于相變型光盤。2．DVD數(shù)字視頻光盤（DigitalVideoDisc，DVD）存放視頻節(jié)目采用更短波長的激光源加大光學讀出頭的數(shù)值孔徑（NA）加大光盤的數(shù)據(jù)記錄區(qū)域采用兩個面來記錄數(shù)據(jù)采用新的數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制算法等手段提高存儲容量。DVD盤的類型存儲容量(GB)MPEG-2Video可播放(分鐘)單面單層(DVD-ROM)4.7133單面雙層(DVD-ROM)8.5240單層雙面(DVD-ROM)9.4266雙層雙面(DVD-ROM)17480單層雙面(DVD-R)7.6215單層雙面(DVD-RAM)5.2147CD系列DVD激光源的波長780nm635/650nm光學讀出頭的數(shù)值孔徑(NA)0.450.6最小凹凸的長度0.83um0.4um光道間距1.6um0.74um光盤的數(shù)據(jù)記錄區(qū)域86cm286.6cm23．藍光光盤（Blu-rayDisc，簡稱BD盤）由一片厚度為1.1mm的記錄層和厚度僅為0.1mm的透明保護層復合而成。采用波長為405nm藍紫色激光，所以稱為藍光光盤。進一步減小了信息記錄凹凸坑的長度，縮短了光道間距，提高了記錄密度。通常單層藍光光盤的容量在25GB左右，最高可達200GB。4．存儲卡（或閃存卡）

利用閃存（FlashMemory）技術(shù)來存儲信息，一般作為小型數(shù)碼產(chǎn)品的存儲介質(zhì)。明基2XBD-R25GB藍光盤79￥HPSD卡(8GB)210￥三星MMCMicro卡(2GB)180￥SANDISKSM卡(128MB)停產(chǎn)雷克沙CF卡(8GB/300X)880￥)索尼MemoryStick(8GB)680￥奧林巴斯XD卡(2GB)150￥飚王SCRS026SD讀卡器

SD/SDHC/MMC15￥

)川宇C235高速32合一讀卡器SDHC/SD/MMCII/RSMM22￥川宇C203AXD讀卡器19￥川宇C201ACF讀卡器CF閃存卡/MD記憶卡22￥川宇C204AMS讀卡器18￥1.3多媒體軟件系統(tǒng)1．多媒體操作系統(tǒng)

具備對多媒體數(shù)據(jù)和多媒體設(shè)備的管理和控制功能。2．多