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1、 9 第1章 引论第1章 引论随着科学技术的进步和人机界面技术的引入，计算机变得越来越友好和人性化。视听娱乐的普及、万维网的兴盛和计算机游戏的火爆，大大促进了多媒体技术的应用和发展。多媒体技术（multimedia technology）是利用计算机将文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种媒体信息，进行处理和综合集成，以供人机交互使用的一个计算机应用分支。本章先引入多媒体技术的有关基本概念，然后介绍多媒体技术的意义与发展简史，最后讨论多媒体技术的主要内容与相关领域。1.1 基本概念多媒体技术是多种媒体集成交互的一种技术：多媒体技术 = 多种 + 媒体 + 技术下面分别从媒体、多样性和技术等层
2、面来介绍多媒体的几个基本概念。1.1.1 媒体媒体(medium，复数media，中介、媒质) 是信息的载体，国际电信联盟（ITU = International Telecommunication Union）1993年定义了以下五种媒体： l 感觉媒体（Perception Medium）：人的感官能感觉到的东西，如声音、图像、质地、气味、温度、压力等；l 表示媒体（Representation Medium）：为了加工感觉媒体而构造出来的一种媒体，如各种编码：语音编码、图像编码等。即表示媒体是感觉媒体的数字化编码，是一种人造媒体，如各种媒体文件；l 展现媒体（Presentation M
3、edium）：感觉媒体与通信电信号进行转换的一类媒体，它又可分为：输入展现媒体和输出展现媒体，即I/O工具与设备。如In键盘、鼠标、话筒、数字照相机、数字摄像机、扫描仪等，Out显示器、喇叭、打印机、绘图仪等；l 存储媒体（Storage Medium）：用于存放表示媒体的物理实体，如：纸张、唱片、录音带、录像带、胶片，内存、磁盘、光盘、磁带等；l 传输媒体（Transmission Medium）： 用来将表示媒体从一处传送到另一处的物理传输介质，如通信电缆、光纤、电磁空间、交通工具等。人们通常所说的媒体是指感觉媒体；但计算机所处理的媒体主要是表示媒体。我们这里不讨论广播电视、报刊杂志和新闻
4、出版等社会媒体。1.1.2 多媒体多媒体指多种媒体（文本、图形、图像、声音、动画、视频等）的综合集成与交互，也是多媒体技术的代名词。早期的计算机主要进行数字计算（这也是计算机这一名称的由来），只供极少数科学家使用；后来用于商业领域，开始处理字符和文字；随着微机、工作站和服务器的普及，计算机有了图形用户界面（GUI = Graphical User Interfaces）；而多媒体技术的发展，则使计算机日趋友好和人性化（参见图1-1）。图1-1 计算机技术的发展操作系统：无OS DOS/Unix MacOS/X-Window/Windows编程语言：Fortran COBOL Basic/C C
5、+/Java/C#处理数据：数字 字符 图形 多媒体适用对象：专家 商用通用 人性化枯燥文字和数字并不适合于人的心理特点和欣赏习惯，人类主要通过眼睛和耳朵来接受外部的视觉与声音信息（参见表1-1）。Ted Nelson （多媒体技术专家、HyperCard的创始人、超文本HyperText一词的提出者）曾说：“我们居身在媒体世界里就像鱼生活在水中”。表1-1 人类接受外部信息的途径与所占的百分比感觉（感官）百分比视觉（眼）80%听觉（耳）10%嗅觉（鼻）、味觉（舌）、触觉（皮肤）10%（感觉）媒体的种类很多，由于技术和设备的限制，目前的计算机主要处理文本、图形、图像、声音、动画、视频等6种视觉
6、和听觉媒体。气味（嗅觉）和压力（触觉）媒体也有少量应用（如仿真影院、游戏操纵杆、虚拟现实等），但不太普及；味觉媒体至今仍未见应用；所以本课程不予讨论。可以依据是否与时间相关，将媒体分成如下两类：l 静态媒体（离散媒体/非时基媒体）：与时间无关的媒体，如文本、图形、图像；l 流式媒体（连续媒体/时基媒体）：与时间有关的媒体，如声音、动画、视频。该类媒体有实时和同步等要求。1.1.3 多媒体技术本小节先介绍多媒体所属的概念层次，然后讨论多媒体技术的特点，最后给出多媒体技术的定义。1概念的抽象层次可以把概念分成如下若干层次：图1-2 概念的抽象层次哲学/信念（社科）| 科学/研究（理科） | 工程/
7、应用（工科） 主义 思想 理论 方法 技术 工艺 产品信仰 观念 体系 算法 应用 操作生产技术是方法的应用，理论性不够，但实用性很强。之所以将多媒体称为“多媒体技术”，而不是叫“多媒体学”或“多媒体论”，是因为多媒体处于技术层面，属于工程应用。目前，多媒体技术还没有形成自己的理论体系，只是各种相关方法的综合应用，属于计算机应用的一个分支。附：表1-2 计算机的学科分类类别学科理论数值计算、离散数学、计算理论、程序理论体系结构计算机的分类与组织、系统结构、网络、RAS技术、性能评价软件语言、软件方法学、软件工程、软件系统（操作系统/数据库系统/语言处理系统/分布式软件系统/人机交互系统）硬件逻
8、辑部件、集成电路、存储设备、I/O设备、网络通信设备、电源、制造与维护应用中文信息处理、计算机图形学、数字图像处理、计算机辅助技术（CAD/CAM、CIMS/MRP、EDA、CAI等）、多媒体技术、控制系统、信息系统、仿真人工智能知识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、机器人、神经计算依据：计算机科学与技术百科全书，清华大学出版社，1998年8月2多媒体技术的主要特点多媒体技术的主要特点为：(1) 多样性：多种媒体、丰富感觉(2) 集成性：多种媒体信息的综合集成与同步(3) 交互性：人机交互、主动参与(4) 实时性：对流式媒体，还要求有实时性在时间上连续且准时例如：模拟电视合(1)(2)(
9、4)，但不合(3)，所以不是多媒体系统；而数字电视符合所有4个要求，是多媒体系统。家庭影院是典型的多媒体系统；万维网和计算机游戏则是应用最广泛的多媒体技术。除了上面这些主要特点外，多媒体还有其它一些特点。例如：计算机处理的都是数字媒体，媒体（特别是流式媒体）的数据量巨大（所以数据压缩是多媒体的核心技术）。3多媒体技术的定义多媒体技术至今无公认统一的严格定义，但可以从其特点来把握它。下面是作者将这些特点整合在一起所形成的一种定义，仅供大家参考。多媒体技术是一种能够综合处理多种媒体信息，建立起它们之间的逻辑联系，使其集成为一个具有人机交互性能力之系统的计算机应用技术。有时将多媒体技术简称为多媒体。
10、1.2 意义与简史可以从人类使用的三大资源、信息技术的四次飞跃和多媒体在现代信息环境中的地位、计算机技术的发展方向等方面，来认识多媒体技术的重要意义。多媒体是GUI的发展，多媒体技术以计算机为处理工具、以网络为应用中心、以压缩编码为技术核心，涉及声卡、光存储等相关技术。本节的第2小节将简单介绍这些方面的发展历史。1.2.1 多媒体技术的意义多媒体技术目前已经得到了迅速普及和广泛应用，多媒体现在已经渗透到人们生活的方方面面，其重要性和使用价值是不言而喻的。我们可从如下几个方面来认识多媒体技术的意义：l 人类最重要的三大资源材料（物质）、能源（动力）、信息（数据）；l 信息技术的四次飞跃印刷术、广
11、播电视、计算机、多媒体；l 多媒体与信息环境信息质能公式E = mc2：信息环境E = 多媒体m * 计算机c * 通信cInformation Enviroment = multimedia * computer * comunicationl 计算机的发展方向：智能 + 多媒体 + 网络。例如，视频点播、网络游戏、虚拟现实、普适计算、穿戴电脑、智能家居、全能机器人等等；l 微软亚洲研究院的三个主要研究方向：人机界面、自然语言理解、多媒体技术，它们都与多媒体有关。1.2.2 多媒体技术的简史下面从计算机、图形界面、光存储、多媒体系统、压缩编码标准、网络与标记语言等几个方面来介绍多媒体技术的发
12、展简史：l 计算机：n 1944年Thomas Flowers发明电子计算机Colossus（巨人）；n 1974年Edward Roberts组装第一台微机Altair牛郎星(Intel 8080)；n 1976年Steve Jobs & Steve Wozniak推出Apple苹果电脑(Mostek 6502)；n 1981年IBM推出个人电脑PC (Intel 8088)。l 图形界面：n 1950年MIT的林肯实验室推出CRT显示器；n 1963年Douglas Engelbart发明鼠标，1968年他公开演示视窗与人机界面、超媒体和群件；n 1972年Alan Kay设计出面向对象的
13、Smalltalk语言，首创下拉式菜单，提出GUI概念；n 1973年施乐Xerox公司的PARC研究中心推出具有图形用户界面（键盘+显示器 / 鼠标+位图）的原型机Alto；n 1984年Apple公司推出Macintosh计算机(Motorola 6800)，在微机中引入图形界面；1987年8月Apple公司在Mac机中引入超级卡HyperCard系统，使其成为多媒体计算机；n 1985年MIT推出X-Window（Unix的图形界面）；n 1985年11月Microsoft推出Windows 1.0（PC机的图形界面），1990年5月Windows 3.0获得成功，1992年4月推出多媒
14、体操作系统(MOS)Windows 3.1，1995年8月推出32位的MOS Windows 95，1999年推出具有流媒体功能的MOS Windows 2000，2001年推出功能强大的MOS Windows XP，计划2007年初推出具有3D用户界面且以人为本的新操作系统Windows Vista（远景）。l 光存储：n 1981年Philips & Sony 推出CD-DA；n 1985年Philips & Sony 推出CD-ROM；n 1993年JVC、Philips、Matsushita、Sony联合推出VCD；n 1995年9月Sony & Philips / Toshiba &
15、 Time Warner推出DVD；n 1999年10月中国开始研制高密度激光视盘系统EVD，2005年2月23日EVD成为中国电子行业推荐性标准，EVD采用DVD-9介质和新压缩算法，实现了高清晰度达19201080i的视频编码与重放；n 2002年2月索尼等9个公司提出蓝光盘(Blu-ray Disc)，单层25GB/双层50GB/四层100GB/八层200GB；n 2002年初以东芝和NEC为首的DVD论坛提出HD-DVD（High-Definition DVD，高密度DVD），单层15GB/双层30GB/三层45GB。l 网络与标记语言：n 1983年因特网的前身ARPANet启用TC
16、P/IP协议集；n 1989年Tim Berners-Lee提出HTML/HTTP，创立万维网；1994年他又牵头成立万维网协会W3C；n 1993年初，Marc Anderressen与Eric Bina合作开发出支持内嵌图像的网页浏览器马赛克（Mosaic），1994年10月Anderressen等人创办的网景公司Netscape推出了Navigator浏览器；1995年网景公司的Brendan Eich发明了JavaScript，为网页浏览器提供了脚本功能和动态能力；1995年微软公司购得马赛克技术，并在此基础上开发出IE（Internet Explorer因特网探索者）浏览器，随Win
17、dows 95免费推出；n 1998年2月W3C推出XML；接着W3C又推出基于XML的系列应用标准，如SMIL(多媒体集成，1998年6月)、XHTML（网页描述，2000年1月）、SVG(二维矢量图与动画，2000年9月)等等。l 多媒体系统与组织：n 1985年Commodore公司推出世界上首套多媒体系统Amiga；n 1986年4月Philips & Sony 推出多媒体系统CD-I；n 1987年3月RCA公司推出交互式数字视频DVI系统；n 1987年由美国的AdLib公司为电子游戏软件设计了第一块微机使用的声卡；1989年11月新加坡华人沈望傅的创新公司(Creative La
18、b. Inc.)开始推出声霸卡（Sound Blaster）系列，成为PC机的事实标准；n 1989年3月Intel将购得DVI技术商品化，推出Action Media 750系统（IBM PS/2机）；n 1990年11月Philips、Sony、Microsoft等14个公司成立多媒体市场协会；n 1991年11月Microsoft公布多媒体计算机MPC-I标准，1993年5月MPC-II，1995年6月MPC-III （MPC = 传统PC + 声卡/喇叭 + CD-ROM光驱）；n 1993年8月召开首届多媒体国际会议。l 压缩编码标准：n 1986年CCITT与ISO成立JPEG，1
19、991年公布静态图像压缩标准JPEG(ISO/IEC 10918)，2000年12月公布JPEG 2000(ISO/IEC 15444)；n 1988年成立MPEG，1992年11月推出MPEG-1(ISO/IEC 11172)，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月开始推出MPEG-21 (ISO/IEC 21000)；n 1996年10月W3C推出静态图像编码标准PNG。1.3 内容与相关学科多媒体技术的内容十分广泛，涉及多
20、种学科和领域。多媒体技术教材内容选取和编排也各不相同，主要分为两类：l 应用型简单介绍媒体的基本属性，重点讲解各种用户级的多媒体素材和著作工具软件的使用，如Cool Edit、Cakewalk、Corel Draw、Photoshop、Flash、3DS、MediaStudio、Premiere、Frontpage、Dreamwave、Fireworks、PowerPoint、Director、Authorware等；l 原理型也介绍各类媒体的基本属性和多媒体的主要应用，但重点放在压缩算法、编码标准、设备系统和编程开发上。本书属于原理型。1.3.1 多媒体技术的主要内容原理型的多媒体技术书籍的
21、取材也是千差万别，但基本内容大体一致，主要包括：l 表示n 媒体（声、图形、图像、动画、视频）n 编码、压缩、标准n 超文本与超媒体n 存储（媒体文件、光存储）l 系统n 多媒体硬件n 多媒体操作系统n 多媒体数据库n 多媒体网络传输l 应用与开发n 标记语言与网页设计n 多媒体编程与开发n 多媒体著作工具n 多媒体应用1.3.2 多媒体技术的相关学科多媒体技术是多个学科和多种技术的综合与应用，涉及到许多其它学科。下面列出的是与多媒体技术相关的部分学科、领域与设备：l 计算机硬件与设备：n CPU(MMX)、总线、DSP芯片、显卡、声卡、接口、存储器n I/O设备：显示器、鼠标、话筒、喇叭、绘
22、图仪、扫描仪、数字相机、数字摄像机、触摸屏、手写笔、操纵杆、MIDI键盘、数字眼镜、数字手套l 计算机学科：体系结构、操作系统、程序设计、数据库、网络通信、图形学、图像处理、语音处理、计算机视觉、人机界面、Web技术、人工智能、模式识别等l 其他学科n 数学：Fourie变换、小波分析n 物理：光学、声学n 电子：无线电、通信、广播电视、信号处理、编码技术n 心理学：视觉、听觉n 标准：JPEG/MPEG、CD/VCD/DVD、RTP/RSVP、HTML/XMLn 其他：广播电视、新闻出版、音乐美术、图书管理、复习思考题1. ITU定义了哪五类媒体？通常所说的媒体是指其中的什么媒体？2. 目前多媒体所能处理的有哪些具体媒体对象？它们被分为哪两类？3. 多媒体技术的特点有哪些？为什么传统电视不是多媒体？举出几种常见的多媒体系统与设备。多媒体的发展涉及哪些关键技术与设备？12.31.202214:2514:25:5922.12.312时25分2时25分59秒12月. 31, 2231 十二月 20222:25:59 下午14:25:592022年12月31日星期六14:25:594.
