《多媒体技术及应用》课件第1章

第1章多媒体技术基础1.1多媒体技术概述1.2多媒体技术的研究内容1.3多媒体系统的组成1.4多媒体技术的应用1.5多媒体技术的发展习题1

教学目标

理解多媒体相关概念；

理解多媒体系统的组成；

了解多媒体技术的应用和发展。随着信息科学技术的发展，传统的信息处理方式和表现手段已经难以适应社会的需要。多媒体技术是现代科技的最新成就之一，是计算机技术和社会需求的综合产物，为媒体的集成和信息的传播提供了丰富的手段。多媒体技术的应用已经渗透到社会生活的各个方面，成为未来计算机技术应用和发展的一个主要方向之一。随着网络技术和Internet的发展，多媒体的功能还会得到更好的发挥。1.1多媒体技术概述1.1.1媒体及其分类众所周知，信息是所有消息的总称，而人类传送信息，是通过各种信号来实现的。信号是传送信息的载体。例如，通过声音和语音信号刺激人的听觉器官来得到各种信息，再进一步，通过视频图像信号，尤其是动态视频图像信号，由人的视觉来得到更生动更真实的信息。当然，仅有图像是不够的，还必须配合以声音、文字等多种形式的信号。通过听觉、视觉和其他感觉，使人类获取信息的效果更好。人类通过感官，用多种形式的信号交换信息，这便是我们所要讨论的多媒体技术。在多媒体技术中，媒体是一个重要的概念。媒体是Media的译名，媒体也称为媒质或媒介，它是表示和传播信息的载体。例如图形、图像、动画、语言、文字、声音等都可称为媒体。国际电报电话咨询委员会(CCITT)对媒体进行了如下的分类：

(1)感觉媒体(PerceptionMedium)。直接作用于人的感官，产生感觉(视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉)的媒体称为感觉媒体。例如语言、音乐、音响、图形、动画、数据、文字、文件等都是感觉媒体，也就是本书中讨论的媒体。

(2)表示媒体(PresentationMedium)。为了对感觉媒体进行有效的传输，以便于进行加工和处理，而人为地构造出的一种媒体称为表示媒体。例如语言编码、静止和活动图像编码以及文本编码等都称为表示媒体。

(3)显示媒体(DisplayMedium)。显示媒体是显示感觉媒体的设备。显示媒体又分为两类：一类是输入显示媒体，如话筒、摄像机、光笔以及键盘等；另一类为输出显示媒体，如扬声器、显示器以及打印机等。

(4)传输媒体(TransmissionMedium)。传输媒体是指传输信号的物理载体，例如同轴电缆、光纤、双绞线以及电磁波等都是传输媒体。

(5)存储媒体(StorageMedium)。用于存储媒体数据，也即存放感觉媒体数字化后的代码的媒体称为存储媒体。例如磁盘、光盘、磁带、纸张等都是存储媒体。通常所指的多媒体就是上述感觉媒体的组合，也就是声音、图像、图形、动画、文字、数据、文件等各种媒体的组合。多媒体技术就是对多种媒体上的信息和多种存储媒体上的信息进行处理和加工的技术。而多媒体系统是利用计算机网和数字通信网技术对多媒体信息进行处理和控制的系统。1.1.2多媒体及多媒体技术多媒体(Multimedia)是一种全新的信息表现形式，诞生于20世纪90年代，是计算机技术发展的产物，它是一种将信息学、心理学、传播学、美学融于一体的传播媒体。多媒体集成了文字、图像、动画、影视、音乐等多种媒体的特点，结合计算机的交互功能，图文并茂，生动活泼。优雅的文字、生动的画面、奇妙的动画、优美的解说、充满动感和活力的表达方式能够紧紧抓住客户的目光，产生强烈的冲击力。巨大的信息容量和交互式的阅读方式可以满足客户的各种信息需求。它既具有平面广告的特点，又能达到影视广告的效果，还能同软件一样让观众参与其中，是兼三者之长最为理想的整合媒体。从这个意义中可以看到，我们常说的“多媒体”最终被归结为一种“技术”。事实上，也正是由于计算机技术和数字信息处理技术的实质性进展，使我们拥有了处理多媒体信息的能力，这才使得“多媒体”成为一种现实。所以，我们现在所说的“多媒体”，常常不是指多种媒体本身，而主要是指处理和应用它的一整套技术，“多媒体”实际上就常常被当作“多媒体技术”的同义语。另外还应注意到，现在人们谈论的多媒体技术往往与计算机联系起来，这是由于计算机的数字化及交互式处理能力，极大地推动了多媒体技术的发展。通常可以把多媒体看做先进的计算机技术与视频、音频和通信等技术融为一体而形成的新技术或新产品。多媒体技术是通信、计算机和大众传媒等多种技术联合发展的必然结果。美国麻省理工学院(MIT)媒体实验室(MediaLab)创始人NichlasNegroponte教授曾经指出，在1978年时，广播影视和通信工业、印刷出版业、计算机应用几乎是各自独立发展的三个领域；到2000年左右，预计这三个工业领域将有90%以上的部分重叠在一起。事实确实如此，目前这三个领域相互融合，相互渗透。在大众传媒方面，先后发展了广播、影视、录像、有线电视、交互式光盘系统CD-I和高清晰度电视(HDTV)，印刷业也开始了电子化、数字化的过程。与此同时，计算机中的信息处理由最初二进制的0、1表示，后来产生了ASCII码的字符代码，而后出现了中文标准代码，计算机开始处理图像、语音，直到近年来处理影像视频，开发并推出多媒体个人计算机(MPC)等。与大众传媒及计算机的发展相适应，通信技术从邮政、电报电话到计算机通信、电传，直至综合业务数字网(ISDN)及宽带综合业务数字网(B-ISDN)通信等，扩大了信息处理的范围和质量。通信、计算机和大众传媒业相互促进，最终结合成多媒体信息系统。多媒体技术实质上就是借助计算机以接近自然的方式来处理和交换信息。与真实的自然方式不同之处在于多媒体技术采用数字方式。数字化的多媒体系统将使得信息处理更加灵活，交互能力提高到新水平。计算机、通信和大众传媒等技术成果为媒体技术提供了坚实的基础：

(1)大容量存储设备。包括只读存储光盘(CD-ROM)和一次写多次读光盘(WORM)，每片光盘的存储量可达650 MB，可存储图形、动画、音频和活动影像等多媒体信息。

(2)数据压缩技术。已推出联合图像专家组(JPEG)和动态图像专家组(MPEG)以及可视电话编码特别组(H.261)制定的多媒体数据压缩标准，为多媒体信息的存储和传送提供了必要的基础。经数据压缩，已可以做到在一张CD-ROM盘上存储可播放70分钟的电视图像信息。

(3)高速处理器。英特尔(Intel)公司继推出80486、80586微处理器后，又先后于1996年和2000年分别推出了80686和80786微处理器，集成5000～10 000万个晶体管，单机运算速度达2亿条指令/秒，主频为250 MHz。近年来推出的新型处理器能力更是大幅提升，如采用了双核及多核CPU技术，可满足实现语音分析与识别、活动视频和图像识别等功能的要求。

(4)高速通信网。高速光纤网技术已经采用，其速率可达到1000 Mb/s，异步传输模式(ATM)等新技术也在开发中，通信网传输带宽的扩大为多媒体系统的建立创造了条件。

(5)人机交互方法及设备的改进。例如，采用触摸屏系统，用户在触摸屏上按要求触摸便可实现与系统的交互。此外，并行处理、分布式处理技术、实时操作系统、面向对象的编程以及信息存储与检索技术的发展都为多媒体技术的发展提供了必要的条件。1.1.3多媒体的特征多媒体技术是利用计算机技术把声音、文字、图像等多种媒体集合成一体。它具有如下主要特征。

1．交互性交互性是指用户对计算机应用系统进行交互式操作，从而更加有效地控制和使用信息。从用户角度而言，交互性是多媒体技术的关键特征。它使用户可以更有效地控制和使用信息，增强对信息的注意和理解。众所周知，一般的电视机是声像一体化的、把多种媒体集成在一起的设备。但它不具备交互性，因为用户只能使用信息，而不能自由地控制和处理信息。例如在一般的电视机中，用户不能介入，不能使屏幕上的图像根据用户需要配上不同的语言解说或文字说明，也不能对图像进行缩放、冻结等加工处理，以看到想看的电视节目。当引入多媒体技术后，借助交互性，用户可以获得更多的信息。例如，在多媒体通信系统中，收发两端可以相互控制对方，发送方可按照广播方式发送多媒体信息，而另一方面又可以按照接收方面的要求向接收端发送所需要的多媒体信息，接收方可随时要求发送方传送所需的某种形式的多媒体信息。在多媒体远程计算机辅助教学系统中，学习者可以人为地改变教学过程，研究感兴趣的问题，从而得到新的体会，激发学习者的主动性、自觉性和积极性。利用多媒体的交互性，激发学生的想象力，可以获得独特的效果。再如在多媒体远程信息检索系统中，初级交互性可提供给用户所需的书籍，快速跳过不感兴趣的部分，以及从数据库中检录声音、图像或文字材料等。中级交互性则可使用户介入到信息的提取和处理过程中，如对关心的内容进行编排、插入文字说明及解说等。当采用虚拟技术时，多媒体系统可提供高级交互性。目前作为教学改革的一个重要方面就是开发和使用多媒体课件。除了能够提高课堂教学效果外，多媒体课件还可以让学生课后自学，每个学生都可以针对各自不同的情况有选择地学习，从而变被动学习为主动学习。

2．复合性

信息媒体的复合性是相对于计算机而言的，也可称为媒体的多样化或多维化，把计算机所能处理的信息媒体的种类或范围扩大，不局限于原来的数据、文本或单一的语音、图像。众所周知，人类具有五大感觉，即视觉、听觉、嗅觉、味觉与触觉。前三种感觉信息占了总信息量的95%以上，而计算机远远没有达到人类处理复合信息媒体的水平，它一般只能按照单一方式来加工处理信息，对人类接收的信息需经过变换之后才能使用。而多媒体技术就是要把计算机处理的信息多样化或多维化。信息的复合化或多样化不仅是指输入信息(这称为信息的获取(Capture))，而且还指输出信息(这称为表现(Presentation))。输入和输出并不一定相同，若输入与输出相同，就称为记录或重放。如果对输入进行加工、组合与变换，则称为创作(Authoring)，可以更好地表现信息，丰富其表现力，使用户更准确更生动地接收信息。这种形式过去在影视制作过程中大量采用，在多媒体技术中也采用这种方法。

3．集成性多媒体的集成性包括两方面，一方面是多媒体信息媒体的集成，另一方面是处理这些媒体的设备和系统的集成。在多媒体系统中，各种信息媒体不是像过去那样，采用单一方式进行采集与处理，而是由多通道同时统一采集、存储与加工处理，更加强调各种媒体之间的协同关系及利用它所包含的大量信息。在硬件方面，多媒体系统应该包括能处理多媒体信息的高速及并行的CPU，多通道的输入/输出接口及外设，宽带通信网络接口及大容量的存储器等。在软件方面，则应有多媒体操作系统，满足多媒体信息管理的软件系统，高效的多媒体应用软件和创作工作等。这些多媒体系统的硬件和软件在网络的支持下，集成为处理各种复合信息媒体的信息系统。

4．实时性

多媒体系统需要处理各种复合的信息媒体，这就决定了多媒体技术必然要支持实时处理。接收到的各种信息媒体在时间上必须是同步的，其中语声和活动的视频图像必须严格同步，因此要求实时性，甚至是强实时(HardRealTime)。例如电视会议系统的声音和图像不允许存在停顿，必须严格同步，包括“唇音同步”，否则传输的声音和图像就失去了意义。

5．协同性每一种媒体都有其自身规律，各种媒体之间必须有机地配合才能协调一致。多种媒体之间的协调以及时间、空间和内容方面的协调是多媒体的关键技术之一。正因为“多媒体计算机技术”具有以上所说的几个特性，所以我们目前的家用电视系统就不能称为一个多媒体系统。虽然现在的电视也具有“声、图、文”并茂的多种信息媒体，但是面对电视机，我们除了可以选择不同的频道外，其他什么也不能做，既不能干涉它，也不能改变它，只能被动地接收电视台播放的节目，所以这个过程是单方向的，而不是双向的。但是，在不远的将来，家用电视系统将会是一个多媒体的系统，它将集娱乐、教学、通信、咨询等功能于一体。1.2多媒体技术的研究内容多媒体技术研究的内容包括多媒体基础技术和多媒体应用技术。1.2.1多媒体基础技术多媒体基础技术包括多媒体操作系统技术、功能芯片技术、输入/输出技术、数据压缩技术、光存储技术、人工智能技术等。

1．多媒体操作系统技术多媒体操作系统是多媒体应用程序的运行平台。苹果公司早在20世纪80年代就推出了专为处理多媒体数据而设计的操作系统。微软公司吸收了苹果机的多媒体功能特点，设计开发了在个人计算机上应用的Windows多媒体操作系统，目前常用的版本有WindowsNT、Windows2000和WindowsXP、WindowsVista和Windows7.0。为使用户享受到更出色的多媒体效果，WindowsXP和WindowsVista等支持MicrosoftDirectX技术、数字化视盘(DVD)以及高速IEEE1394接口，还有增强的色彩管理和多监视器工作的能力。

2．多媒体功能芯片技术多媒体技术的发展和超大规模集成电路(VLSI)技术的发展有着密不可分的关系。由于多媒体数据量极大，要实现视频、音频信号的实时压缩、解压缩和多媒体信息的播放处理，需要对大量的数据进行快速计算，因此必须具有多媒体功能的快速运算硬件支持。实现动态视频的实时采集、变形、叠加和合成等特殊效果处理，也必须采用专用的视频处理芯片才能取得满意的效果。支持多媒体功能的CPU芯片(MMX)和专用的音频、视频处理芯片的研制都是在大规模集成电路技术的支持下实现的。

3．多媒体输入/输出技术输入/输出技术是处理多媒体信息传输接口的界面，主要包括媒体转换技术、媒体识别与理解技术(如语音识别)等。其中既包括硬件技术，又包括软件技术。

4．多媒体数据压缩技术多媒体数据压缩是多媒体技术的主要特征。未经压缩的视频和音频数据占用大量的空间，例如未经压缩的影像和立体声音乐数据量分别是1680 MB/min和10 MB/min，如此庞大的数据量不仅难于用普通计算机处理，而且存储和传输都有问题。因此，视频、音频和图像数据的编码和压缩算法在多媒体技术中占有非常重要的地位。

5．光存储技术大量多媒体信息数据需要很大的存储空间，因此，多媒体技术的发展和应用必须有大容量存储技术的支持。近几年，光存储技术得到迅速发展，目前存储容量很大的CD、DVD光盘存储器已广泛使用。这些盘在形状、尺寸、面积和重量等方面基本一样，但DVD的存储容量和带宽大大高于CD。单面单层DVD盘片能够存储4.7 GB的数据，单面双层盘片的容量为8.5 GB。

6．人工智能技术人工智能技术包括语音识别、语音合成、语音翻译、图像识别与理解、语音和文字之间的转换、图/文/表分离技术以及手写笔输入识别技术等。1.2.2多媒体应用技术多媒体应用技术包括多媒体素材采集和处理、多媒体程序设计、人机界面设计、网络通信和虚拟现实技术等。

1．多媒体素材采集和处理技术在制作多媒体节目之前，首先需要对各种原始素材进行采集和处理。只有具备内容丰富、加工规范、效果精美的素材，才可能开发出优秀的多媒体节目。素材采集主要包括图像扫描(或数码照相机拍摄导入)、视频、音频信号的采集以及压缩存储等。处理则指用专用工具软件对图像、音频和视频素材进行各种编辑处理，如图像修补、剪裁、缩放、特殊效果，声音和音乐的合成、淡入淡出等特效，视频的非线性编辑、数据格式转换等。

2．多媒体程序设计技术多媒体应用系统多采用面向对象的信息管理形式设计。面向对象技术是把欲解决的问题按自然逻辑划分为若干“对象”，对象中包含对象本身的数据类型和这一数据类型上的特定算法，程序设计的过程表现为设计对象和操作对象的过程。应用面向对象程序设计方法，可使问题的逻辑结构简化，有利于编写程序，提高软件的可读性、可靠性和可维护性，特别适用于多媒体应用软件开发。此外，多媒体程序设计中还使用对象链接技术(OLE技术)和超文本超媒体链接技术。OLE技术使各种不同的多媒体元素作为对象链接到多媒体应用软件中，既避免软件规模过大，同时又使编辑修改工作简单、灵活、方便，为多媒体应用软件开发提供了有力的支持。

3．人机界面设计技术良好的人机界面是实现人机交互操作的关键。设计时应按照多媒体作品的内容和特点，选择交互媒体的类型和交互方式，使用户操作使用方便，以提高效率。

4．网络通信技术多媒体信息的特征之一是多维性，即包括多种不同类型的媒体。由于不同类型媒体信息在传输中有不同的技术要求，因此给多媒体信息的传输提出了技术要求。如视频、音频数据的传输要求实时同步、延迟滞后时间短，但可以容忍小的数据错误；文本数据的传输内容必须准确无误，但传输时间可宽容等。多媒体网络通信技术就是充分考虑各种媒体的特点，解决数据传输中的所有问题。

5．虚拟现实技术用多媒体技术模拟现实世界称为“虚拟现实”(VirtualReality)。虚拟现实是一种全息仿真技术，它采用多媒体技术结合外部设备模拟真实环境，给人以身临其境的感觉，从而实现现场体验、实地训练和模拟试验的目的。目前，虚拟现实技术在飞行仿真训练、仿真游戏以及机器人控制等方面均得到应用。相信在“数字化地球”实现之际，人们可以坐在家里，通过与Internet连接的计算机周游整个世界。1.3多媒体系统的组成1.3.1多媒体计算机的定义和分类多媒体计算机(MultimediaComputing)是指具有综合处理多种媒体信息(包括文本、图形、图像、音频和视频)，能使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性的计算机。简单地说是指能综合处理声音、文字、图形图像信息，并具有集成性和交互性等特性的计算机。总之，多媒体计算机具有信息载体多样性、集成性和交互性。把一台普通的计算机变成多媒体计算机要解决的关键技术是视频/音频信号获取技术、多媒体数据压缩编码和解码技术、视频/音频数据的实时处理和特技、视频/音频数据的输出技术。从上面的定义我们可以看到，所谓多媒体，从字面上理解就是“多种媒体的综合”，相关的技术也就是“怎样进行多种媒体综合的技术”。多媒体的定义或说法多种多样，每个人从自己的角度出发可对多媒体给出不同的描述。多媒体最显著的特点是：具有媒体的多样性、交互性和集成性。判断是否是“多媒体”，从这个角度就可以确定。目前的家用电视不是多媒体，因为在人与电视之间，人是被动者而电视是主动者，电视不具备像计算机一样的交互性。从这一点来看，各种家电的组合也就不算是多媒体了。而那些采用计算机集成处理多种媒体的系统，如多媒体咨询台、交互式电视、交互式视频游戏、计算机支持的多媒体会议系统、多媒体课件及展示系统等都属于多媒体的范畴。上面我们了解了多媒体计算机的定义，那么，普通计算机和多媒体计算机的区别又在何处呢？普通的计算机只能处理数字和文字，而多媒体计算机能够综合处理声音、文字、图形图像。过去，普通计算机也试图综合处理声音、文字、图形图像，但是却无法实现。为什么呢？原因是普通计算机不具备多媒体计算机的关键技术。把一台普通的计算机变成多媒体计算机要解决的第一个关键技术是视频/音频信号获取技术。过去，计算机只能处理数字和文字，现在则要综合处理声音、文字、图形图像等信息。只有将视频/音频信号获取到计算机中，才能谈综合处理。可以自己设计声音和视频信号获取器，也可以使用声霸卡、视频卡等解决视频/音频信号的获取问题。把一台普通的计算机变成多媒体计算机要解决的第二个关键技术是多媒体数据压缩编码和解码技术。过去，不能实现计算机综合处理声音、文字、图形图像等信息的一个重要原因就是文件量过大。

21世纪的人类社会将是信息化社会，数字化后的信息，尤其是数字化后的视频和音频信息具有数据海量性，它给信息的存储和传输造成较大的困难，成为阻碍人类有效地获取和使用信息的瓶颈问题之一。因此，研究和开发新型有效的多媒体数据压缩编码方法，以压缩的形式存储和传输这些数据将是最好的选择。多媒体个人计算机(MultimediaPersonalComputer，MPC)指具有特定多媒体功能的PC机。实际上，MPC并不是全新的个人计算机，它是在现有PC机的基础上加上一些硬件及其软件，使其具有综合处理声音、文字、图形图像等信息的功能。对于多媒体计算机，要求能够处理多种信息的媒体，一般包括文字、图形图像、声音、动画、活动影像，前三种称为静态媒体，后三种称为动态媒体，而通常所说的多媒体计算机中至少包括一种动态媒体，并且各种媒体协同动作以达到同步的目的。比如，一个最简单的儿童英语教学软件，在屏幕上有一个老虎，当鼠标点击老虎后，会出现tiger这个英文单词和一个老虎的动画镜头，同时从音箱里发出老虎的叫声。一般来讲，多媒体只有在计算机中才能实现，因为只有计算机技术可以将文字、图形图像、声音、动画、活动影像综合处理，并且具有人机的交互性，而录像机、电视机不能称为多媒体。MPC是1990年11月由Microsoft公司联合AT&T、NEC等全球十多家计算机厂商提出的一个新概念，并制定了相应的标准。MPC是未来高性能多媒体应用的最佳机种，可用来作为电子图书、地图等的工作平台，未来的Windows操作系统将具备TV/PC多任务功能等。多媒体计算机是一般都配备了声卡、视频卡等板卡的计算机。更确切地说，它是一种将数字声音、数字图像、数字视频、计算机图形和通用计算机集成在一起的人机交互系统。它有五个技术特征：

(1)具有对包括伴音在内的活动图像的处理、存储和显示的能力。

(2)解决了在时间上紧密相关的数字信号的同步问题。

(3)具有激光驱动器。

(4)输入手段丰富，输出种类多、质量高。

(5)具有丰富的软件资源。多媒体计算机的软件资源必须非常丰富，以满足多媒体素材的处理及其程序的编制需求。

MPC不仅含有“多媒体个人计算机”之意，而且还代表MPC的工业标准。MPC标准的具体内容包括：

(1)对个人计算机增加多媒体功能所需的软硬件进行最低标准的规范。

(2)规定多媒体个人计算机硬件设备和操作系统等的量化指标。

(3)制定高于MPC标准的计算机部件的升级规范。

(4)确定MPC的三级标准，即MPC1、MPC2和MPC3。一般来说，MPC的基本硬件结构可以归纳为七部分：至少一个功能强大、速度快的中央处理器(CPU)；可管理、控制各种接口与设备的配置；具有一定容量(尽可能大)的存储空间；高分辨率显示接口与设备；可处理音响的接口与设备；可处理图像的接口设备；可存放大量数据的配置等。这样提供的配置是MPC最基本的硬件基础，它们构成了MPC的主机部分。除此以外，MPC能扩充的配置还可能包括如下几个方面。

(1)光盘驱动器：包括可重写光盘驱动器(CD-R)、WORM光盘驱动器和CD-ROM驱动器等。其中CD-ROM驱动器为MPC带来了价格便宜的650 MB存储设备，同时，存有图形图像、动画、声音、文本、数字音频、程序等资源的CD-ROM早已广泛使用。另外，DVD已出现在市场上，它的存储量更大，双面可达17 GB，是升级换代的理想产品。

(2)音频卡：在音频卡上连接的音频输入/输出设备包括话筒、音频播放设备、MIDI合成器、耳机、扬声器等。数字音频处理是多媒体计算机的重要方面，音频卡具有A/D和D/A音频信号的转换功能，可以合成音乐、混合多种声源，还可以外接MIDI电子音乐设备。

(3)图形加速卡：图文并茂的多媒体表现需要分辨率高，而且同屏显示色彩丰富的显示卡的支持，同时还要求具有Windows的显示驱动程序，并在Windows下的像素运算速度要快。所以现在带有图形用户接口GUI加速器的局部总线显示适配器使得Windows的显示速度大大加快。

(4)视频卡：可细分为视频捕捉卡、视频处理卡、视频播放卡以及TV编码器等专用卡，其功能是连接摄像机、VCR影碟机、TV等设备，以便获取、处理和表现各种动画和数字化视频媒体。

(5)扫描卡：用来连接各种图形扫描仪，是常用的静态照片、文字、工程图输入设备。

(6)打印机接口：用来连接各种打印机，包括普通打印机、激光打印机、彩色打印机等。打印机现在已经是最常用的多媒体输出设备之一。

(7)交互控制接口：用来连接触摸屏、鼠标、光笔等人机交互设备，这些设备将大大方便用户对MPC的使用。

(8)网络接口：是实现多媒体通信的重要MPC扩充部件。计算机和通信技术相结合的时代已经来临，这就需要专门的多媒体外部设备将数据量庞大的多媒体信息传送出去或接收进来，通过网络接口相接的设备包括视频电话机、传真机、LAN和ISDN等。在多媒体技术发展的早期和中期，多媒体计算机的硬件性能和参数有严格的工业标准，以使多媒体计算机保持良好的兼容性和一致性。有关多媒体计算机的配置标准已经有三个，即MPC1.0、MPC2.0和MPC3.0。

1990年10月制定的MPC1.0标准要求CPU为80386X，时钟频率16 MHz，最小内存2 MB，硬盘30 MB，16色VGA显示，单倍速CD-ROM驱动器，8位音频声卡，操作系统为具有多媒体扩展功能的Windows操作系统。

1993年5月公布的MPC 2.0标准要求CPU为486SX，时钟频率25 MHz，最小内存4 MB(推荐为8 MB)，硬盘至少160 MB，倍速CD-ROM驱动器，16位音频DAC和ADC，显示器分辨率至少640×480，64K彩色监视器等。

1995年6月推出的MPC3.0标准与前两级标准的最大差别是对CPU和外设作了较大幅度的提高。它要求最低的CPU是75 MHz的Pentium，四倍速的CD-ROM驱动器，配有视频加速器、波形表MIDI合成器等，对动态视频处理，要求具有MPEG的视频解码功能。目前，由于硬件性能的不断提高，只要用户自己愿意，几乎所有的PC机都可以方便地配置成多媒体计算机，而且其性能也远远高于MPC3.0标准。一般的多媒体系统包括多媒体操作系统、多媒体硬件系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。多媒体计算机除了需要较高配置的计算机主机硬件之外，通常还需要高质量的音频/视频设备、图像处理设备、大容量存储器、光盘驱动器、各种媒体输入/输出设备等。多媒体计算机软件系统除基本的操作系统外，还包括多媒体数据库管理系统、多媒体压缩/解压缩软件、多媒体声像同步软件、多媒体通信软件和其他相关的多媒体编辑软件等。多媒体系统在不同的应用领域中还有多种开发工具，例如图像处理软件、图形生成软件、声音编辑软件、视频处理软件和合成软件等。这些工具为多媒体系统开发提供了便捷的创作途径。

1．多媒体系统的硬件组成多媒体系统是一个复杂的软、硬件结合的综合系统。多媒体系统把音频、视频等媒体与计算机系统集成在一起，组成一个有机的整体，并由计算机对各种媒体进行数字化处理。由此可见，多媒体系统不是原系统的简单叠加，而是有其自身结构特点的系统。计算机系统的硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部分。多媒体计算机在这五大组成的基础上，又增加了以下设备和功能接口。

1)多媒体接口卡多媒体接口卡是多媒体系统获取、编辑音频或视频的设备，需要接插在计算机主板功能扩展槽上，用以解决各种媒体数据的输入/输出问题。常用的接口卡有声卡、显示卡、视频压缩卡、视频捕捉卡、视频播放卡、光盘接口卡和网络接口卡等。随着计算机软件的发展，各类压缩卡、捕捉卡和播放卡等已经逐渐被淘汰，相应功能由多媒体软件取代实现。

2)多媒体外部设备

(1)视频、音频输入设备：包括CD-ROM、扫描仪、摄像机、录像机、数码照相机、激光唱盘和MIDI合成器等。

(2)视频、音频播放设备：包括电视机、投影仪和音响器材等。

(3)交互界面设备：包括键盘、鼠标、高分辨率彩色显示器、激光打印机、触摸屏和光笔等。

(4)存储设备：如大容量磁盘和可擦写光盘(CD-RW)等。多媒体计算机是随着计算机技术的进步而发展起来的。现在几乎所有的计算机都可以处理多媒体指令，个人计算机就是一台功能齐全的多媒体计算机。

2．多媒体系统的软件组成多媒体软件按功能可划分为以下五类。

1)多媒体驱动软件多媒体软件中直接与硬件打交道的软件称为多媒体驱动软件。其作用是完成设备的初始化，各种设备的操作及设备的打开、关闭，基于硬件的压缩和解压，图像的快速变换等基本硬件功能的调用。这种软件一般由厂家随硬件提供。

2)支持多媒体的操作系统支持多媒体的操作系统是多媒体软件的核心。它负责多媒体环境下任务的调度，保证音频、视频同步控制以及信息处理的实时性。它提供多媒体信息的各种基本操作和管理，具有对设备的相对独立性与可扩展性。目前个人计算机上开发多媒体软件使用最多的操作系统是微软的Windows系统。

3)多媒体数据处理软件多媒体数据处理软件是用于采集多媒体数据的软件，如声音录制与编辑软件、图像扫描及预处理软件、全动态视频采集软件以及动画生成编辑软件等。

4)多媒体编辑创作软件多媒体编辑创作软件又称多媒体创作工具，是多媒体专业人员在多媒体操作系统之上开发的，供特定应用领域的专业人员组织编排多媒体数据，并把它们连接成完整的多媒体应用的系统工具。高档的创作工具可用于影视系统的动画创作，中档的创作工具可用于创作教育和娱乐节目，低档的多媒体工具可用于商业简介的创作、家庭学习材料的编辑。

5)多媒体应用软件多媒体应用软件是在多媒体硬件平台上设计开发的面向应用的软件系统，如多媒体数据库系统、多媒体教育软件和娱乐软件等。1.3.2多媒体元素及其特征多媒体元素是指多媒体应用中可以显示给用户的媒体组成元素，涉及大量不同类型、不同性质的媒体元素。这些媒体元素数据量大，同一种元素数据格式繁多，数据类型之间的差别极大。

1．文本文本(Text)即文字的集合，包括字体(Font)、字形(Style)、字号(Size)、颜色(Color)和修饰(Effect)等属性，是使用最悠久、最广泛的媒体元素，也是信息的最基本的呈现形式。其最大优点是存储空间小，但形式呆板，仅能利用视觉获取，靠人的思维进行理解，难于描述对象的形态、运动等特征。在人机交互中，文本主要有两种形式，即格式化文本和非格式化文本。格式化文本可以进行格式编排，包括各种字体、尺寸、颜色、格式及段落等属性设置，如 .doc文件；非格式化文本的字符大小是固定的，仅能以一种形式和类型使用，不具备排版功能，如 .txt文件。

2．图形图形(Graphics)也称矢量图形(VectorGraphic)，是计算机根据数学模型计算而生成的几何图形。图形是由直线、曲线、圆或曲面等几何形状形成的从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图。构成图形的点、线和图片由坐标及相关参数定义，如用CorelDraw绘制的图形。矢量图形的优点是可以不失真缩放、占用计算机存储空间小。但矢量图形仅能表现对象结构，在表现对象质感方面的能力较弱。

3．图像图像(Image)是指由输入设备捕获的实际场景画面或以数字化形式存储的画面，是真实物体的影像。对图片逐行、逐列进行采样(取样点)，并用许多点(称为像素点)表示并存储，即为数字图像，通常称之为位图。图像主要用于表现自然景色、人物等，能表现对象的颜色细节和质感，具有形象、直观和信息量大的优点。但图像文件的数据量很大，需要对图像数据进行压缩，即利用视觉特征，去除人眼不敏感的冗余数据。目前最为流行且压缩效果好的位图压缩格式为JPEG，其压缩比高达30∶1以上，而且图像失真较小。

4．声音和音乐声音(Sound)包括人说话的声音、动物鸣叫声和自然界的各种声音；音乐(Music)是有节奏、旋律或和声的人声或乐器音响等配合所构成的一种艺术。声音和音乐在本质上是相同的，都是具有振幅和频率的声波。声波的幅度表示声音的强弱，频率表示声音音调的高低。在多媒体项目中加入声音元素，可以给人多感官刺激，不仅能欣赏到优美的音乐，也可倾听详细、生动的解说，增强对文字、图像等媒体信息的理解。声音和音乐(音频)的缺点是数据量庞大。如存储1秒的CD双声道立体声音乐，需要的存储空间与存储9万个汉字所需的空间相同，因此也必须进行压缩处理。

5．动画动画(Animation)就是运动的图画，实质是若干幅时间和内容连续的静态图像的顺序播放。用计算机实现的动画有两种，一种叫造型动画，另一种叫帧动画。造型动画每帧由图形、声音、文字和色彩等造型元素组成，由脚本控制角色的表演和行为。帧动画是由一幅幅连续的画面组成的图像序列，这是产生各种动画的基本方法。为什么一幅幅静态的画面连续播放，就可看到动态的图像画面？这是由于人的眼睛具有视觉暂留现象，在亮度信号消失之后亮度感觉仍然可以保持1/20～1/10 s的时间。动态图像(动画)就是根据这个特性而产生的。从物理意义上看，任何动态图像都是由多幅连续的图像序列构成的，沿着时间轴，每一幅图像保持一个很小的时间间隔，按顺序在人眼感觉不到的速度(25～30帧/秒)下换成另一幅图像，连续不断转换就形成了运动的感觉。电影和计算机中的动画都是如此。

6．视频若干幅内容相互联系的图像连续播放就形成了视频(Video)。视频主要来源于摄像机拍摄的连续自然场景画面。视频与动画一样是由连续的画面组成的，只是画面图像是自然景物的图像。计算机处理的视频信息必须是全数字化的信号，但在处理过程中要受到电视技术的影响。视频有如下几个重要技术参数。

(1)帧速：每秒钟播放的静止画面数(帧/秒)。为了减少数据量，可适当降低帧速。若帧速在16帧/秒以上，在人的视觉上便可达到一定的满意程度。

(2)数据量：没有经过压缩的数据量为帧速乘以每幅图像数据量。假设一幅图像为1 MB，则每秒的数据量将达到25 MB(PAL制式)，经过压缩之后将减少为原来的几十分之一甚至更小。

(3)画面质量：它除了与原始图像质量有关外，还与视频数据的压缩比有关。压缩比小时对画面质量不会有太大影响，而压缩比如果超过一定值，画面质量将明显下降。1.3.3多媒体系统的分类多媒体系统可从应用对象和应用角度来进行分类。

1．从应用对象的角度分类从多媒体系统所面向的对象来看，多媒体系统可分为以下四类。

1)多媒体开发系统多媒体开发系统需要较完善的硬件环境和软件支持，主要目标是为多媒体专业人员开发各种应用系统提供应用软件开发环境和多媒体文件综合管理能力。

2)多媒体演示系统多媒体演示系统是一个功能齐全、完善的桌面系统，用于管理用户的声音、图像资源，提供专业化的多媒体演示，使观众有强烈的现场感受。多媒体演示系统常用于企业产品展示、科学研究成果发布等。

3)家庭应用系统只要在计算机上配置CD-ROM、声卡、音箱和话筒，就可以构成一个家用多媒体系统，用于家庭中的学习、娱乐等。

4)多媒体教育/培训系统多媒体可以在计算机辅助教学(CAI)中大显身手。教育/培训系统中融入多媒体技术，可以做到声、图、文并茂，界面色彩丰富多彩，具有形象性和交互性，提高学习的兴趣，大大改善教学效果，可用于不同层次的教学环境，如学校教学、企事业培训和家庭学习等。这种系统一般不具备制作演示程序的能力。

2．从应用的角度分类从多媒体技术应用来看，多媒体系统可分为以下五类。

1)多媒体出版系统以CD-ROM光盘形式出版的各类出版物，已经开始大量出现并替代传统的出版物，特别对于容量大、要求迅速查找的文献资料等，使用CD-ROM光盘十分方便。

2)多媒体信息咨询系统例如图书情报检索系统、证券交易咨询系统等，用户只需要按几个键，多媒体系统就能以声音、图像和文字等方式给出信息。

3)多媒体娱乐系统多媒体系统提供的交互播放功能、高质量的数字音响、图文并茂的显示特征，受到了广大消费者的欢迎，给文化娱乐带来了新的活力。

4)多媒体通信系统例如，可视电话、视频会议等增强了人们身临其境、如同面对面交流一样的感觉。

5)多媒体数据库系统将多媒体技术和数据库技术相结合，在普通数据库的基础上增加了声音、图像和视频数据类型，对各种多媒体数据进行统一的组织和管理，如档案、名片管理系统等。1.4多媒体技术的应用多媒体技术具有多维性、集成性和交互性的特点，为计算机应用开拓了广阔的前景。目前多媒体技术已经成功应用于许多领域中，如教育与培训、商业文化娱乐、多媒体通信、智能办公与信息管理等。

1．教育与培训计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction，CAI)是一种以学生为中心的新型教学模式，是对以教师为中心的传统教学模式的革命。在多媒体技术应用之前，CAI只能靠文字和简单图形来进行人机对话，没有语音、影像，界面单调，不够生动形象，限制了CAI优越性的发挥。多媒体技术将声、文、图集成于一体，使传递的信息更丰富、更直观，这是一种合乎自然的交流环境和方式，人们在这种环境中通过多种感官来接受信息，加速了理解和接受信息的学习过程，并有助于接受者的联想和推理等思维活动。将多媒体技术引入CAI中称为多媒体计算机辅助教学(MultimediaComputerAssistedInstruction，MCAI)，它是多媒体技术与CAI技术相结合的产物，是一种全新的现代化教学系统。随着多媒体技术的日益成熟，多媒体技术在教育与培训中的应用也越来越普遍，多媒体计算机辅助教学是当前国内外教育技术发展的新趋势。多媒体作品通过对人体多感官的刺激，更能加深人们对新鲜事物的印象，取得更好的学习和训练效果，如幼儿语言学习、中小学生课程学习、知识性光盘以及实用技术培训光盘等。

2．商业多媒体在商业上的应用具有非常广阔的前景，能够为企业带来丰厚的利润。

1)企业形象设计企业的形象对一个企业的成功起着不可估量的作用，现代化的知名企业十分重视形象设计，利用多媒体网站、多媒体光盘作为媒介，通过生动的图、文、声、形并茂的多媒体课件，使客户了解企业的产品、服务和独特的文化等内容，树立良好的企业形象，促进企业产品的销售。

2)商业广告利用多媒体技术制作商业广告是扩大销售范围的有效途径，目前应用普遍。

3)商场导购系统利用多媒体商场购物导购系统，顾客可以用电子触摸屏向计算机咨询，不仅方便快捷，而且可以节省人力，降低企业成本。

4)观光旅游多媒体给旅游业带来了耀眼的光彩。多媒体向人们展现世界各地的名胜古迹、自然风景、风土人情和娱乐设施，并详细介绍旅行、住宿和游览等旅游活动的安排，人们足不出户就可以领略美好的自然风光，了解各地的风土人情，增长知识。

5)多媒体网上购物系统利用多媒体网络介绍自己的商品种类、价格和服务方式，同时还可以进行电子商务，使人们通过网络，足不出户就可以选购到自己满意的商品。

6)效果图设计在建筑、装饰、家具和园林设计等行业，多媒体将设计方案变成完整的模型，让客户事先从各个角度观看和欣赏效果，根据客户的意见进行修改，直到效果满意后再行施工，可避免不必要的浪费。

3．文化娱乐

1)娱乐游戏娱乐游戏始终是多媒体技术应用的前沿。CD版电子游戏以其具有真实质感的流畅动画、悦耳的声音，深受成人和儿童的喜爱。

2)电子影集电子影集将大量生活照片按时间顺序一一记录下来，配上优美的音乐和解说，存储在光盘中，为自己留下美好的回忆。用光盘可以长期保存电子影集数据，避免了普通彩色照片保存褪色的遗憾。

4．多媒体通信利用先进的电视会议技术，可使分布在不同地理位置的人们就有关问题进行实时对话和实时讨论。

1)视听会议多媒体视听会议使与会者不仅可以共享图像信息，还可共享已存储的数据、图形和图像以及动画和声音文件。在网上的每一会场，都可以通过窗口建立共享的工作空间，互相通报和传递各种信息，同时也可对接收的信息进行过滤，并可在会谈中动态地断开和恢复彼此的联系。电视会议已成为当今最流行的协同多媒体策略，它节约了大量财力，极大地提高了办公效率和劳动生产率。

2)远程医疗远程医疗应用是以多媒体为主体的综合医疗信息系统，医生远在千里之外就可以为病人看病。病人不仅可以接受医生的询问和诊断，还可以从计算机中及时得到处理方案。对于疑难病例，各路专家还可以联合会诊。

5．智能办公与信息管理

1)智能办公采用先进的数字影像和多媒体技术，把文件扫描仪、图文传真机以及文件处理系统综合到一起，以影像代替纸张，用计算机代替人工操作，组成全新的办公自动化系统。

2)信息管理将多媒体技术引入管理信息系统(MIS)，人们就可以管理多媒体信息了。其功能、效果和应用都在原MIS系统基础上有进一步提高。信息咨询系统在引入多媒体技术后，使得人们查询信息更加方便快捷，所获得的信息更加生动、丰富。目前在饭店、旅游、交通等许多行业，这种多媒体信息咨询系统已得到广泛应用。1.5多媒体技术的发展1.5.1多媒体技术的发展特点多媒体技术的飞速发展导致了计算机应用领域的一场革命，把信息社会推向了一个新的历史时期，使人类生活进入一个崭新的世界，对人类社会产生了深远的影响。多媒体技术的发展，显示出以下几个特点。

1．多学科交汇

多媒体技术的发展融合了计算机科学、微电子科学、声像技术、数字信号处理技术、网络与通信技术和人工智能等多门学科，而且有与其他科学联合的趋势。

2．顺应信息时代发展的需要

现代人类文明的发展与进步，要求提供全方位的综合信息处理技术，提供信息表示和显示的全新工具。多媒体技术改善了人机之间的界面，使计算机应用更有效，更接近于人类习惯的信息交流方式。信息空间走向多维化，使人们思想的表达不再局限于顺序的、单调的、狭窄的范围，而有了一个充分自由的空间，多媒体技术为这种自由提供了多维化空间的交互能力，人与信息、人与系统、信息与系统之间的交互方法发生了变革，顺应了信息时代的需要，必将推动信息社会的进一步发展。

3．多领域应用多媒体技术已经在我们的生活中得到了应用，用多媒体计算机进行的家庭教育和个人娱乐已成时尚，多媒体应用逐渐进入千家万户。这一新兴的技术，必然会在社会上形式一支新兴的产业大军，必将渗入到我们生活、工作的各个方面。多媒体技术为计算机应用开拓了更广阔的领域，不仅涉及到计算机的各个应用领域，也涉及到电子产品、通信、传播、出版、商业广告及购物、文化娱乐等领域，并进入到人们的家庭生活和娱乐中。今后多媒体的发展主要在以下技术领域：视频的硬件与软件技术；音频的硬件与软件技术；多媒体演示系统的制作工具；支持多媒体的数据库及其管理系统；支持多媒体的操作系统；数据压缩与还原技术；支持多媒体的外部设备；支持多媒体A/V功能的芯片；多媒体信息的网络传输；多媒体计算机的体系结构；动画、广告与可视化技术。对多媒体信息的处理已经深入到媒体内部，利用已经基本成熟的图像理解、语音识别、全文检索等技术研究多媒体基于内容的处理，开发能够进行基于内容处理的系统，包括编码、创作、表现及应用，已成为多媒体信息管理的重要方向。多媒体的各类标准更是研究的重点。成熟的标准在不断修订、颁布，而新的方法和技术的出现又带来了新的标准体制。各类标准的研究将有利于产品规范化，使得用户的使用更加方便。多媒体的技术继续向其他领域扩展，使其应用范围进一步扩大。多媒体并行工程平台、多媒体仿真、智能多媒体等新的技术和应用层出不穷，扩大了原有技术领域的内涵，改善了其性能，创造出了新的概念。虽然也存在一些现象，比如只在名称上做文章，并未真正做多少工作，但这不是主流。多媒体的研究人员已开始充分注意虚拟现实技术的发展，有相当多的研究已开始针对其基本技术和外围技术等进行，并取得了很大的进展。利用头盔显示器等特别设备创造沉浸式的环境、开发相应的应用，是在该方向上的主要工作。也有一些研究把重点放在了通过超媒体数据库提供具有空间和时间合成信息形式的虚拟空间的上面。应用及市场研究中面向大规模用户和高档次应用的趋势十分明显，包括家用多媒体终端、点播电视服务(VOD)、教育和娱乐用多媒体软件、多媒体会议系统等。医学、家用及军用等已成为多媒体应用领域最重要的组成部分。1.5.2多媒体技术的发展方向

目前，多媒体技术主要向以下几个方向发展。

1．多媒体通信网络的研究和建立多媒体通信网络的研究和建立将使多媒体从单机、单点向分布、协同多媒体环境发展，在世界范围内建立一个可全球自由交互的通信网。对该网络及其设备的研究和网上分布应用与信息服务研究将是热点。未来的多媒体通信将朝着不受时间、空间和通信对象等方面的任何约束和限制的方向发展，其目标是“任何人，在任何时刻，与任何地点的任何人，进行任何形式的通信”。人们将通过多媒体通信迅速获取大量信息，反过来又以最有效的方式为社会创造更大的社会效益。

2．智能处理利用图像理解、语音识别、全文检索等技术，研究多媒体基于内容的处理，开发能进行基于内容处理的系统，是多媒体信息管理的重要方向。

3．多媒体标准的规范各类标准的研究建立将有利于产品规范化。以多媒体为核心的信息产业突破了单一行业的限制，涉及到诸多行业，而多媒体系统集成特性对标准化提出了更高的要求，所以必须开展标准化研究，它是实现多媒体信息交换和大规模产业化的关键所在。

4．多学科交互多媒体技术与其他技术相结合，提供了完善的人机交互环境。同时多媒体技术将继续向其他领域扩展，其应用范围进一步扩大。多媒体仿真、智能多媒体等新技术层出不穷，扩大了原有技术领域的内涵，并不断创造出新的概念。多媒体技术与外围技术构造的虚拟现实研究仍在继续进展。多媒体虚拟现实与可视化技术需要相互补充，并与语音、图像识别和智能接口等技术相结合，建立高层次虚拟现实系统。未来多媒体技术将向着以下几个方向发展：●高分辨化，以提高显示质量。●高速度化，以缩短处理时间。●简单化，便于使用操作。●高维化，向三维、四维或更高维发展。●智能化，进一步提高信息识别能力。●标准化，便于信息交换和资源共享。多媒体技术正在向自动控制系统、人机交互系统、人工智能系统以及仿真系统等技术领域渗透，所有具有人机界面的技术领域都离不开多媒体技术的支持。这些相关技术在发展过程中创造出许多新的概念，产生了许多新的观点，正在被人们所接受，并成为研究课题之一。以多媒体数据库为例，传统的数据库管理系统在处理结构化的数据，如文字、数值等信息方面取得了很大成功。然而在很多应用领域，如CAI课件、办公室自动化、诊断医疗管理系统、博物馆管理系统、计算机辅助设计及地理信息系统等，由于这些应用包含了多种媒体数据和非结构化数据，传统的数据库管理系统很难实现，因此需要建立多媒体数据库。目前多媒体数据库的研究主要有以下三条途径：在现有商用数据库管理系统的基础上增加接口，以满足多媒