《多媒体技术基础与应用》课件第5章

学习单元5多媒体网络与通信技术

项目5.1多媒体网络概述项目5.2多媒体网络与通信项目5.3多媒体网络与虚拟现实技术多媒体网络与通信技术的迅速发展，给信息传播带来了一场革命。现代多媒体计算机采用图形窗口、交互界面、语音识别和触摸屏等先进技术，使计算机能够用人类习惯的方式更生动逼真地传播和表达信息。多媒体技术的广泛应用促进了多媒体教室、多媒体虚拟实验室、多媒体电子出版物、电子图书室等的蓬勃发展。此外，随着多媒体网络与通信技术的不断发展和广泛应用，在互联网上发展各种多媒体业务已是大势所趋，因而多媒体网络的另一含义其实就是互联网。以互联网为主要标志的网络技术是现代技术文化的重要组成部分，互联网将人类带入了一个全新的数字化时代，拓展了人类的第二生存空间—网络虚拟社会。多媒体通信是通信技术和多媒体技术结合的产物，它同时具有计算机的交互性、多媒体的复合性、通信的分布性以及电视的真实性等优点，是近代通信的发展方向和科研热点。多媒体通信提供了一种全新的信息服务，它已经并将继续改变人类传统的工作方式和生活方式。项目5.1多媒体网络概述

项目实施要求

了解多媒体数据管理的方法及重要性。

项目主要内容

(1)理解多媒体数据的特征和管理方法。

(2)学习超文本与超链接的数据管理方法。

项目实施安排5.1.1多媒体信息对网络技术的要求

多媒体信息对网络技术的要求如下：

(1)要有足够的带宽。多媒体信息的数据量大，尤其是视频文件，即便是压缩过的数据，如果要达到实时的效果，其数据量是文本数据等无法比拟的。实时的视频传输是多媒体技术必须实现的一个功能，所以要求通信网络具有足够的带宽。

(2)要有足够小的延时。多媒体数据具有实时特性，尤其是语音和视频媒体。每一个媒体流为一个有限幅度样本的序列，只有保持媒体流的连续性，才能传递媒体流蕴含的意义。连续媒体流的每两帧数据之间都有一个延时极限，超出这个极限就会导致图像的抖动或语音的断续，因而要求网络延时必须足够小。

(3)要有同步的控制机制。在多媒体应用中，往往要对某种媒体执行加速、放慢、重复等交互处理，如音频、视频等与时间和类型有关的媒体。不同通信路径传输会产生不同延时和损伤而造成媒体间歇通行的破坏，所以要求网络提供同步业务服务，同时要求网络提供保证媒体本身及媒体同时空同步的控制机制。

(4)要有较高的可靠性。网络中数据的传输有一项重要的性能指标，即差错率。差错率反映了网络传输的可靠性。精确表示多媒体网络的可靠性是很困难的。由于人类的听觉比视觉更敏感一些，容忍错误的程度要相对低一些。因此，音频传输比视频传输对网络的可靠性要求更高一些。5.1.2多媒体数据的管理

多媒体数据量大、种类多，要实现高效地利用多媒体数据就必须对多媒体数据库进行有效管理，避免对数据资源的浪费。目前较为有效的数据资源管理方法有以下五种。

1．文件管理系统

文件管理系统利用操作系统对多媒体数据资源按不同媒体、不同使用方法或不同类别建立不同属性的数据文件，并对这些文件进行维护和管理，供各种多媒体应用开发程序使用。图5-1-1是用文件管理系统管理多媒体数据资源的示意图。图5-1-1用文件管理系统管理多媒体数据资源的示意图

2．逻辑目录管理系统

逻辑目录管理实质也是文件管理，不同的是将各类源文件和数据库文件放在不同的目录下进行管理。逻辑目录管理类似于一本书的目录，把整个内容分成多级目录来查找；也类似于传统图书馆中使用的索书号，借书者先从书目编号中找到索书号，再根据索书号从书库中找到相应的书。

3．传统数据库管理系统

传统数据库管理是目前开发多媒体应用系统常用的方法。实际上传统数据库管理系统是把文件管理系统和传统的字符、数值数据库管理系统两者结合起来。在传统数据库管理系统中，多媒体数据资源中的常规数据(字符、数值)由传统数据库管理系统来管理，而对非常规的数据(音频、视频、图形、图像、动画等)，则按操作系统提供的文件管理系统要求来建立和管理，并把数据库文件的完整文件名作为一个字符串纳入传统的数据库系统进行管理。

4．多媒体数据库管理系统(DBMS)

多媒体数据库管理系统主要由文本(text)、图形(graph)、图像(image)和声音(sound)等多种数据类型组成。多媒体数据与传统的字符、数值数据存在着很大的不同，因而其存储结构、存取方法、数据类型和数据结构也不同。如果有一种数据库管理系统能够对多媒体数据和传统的字符、数值数据采用统一的方法来管理，将是最理想、最有效的数据管理方法，这种数据管理系统就是多媒体数据库管理系统(DBMS)。多媒体数据库管理系统在实现对多媒体共享数据有效的组织、管理和存取的同时，还可以实现以下功能：

(1)多媒体数据库的建立和维护；

(2)多媒体数据库运行的控制；

(3)多媒体数据库的建立和维护；

(4)多媒体数据库在网络上的通信。

目前还没有真正能够像传统数据管理系统管理字符、数值数据库那样来管理多媒体数据的多媒体数据库管理系统，但有很多商业化的数据库管理系统(如Oracle、Sysbase、Informix等)，使用一种新的数据类型——大二进制对象BLOB(BinaryLargeObject)来定义记录中的非格式化数据类型的字段。BLOB有两种类型：一是文本BLOB，由有效的文本字符组成；二是字节BLOB，它是二进制数据流，可以含有任意数字化数据，包括图像、视频、音频等多媒体数据。

5．超文本和超媒体(HypertextandHypermedia)

超文本和超媒体是多媒体信息管理的一种自然实用的新型技术。在视窗操作系统下，用户界面直接、美观。超文本和超媒体技术用于计算机思考、信息传播，类似于人类“联想”式思维习惯。5.1.3超文本与超媒体管理

人的思维是以联想方式进行的，记忆则成为一种网状结构。比如，通过Internet来看新闻，我们是先打开网站(比如新浪)，然后打开主页，点击“新闻”节点，再从下一页找到“国内”、“国际”、“体育”、“科技”、“军事”等节点。假设点击“体育”，接下来要选择“NBA”或“世界杯”，从“NBA”页面能了解到火箭队中姚明的最新战况，在“NBA”页面又可直接转到“国内”或“国际”等，这种链状结构的数据组织形式就是超文本。

1．超文本

超文本没有顺序，是一个非线性的网状结构，它把文本按其内部固有的独立性和相关性划分成不同的基本信息块，称为节点(Node)。超文本以节点作为信息的单位。一个节点就是一个信息块，一个信息块也可由若干节点组成。节点可以是文本、图形、图像、动画、声音或它们的组合体。

在超文本数据库内部，节点之间用链(Link)连接起来形成网状结构。超文本结构示意图如图5-1-2所示。超文本具有链接多种媒体信息、网络结构的形式和明显的交互特性等特点。图5-1-2超文本结构示意图超文本是一种典型的数据库技术，是由节点和表达节点之间关系的链组成的网。每个节点都链接在其它节点上，用户可以对网进行浏览、查询和注释等操作。

2．超媒体

超媒体是超文本的扩充，允许音频、图形、图像、动画、视频和文本一样构成节点，并通过链来构成网状结构。

3．超文本与超媒体的组成要素

超文本是由节点和链构成的信息网络。超文本可以看做是节点、链和网络三个要素的组合。

1)节点

节点是表达信息的单位，是围绕一个特殊主题组织起来的数据的集合。节点的内容可以是文本、图形、图像、动画、音频、视频等，也可以是一般计算机程序，即反映数据组织结构的内容。

2)链

链是固定节点间的信息联系，它以某种形式将一个节点与其它节点连接起来。链的一般结构可分为三个部分：链源、链宿及链的属性。链的种类主要有基本结构链、索引链、推理链和隐形链。

3)网络

超文本是由节点和链构成的网络，该网络是一个有向图。

4．超文本系统与超媒体应用系统的开发工具

超文本系统与超媒体系统的开发工具包括编辑器、编译器、阅读器和导航工具。

1)编辑器

超文本系统与超媒体系统的编辑器很多，比如HTML、FrontPage和Dreamweaver等网页编辑工具，VisualC++和VisualBASIC等可视化编程，Authorware与Director等多媒体合成工具，方正Apabi(阿帕比)电子图书制作工具等。

2)编译器

编译器将编译器产生的多种文档进行综合编译，生成包含全部信息(文本、图形、图像、视频和声音等)的有机体—超文本应用文档。

3)阅读器

编译器生成的不是可执行文件，而是超文本文档，要浏览超文本文档，就需要有一个专门的工具—超文本阅读器。

4)导航工具

导航工具是超文本系统不可缺少的交互工具，也是评价超文本系统质量的主要指标之一。导航工具的主要作用有两个：一是使用户在信息网络中快速定位和查询；二是防止用户在复杂的信息网络中迷失航向。

5．超文本与超媒体的应用

随着多媒体技术的发展，超文本与超媒体技术具有广阔的应用前景。超文本与超媒体组织和管理信息的方式符合人们“联想”的思维习惯。超文本与超媒体技术适合于非线性的数据组织形式，以其独特的表现方式，在很多领域中得到了广泛应用。如在操作系统Windows中的“帮助”就使用了超文本的方式，电子百科全书、教学应用的CAI、旅游信息、软件工程、娱乐等也使用了超文本。下面介绍超文本与超媒体的一些具体应用领域。

(1)办公自动化。Apple公司的Hypercard软件展示了把Hypercard用于办公室的日常工作的一个方面，它以卡片的形式提供了形象的电话簿、备忘录、日历、价格表与文献摘要等，是应用多媒体管理技术的一个实例。

(2)大型文献资料信息库。超文本与超媒体技术广泛应用于大型文献资料信息库的建设。目前已经研制出来的中英文字典系统，就是按照超文本与超媒体的方式组织和构造的，它收录了几十万个条目，计几千万字，包含百万多个记号，采用这种方式存储的30卷百科全书，查询时间只需几秒钟。

(3)综合数据库应用。在各类工程应用中，要求用图纸、图形、文字、动画或视频来表达概念和设计，一般数据库系统是无法表达的，而超文本与超媒体技术为这类工程提供了强有力的信息管理工具，不少系统已将其应用于联机文档的设计和软件项目的管理中。

(4)友好的用户界面。超文本与超媒体不仅是一项信息管理技术，也是一项界面技术。目前十分流行的iPad和智能手机都是采用图形界面技术。超文本与超媒体技术逐渐成为电子信息产品操作界面的主流发展方向。5.1.4流媒体技术

1．流媒体技术含义

流媒体指在Internet中使用流式传输技术的连续时基媒体。简单来说，流媒体就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件。流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放于网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以观看的网络传输技术。

2．流媒体传输的特点

流媒体传输的特点如下：①启动速度快；②能充分利用网络带宽；③无需占用硬盘空间；④缓存容量需求降低；⑤需有特定传输协议支持。

3．流媒体系统的组成

实现流媒体处理的硬件和软件总称为流媒体系统，它主要由创作工具、流媒体数据、流媒体服务器、网络和播放器五个部分组成，其结构示意图如图5-1-3所示。图5-1-3流媒体系统的结构示意图

(1)创作工具：即数据输入工具，用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式。

(2)流媒体数据：即以流媒体格式存放的多媒体数据文件。

(3)流媒体直播服务器：用于存放和控制流媒体数据的计算机。

(4)网络：适合多媒体传输协议，甚至是实时传输协议的计算机网络。

(5)播放器：供网络用户客户端播放流媒体文件的播放软件。

这五个部分有些是服务器需要的，有些是客户端需要的，而且不同的流媒体标准和不同公司的解决方案在具体的每个部分会有所不同。项目拓展训练

体验和使用方正Apabi电子图书系统的应用，并应用此系统制作电子图书(具体详细操作步骤详见《〈多媒体技术基础与应用(第二版)〉项目实训指导》“学习单元5”的“项目5.1”)。项目5.2多媒体网络与通信

项目实施要求

了解目前多媒体通信网络的实现方法和多媒体通信的应用领域。

项目主要内容

(1)掌握多媒体通信网络的实现方法。

(2)了解目前多媒体通信的应用领域。

项目实施安排5.2.1多媒体通信简述

多媒体技术的应用和发展，为通信提供了一种新的业务种类——多媒体通信。多媒体通信满足了人们传输和交换图形、静止图像、视频等各种信息的要求。多媒体通信的应用与普及将给信息化社会带来全新的变化。

1．多媒体通信的关键技术

多媒体通信的关键技术主要表现在以下几个方面：

(1)多媒体数据量大、类型多，因此要求有较大的存储容量和足够的传输带宽。传输带宽为100Mb/s的网络才能满足各类多媒体数据的传输，显然要对数据进行压缩才能够降低对传输带宽的要求，所以实现多媒体通信的关键之一是声音、视频、动画等多媒体数据的传输、压缩和解压缩技术。

(2)多媒体中的音频、动画、视频等媒体的时间性要求很高。传输设备的带宽、通信协议及数据交换方式都要与之相适应，尽可能地减少信息数据在传输过程中的延时。由此可知，实现多媒体通信的关键之二是协议及标准化问题。

(3)多媒体中的各媒体不是独立存在的，它们不仅在空间上，而且在时间上相互关联，彼此制约。通信系统的传输是串行的，为此在媒体重组时要用延时同步的方法进行再合成，所以实现多媒体通信的另一个关键是多媒体实时同步问题。

2．多媒体通信的业务类型

多媒体通信是基于群体的通信，在一次单一的通信会话期间，可以有多个参与方，多条链接，而且通信资源和用户数可以增加或减少。多媒体业务类型大致可以分为交互型业务和分配型业务两大类。

1)交互型业务

交互型业务主要包括会话型业务、电子信函型业务和检索型业务。

(1)会话型业务用于在两点之间与多点之间同时传递话音、活动画面和视频扫描静止图像与文件，也包括高速数据的传输。会话型业务是即时发生的，双方或几方预定，也可以是永恒型的。用户信息流量可以是双向对称或不对称的，如会议电视、文本传送、可视电话等。

(2)电子信函型业务包括传递活动图像和伴音的电子信箱业务，以及传递混合文体的电子信箱业务。电子信函型业务具有存储、转发及消息处理的功能，该业务可以点对点或点对多点进行，也可以是双向对称或单向的，如电子信箱、文本传递等。

(3)检索型业务包括带宽可视图文、高分辨率图像检索、文件和数据检索等，应用于远程教学、远程诊断、远程购物及娱乐等。该业务是即时进行的，可以点对点或点对多点进行。

2)分配型业务

分配型业务可划分为用户不能控制的分配型业务和用户能够进行单独演示控制的分配型业务两类。

(1)用户不能控制的分配型业务包括常规电视、文件传送、高速数字信息传递等，可用于电视节目的分配和电子报纸等。该业务是广播型的，用户不能控制广播信息的起始时间和顺序。

(2)用户能够进行单独演示控制的分配型业务包括全频道广播视频通信，可用于远程、新闻检索和节目点播等。该业务是点播型的，用户可以控制节目的起止时间和顺序。5.2.2多媒体网络系统

多媒体计算机网络是信息社会重要的标志和基础。一台孤立的计算机，其信息功能是有限的。将这台计算机通过信息高速公路连网后，就可以获得海量的信息。

1．计算机网络概述

计算机网络也可称为计算机通信网，是指分布在不同地点的多台独立运行的计算机利用通信线路互联起来，实现信息交换及资源共享。

根据作用范围的不同，计算机网络可分为局域网(LocalAreaNetwork，LAN)、城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)、广域网(WideAreaNetwork，WAN)三类。局域网的覆盖范围在几米到几千米，常用于某一个单位内部的计算机网络。若该单位拥有较大的范围(30km～50km)，则使用城域网。广域网的覆盖范围更大，超越国界、直至全球，可以为用户提供大量的信息和高速的数据传送。LAN的传输速率从10Mb/s至100Mb/s或150Mb/s，传输线路可以是同轴电缆；而MAN则一般使用光纤光缆；WAN更多利用VSAT卫星通信，也使用光缆和电缆。上述专用通信网主要用于单位或地区内部的通信，只有与公共通信网络相连，才能实现信息交换。目前世界上最大的互联网络是Internet。它的前身是由美国国防部高级研究计划局主持开发的ARPA网。Internet现已覆盖近150个国家，上亿个终端用户，且用户数每年增长20%。在“信息高速公路”计划中，每个家庭、教室、工作单位都是高速信息网的潜在用户。

2．现有多媒体通信网络简介

1)公共电话交换网(PSTN)

公共电话交换网(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)是普及率最高、覆盖范围最广的通信网。在我国广大的城镇和部分农村都必须建立PSTN。PSTN的主要缺点是信道带宽较窄，主要用于模拟语音信号的传输，经调制解调器(Modem)将二进制数据调制成的模拟信号也可在PSTN中传输。PSTN不仅可用于通话和传真，还可作为计算机网络，利用其交互功能，进行数据传输和交换，甚至可以实现可视电话的功能。

2)以太网(Ethernet)

以太网由Xerox、Intel和DEC公司于1978年提出。以太网作为一种典型的局域网，占全国局域网的90%。以太网典型的拓扑结构为总线方式，工作站和服务器通过网络适配器与总线相连。网上的工作站作为网络的一般用户，相互通信并共享网络资源。以太网采用CSMA/CD协议(冲突检测的载波监听多重访问协议)，实时性较差。以太网的传输速率为10Mb/s，最大站间距近1500m。以太网的传输速率低，传播范围有限，只能满足静态媒体的传输要求，而无法满足多媒体通信动态媒体传输的实时性要求和媒体种类变化的要求。目前获得IEEE802.12委员会认证的技术产品100BASE-T、100VG-Any-LAN可以很方便地将以太网的传输速率提高到100Mb/s，使以太网成为高速局域网，从而较好地满足多媒体通信的要求。

3)光纤分布式数据接口(FDDI)网络

FDDI网络是目前唯一具有标准的高速网络。FDDI能用做高速局域网或城域网，传输速率为100Mb/s，最大传输距离达100km，可连接多达500个设备。FDDI能作为高速局域网在小范围内互连高速计算机系统，或作为城域网互连较小的网络，还能桥接局域网和广域网，即作为主干网使用。FDDI具有动态分配带宽的能力，可同时提供同步和异步数据服务。

4)宽带综合业务数字网(B-ISDN)

B-ISDN是最理想、跨世纪的多媒体通信网。在B-ISDN中，所有信息(包括话音、图像等)都转换为数字信号，综合在一起进行传输和交换，高达Gb/s级的传输速率将满足大量宽带数字电视信号传输的要求。为了提高网络的传输速率，B-ISDN采用光纤作为传输介质，同时采用AMD(异步传输模式)交换机。B-ISDN采用了多种新技术，包括高速分组交换、高速电路交换、光交换和ATM交换技术，使网络达到高性能。

5)有线电视(CATV)网

有线电视(CATV)网是高效廉价的综合网络，它具有频带宽、容量大、多功能、成本低、抗干扰能力强、支持多种业务、连接千家万户的优势，它的发展为信息高速公路的发展奠定了基础。就我国最近几年CATV网发展来看，全国已建有线电视台超过1500座，用户数达8000多万，在全国覆盖面达50%，并且每年仍以30%的速度增长。宽带双向的点播电视(VOD〕及通过CATV网接入Internet进行电视点播、CATV通话等是CATV网的发展方向，最终的目的是使CATV网走向宽带双向的多媒体通信网。5.2.3可视电话系统

目前，可视电话产品主要有两类：一类是以个人计算机为核心的可视电话，除计算机外还配置有摄像机(或小型摄像头)、麦克风和扬声器等输入/输出设备；另一类是专用可视电话设备(如一体型可视电话机，见图5-2-1)。可视电话能像普通电话一样，直接接入家用电话线进行可视通话。由于普通电话线普及率很高，因此在公用电话交换网上工作的可视电话最具有发展潜力。图5-2-1一体型可视电话机

1．传输信道

可视电话在传输信道上可分为PSTN(公用电话交换网)型、ISDN(综合业务数字网)型、专网型等多种方式。在PSTN上工作的可视电话，每秒钟可以传输10帧～15帧的画面；在ISDN上工作的可视电话，每秒钟可以传输15帧以上的画面。

2．通信终端标准

可视电话在工作时遵循国际标准。可视电话这个术语早在20世纪60年代就已经出现，人们一直追求在模拟电话线路上实现视听通信。初期的可视电话产品需要使用ISDN电话线以高于普通模拟电话线的速率来传输图像和声音，这就使这种可视电话产品的推广和应用受到限制。随着28.8kb/s调制解调器的出现，世界上立即就开发出了许多在模拟电话线上使用的第一代可视电话产品。可是一个公司的可视电话产品与另一个公司的可视电话产品不能相互协同工作，这就妨碍了产品的推广。

H.324就是为解决这个问题而开发的一个可视电话标准，现在已被国际电信联盟(ITU)采纳并作为世界可视电话的标准。H.324制定了一种普通的方法，用来在高速调制解调器连接的设备之间共享图像、声音和数据。H.324是第一个在公共交换电话网上实现协同工作的标准，这就意味下一代的可视电话产品能够协同工作，并且为市场增长打下了基础。

3．声音编码标准

语音通信是可视电话最基本的功能。可视电话受网络条件的限制通常工作在较低码率下。为了适应这种低码率语音应用，国际电信联盟ITU-T推出了G.72X系列语音压缩标准，其中G.723.1、G.728、G.729和G.729A在可视电话中得到了广泛应用。

4．最高传输速率

最高传输速率指可视电话在图像传输过程中，每秒钟传输图像的字节数，即表示可视电话传送二进制信息的快慢，单位为kb/s。传输速率的快慢也决定了可视电话的视频和语音质量。

5．图像分辨率

图像分辨率指可视电话所能传输最大动态图像的像素数，如355 × 288像素。像素数越大，图像在传输过程中需要的带宽就越大，传输速度也会相对慢些。SQCIF、CIF以及QCIF是常用的标准化图像格式，SQCIF格式为128 × 96像素，CIF格式为352 × 288像素，QCIF格式为176 × 144像素。

6．摄像头

摄像头是一种数字视频的输入设备，利用光电技术采集影像，通过内部的电路把这些代表像素的“点电流”转换成能够被计算机所处理的数字信号的0和1。摄像头根据感光器件的不同，分为CCD和CMOS两类。

7．显示器

可视电话的显示器是用来显示影像的装置，以便对方能看到视频。目前使用的屏幕基本上都是液晶显示屏。

8．通信接口

可视电话的通信接口一般分为PSTN接口、ISDN接口和局域网接口等。

9．可视电话的应用

(1)在企业中的应用。它是加强管理、提高工作效率及节约经营成本的有效工具。通过可视电话的组合使用，公司总经理可以随时掌握员工的工作状态，对提高管理水平也有帮助。在生产现场监控方面，可视电话一览无余的监控效果，也使管理人员可以轻松掌握现场情况。

(2)在陌生人交往中的应用。只要拨通对方的电话号码，现代多媒体信息传输技术即可将对方的声像同时展现到眼前，免去双方正式会面的局促和尴尬。

(3)在旅游业中的应用。游客总是希望在选择好旅游景点之前能知道该景点的景色和配套设施，在提供这些服务方面，可视电话起到了重要作用。

(4)在公安、司法部门异地现场勘查中的应用。证人或有关人员可通过可视电话直接指认异地涉案人员或进行紧急协查，不会存在因协查照片模糊而难以辨认的问题。

在亲属异地探监方面，亲属因年迈、病重、路远、繁忙、经济拮据或其它心理原因不能定期探监，可通过监内可视系统进行异地探监，起到了人性化监督的作用。

(5)在聋哑人等特殊群体中的应用。可视电话为聋哑人提供了全新的交流方式，通过电话，聋哑人之间的交流将变得丰富而多彩，所有聋哑人的距离将被大大拉近。5.2.4远程教学系统

1．远程通信与网络

所谓通信是指采用某种方法将信息通过某种介质或传输线从一个地方传送到另一个地方。远程通信技术的应用是计算机技术的又一重要发展。把各个计算机系统和存取信息所需的各种设备通过公共电话交换网或公用事业部门提供的线路连接起来的网络称为远程网络。由于远程网络一般都跨越几个地区，所以远程网络又称广域网络。相对来说，局部网络则是一个在有限范围内连接各计算机和有关设备的数据传输系统，所以局部网络又称本地网络。

2．远程通信在教育中的应用

远程通信计算机网络可以给学生提供三种形式的学习：

(1)获取信息点资源。通过远程通信，学生在家里或学校里，就能与全国乃至全世界的资源中心、图书馆进行联系，在任意时刻可以获取自己所需要的任何信息；可以直接从科学研究机构等信息资源中心获取第一手的科学信息；可以从教学资源中心获取教学和学习材料。在这种环境下，任何一个人，都可能得到每个学科第一流教师的指导，向世界上最权威的专家“当面”请教；可以借阅世界上最著名图书馆(例如美国国会图书馆或英国的剑桥大学图书馆)的藏书，甚至拷贝下来；可以从世界上的任何角落获取最新的信息和资料。

(2)进行远距离合作学习。通过远程通信，可以建立一个合作型远距离学习系统，它解决了长期困扰传统远距离教学单向传播和缺乏交互性的问题。目前，根据Internet提供的服务，合作型远距离学习系统可以分为两种模式：用户组模式和远程登录模式。

用户组模式是指利用Internet网络中传输电子邮件服务器所支持的用户组(MailingList)功能来实现远距离学习。用户组可以通过电子邮件的形式在Internet上与从事同样工作或有相同爱好的人进行讨论、交流观点、寻求帮助。远程登录模式是指利用Internet提供的远程计算机服务功能来实现远距离学习。为此要进行远程登录(RomateLogin)，即用户在远程终端协议(Telnet)的支持下，可以使自已的计算机通过Internet成为远程计算机主机的终端，这样就可以在Internet上开辟一个专用服务器，远程的学习者一旦登录成功，系统即对他开放全部学习资源并控制他与其他学习者进行合作。如果没有其他学习者登录，那么系统可以模拟一个或多个学习伙伴与学习者进行合作。

(3)进行计算机网络辅助教学。计算机辅助教学的目的在于用自动化方式获得相互配合的教学。优秀的教育软件能在没有教师的情况下，为学习对象给出多种方案和可以改变的方法，对学生的答案进行判断和分析。如果答案正确，就执行主教学程序；如果答案错误，就重复执行该问题的指令，或者执行更详细的程序；如果答案反映出学生根本没有理解前面的问题，则程序可以返回到原先的问题上；如果错误为综合性的，表明学生不适应前一种教学方法，则执行一个分支——用另一种方式进行教学。但是从理论上说，计算机只适合于某些种类的教学，而并非适合一切教学。网络计算机教学媒体既可使学习者获得亲切的真实经验，激发学习兴趣，也可使学习者集中注意力，发展形象思维和抽象思维能力。通过计算机网络，在一定条件下，可以不受时间、空间等因素的限制，有效地控制教学目标。

3．远程教学系统的组成

远程教学系统是一个非常复杂的系统，概括地说可以分为以下五个部分：交互式实时授课系统，广播式实时授课系统，非实时的辅助系统，多媒体课件制作系统，教学、教务管理系统，如图5-2-2所示。图5-2-2远程教学系统的组成

1)交互式实时授课系统

教师在交互式实时授课系统中可以看到学生的表情和动作，听到学生的声音，并可以和学生进行现场的交流；教师可以随时根据听课的情况调整教学方式。交互式实时授课系统适用于需要学生参与的课程，如外语教学等；不足之处是需要采用双向的通信电路和多点的控制设备，所以费用比较高。

2)广播式实时授课系统

广播式实时授课系统采用单向传输方式，无需对接收端进行控制，系统整体费用得以节省。广播式实时授课系统适用于无需学生参与的课程，如大规模的职业培训等；不足之处是缺乏交互性，教师无法及时了解课堂的教学效果，不便于调整讲课内容。

3)非实时的辅助系统

非实时的辅助系统作为实时授课系统的辅助完善了整个教学环节。非实时的辅助系统为教师和学生之间在课后的交流提供了条件。非实时的辅助系统可分为：WWW系统，用于发布消息，如教学安排通知等；FTP系统，用于学生下载教师的电子教案和习题等；E-mail系统，用于布置作业、提交作业、答疑等；BBS系统，为学生提供学术讨论空间和虚拟的班级环境。

4)多媒体课件制作系统

远程教育除了要利用现代的通信技术拉近教师与学生之间的距离外，更主要的是利用先进的多媒体技术为学生提供全新的学习方式，在最短的时间内学到更多、更丰富的内容。多媒体课件就是利用先进的多媒体技术将每一门课程的内容转换为图文并茂的多媒体信息，使学生能随时随地进行学习。

5)教学、教务管理系统

教学、教务管理系统是远程教学系统的重要组成部分，它包括的主要内容有课程设置、授课安排、学生的学籍注册和管理以及学习过程跟踪等。教学、教务管理系统的功能是：提供学生访问教学资源时的身份认证，对每个学生访问教学资源的情况进行统计跟踪并提供收费的科学依据，为教师了解学生的学习情况提供科学依据。5.2.5视频会议系统

1．远程视频会议系统简介

设想一个问题：一个跨国集团的总部在美国，其分部分别在欧洲、亚洲、非洲，某一天总部通知要开一个集团高层会议，各大洲的老总们就要匆匆收拾行囊，花一大笔钱，在飞机上坐14小时～24小时去开只有一到两天的会，换来的是满身的疲劳及工作效率的低下。如何快速、高效、经济地解决这种问题？答案是使用视频会议。需要开会的每个会场安装一套视频会议终端，接上电视机、摄像头、麦克风等附件，再接入相应的宽带网络(如IP、ISDN、E1/T1等)，即可实现视频、音频、数据的实时传送。这种不受地域限制、建立在宽带网络基础上的双向、多点、实时的视音频交互系统就称为远程视频会议系统，如图5-2-3所示。图5-2-3远程视频会议效果图

2．采用远程视频会议系统的优势

采用远程视频会议系统的优势如下：

(1)节省会议经费、时间。在我国，召开一次全国32个省市自治区的电视会议，费用仅为5万元。相同规模的会议若在宾馆召开，会议费用将高达100万元。据相关资料，各级管理机构的工作人员每年参加会议的时间约占全部工作时间的30%以上；每年用于公务出差的费用高达300亿元，而每次开会或会面中约有80%的时间需花费在路途中。所以采用远程视频会议系统可节省会议经费和时间。

(2)提高开会的效率。召开电视会议的费用大致与开会的时间成正比，可促使参会代表节省时间，提高效率。参加会议的人员就在本地，和会议有关的材料、文件、实物都在身边，可以充分、方便地交流。

(3)适应某些特殊情况。对于某些交通状况不好，特别是地处山区、边疆的城市，视频会议将带来极大的方便。

(4)增加参会人员。视频会议可当做高质量的可视电话，连线两方诉说心情，也可多人多点参加，形成会议。同时，视频会议系统具有投影、VGA端口以及数据流功能，可以随时增加会议代表甚至召开全体会议，总部决策可即时传达到所有员工。

3．视频会议的实现方式

视频会议的实现方法如下：

1)电视台电视直播式视频会议

电视台电视直播式视频会议要租用专用的卫星通道，传输方式为单向转输，若要双向传输，则必须租用两个信道。租用卫星的费用非常昂贵，时间越长，费用越高。另外，会议方式需要专业技术人员，还必须通过复杂的审批手续。因此，电视台电视直播式视频会议只能供一些特种行业单位(如中央电视台)使用。

2) MPEG-1、MPEG-2压缩格式的视频会议系统

由于MPEG-1的传输需要1.5M的带宽，MPEG-2的传播需要3M的带宽，且图像质量将随网络传输距离急剧下降，因此MPEG-1、MPEG-2压缩格式的视频会议系统通常只能用于本地的高速网段上。

3)基于H.320/H.323标准以及MPEG-4压缩格式的视频会议系统

基于H.320/H.323标准以及MPEG-4压缩格式的视频会议系统使视频会议进入商用领域。基于H.320/H.323标准的视频会议系统的成本较低，网络要求也不高。H.323是指基于IP方式进行传输的视频会议；H.320是以IP以外的其它网络方式进行传输的视频会议，通常有ISDN、DDN、帧中继、ATM等。以业界高端视频会议终端生产厂商挪威泰德视讯公司(TANDBERG)H.323/H.320视频会议终端T6000型为例，其工作带宽为64kb/s～3Mb/s，实际应用中使用384kb/s～768kb/s就可达到VCD级的传输效果(352 × 576分辨率，50场/秒，PAL制)。

4．视频会议系统的组成

会议系统的组成非常简单，每个会场安放一台视频会议终端(如图5-2-4所示)，终端接上电视机作为显示设备，接上网络作为传输媒介。一台终端通常由一台核心编解码器、一个摄像头、一个麦克风以及一个遥控器组成。图5-2-4视频会议终端构成5.2.6交互数字电视系统

1．交互数字电视(iTV)的含义

数字电视是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。数字电视具有抗干扰能力强、资源利用率高等优点，可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如远程教育、会议电视、电视商务等)。真正能使数字电视具备强大的魅力，是“互动”，互动数字电视即交互数字电视。交互数字电视(如图5-2-5所示)是数字电视广播技术和数字信息技术相结合的产物，它把电视传播方式与信息技术集于一身。交互数字电视是家庭电视与交互式技术的融合，它使观众能以新的方式观看和利用电视节目内容。图5-2-5交互数字电视交互数字电视的工作流程大致是：数字视频信号通过卫星、有线或普通屋顶天线从广播机构发送给家庭，在家庭用机顶盒将接收的视频信号解码。观众可以利用标准的电话或电缆线路建立与广播机构的双向连接，这种连接为各种各样的附加活动创造了必要的条件。附加活动包括获得专为演示制作的增强的内容、关于广告产品与服务的详情、购物、游戏、视频点播以及标准的Web冲浪和E-mail等。

交互数字电视是电视的一场革命，它彻底改变了传统的观众只能你播我看的被动状态，为观众带来了从未有过的主动权和自由度。

2．交互数字电视提供的新业务

交互数字电视能够提供如下新业务：

(1)增强电视。交互数字电视业务通过装饰节目(例如提供运动员的统计资料和运动队的历史，在线投票，以及随同游戏节目一起播放)补充现有的节目。

(2)电子节目指南(EPG)。交互数字电视技术最普通的实例就是电子节目指南。EPG可广泛用于所有数字电视平台。EPG是前端接口，与交互数字电视指南类似，它使观众能选择想看的内容。

(3)按次付费电视(PPV)和电视商务。按次付费电视表示观众能够购买获得预订节目。电视商务表示通过电视机能够购买广泛的产品和服务。PPV业务方式是成熟的，同时广播机构也已开始提供较广泛的商务机会。

(4)直接的营销/广告。也许交互数字电视最有价值的应用是那些观众从未见过的应用。对广播机构和登广告者来说，跟踪和报道信息是极为重要的。由于交互性最根本的是允许与观众对话，所以更多地了解观众是可能的，这使得市场营销者能开展有针对性的活动。

(5)个人电视记录。个人电视录像机(PVR)将电视节目记录在硬盘上，该硬盘处于机顶盒中，可容纳20小时～60小时的节目。PVR使观众能暂停实况电视节目，返回到该节目，跳过广告(快速向前推进广告)和观看实况节目。此外，PVR能回放捕捉到的视频；记录每日按标题、演员或节目类型选择的节目。PVR能根据用户的喜好向用户提供喜爱的节目。PVR具有极好的发展前景。

(6)电视节目点播。通过交互数字电视，使得电视节目点播在商业和技术上都能实现了。电视节目点播需要高宽带支持和数字节目内容的海量存储。然而，随着高速宽带和大容量存储器的日益普及，观众自主选择电视节目内容和实时控制节目播放都能轻松实现了。

3．交互数字电视在国外的发展

iTV在美国受到了从政府到各有线电视运营商的高度重视。FCC批准Comcast并购AT&T宽带的一条重要原因就是此二者曾许诺：一旦合并成功，将大力发展数字电视和iTV业务、宽带因特网接入以及有线电话。与此同时，第二大有线电视公司时代华纳有线(TWC)也在紧锣密鼓地向订户开展VOD业务，以期占领这一iTV战场的制高点。欧洲在iTV业务开展方面不仅走在了美国的前面，也走在了世界的前面。调查结果表明，到2005年，已有8120万个欧洲家庭享受到基于DTV的iTV服务，超过基于PC的因特网家庭数(8060万)；到2005年，欧洲的iTV市场已从2002年的1.3亿美元发展到71亿美元；而到2006年，欧洲电视商务的收入已突破170亿美元，所有有线电视机顶盒都是数字的。iTV不仅在欧洲取得了成功，而且已步入快速平稳的发展期。

澳大利亚是亚太国家中较早开播数字电视的国家，该国于2001年1月正式开播数字电视节目。iTV在澳大利亚的发展也居于本地区领先地位。

4．交互数字电视在中国的发展

交互数字电视作为一项有着巨大市场空间的电视增值业务，它就像一个强大的磁场，吸引着各个与电视相关的行业涉足其中。

在我国，自从中央电视台2001年率先对九运会进行交互数字电视试播并取得良好效果以来，交互数字电视热潮便迅速波及整个电视界，继对韩日世界杯进行了交互数字电视转播后，中央电视台从2002年9月29日到10月14日又对釜山亚运会进行了交互式转播，转播使用的iTV软件由OpenTV公司提供。

2002年10月，国内的交互数字电视市场再度升温，上海和福建泉州的有线电视订户先后成为交互数字电视的受众。在上海，交互数字电视已于2002年9月28日开始在全市完成有线电视网双向改造或使用860MHz宽带新网的160万用户中进行运营性试播。上海有线网络有限公司采用的也是OpenTV的iTV技术与应用软件。此外，上海信息家电协会也发布了《上海数字电视终端接收设备联合企业标准》。为了推动数字电视的发展，上海于2002年9月24日专门成立了数字电视联合实验室，下分系统平台及中间软件开发试验室、终端产品开发与检测实验室、网络系统平台研究与测试实验室、数字电视运营支撑软件开发试验室四个专业实验室，参与单位包括上海交通大学、广电信息及广电集团、上海有线网络有限公司和上海全景等。

2003年3月，英卓全互动数字电视系统在浙江省杭州市开始试运行。系统以ISOMPEG-4编码技术为核心，其开放性特点，兼容基于MPEG-4解码的各种机顶盒或互动电视，引出类似于互联网产业的经济共荣体。在网络基础平台上，英卓以同轴电缆为主，同时支持以太网、电话网和电力线网作为双向互动回传。我国数字电视和交互媒体开始进入快速发展的轨道，政府正在加大推进力度。在关键时期如何保证这一新的产业快速发展，形成健康的生态系统，带动整个价值链的发展，形成新的经济增长点是摆在我们面前的重要问题。交互数字电视代表了电视的未来发展方向，是对传统电视的一场革命，是数字电视的主要推动力。交互数字电视也是未来信息高速公路构架的重要组成部分，是未来信息服务中宽带业务的灵魂。随着信息化进程的加快，交互数字电视会同其它信息服务一样，走进我们的生活。项目拓展训练

针对所在地区的数字电视系统，说说目前的数字电视系统提供了哪些新型的服务，还需要做哪些方面的改进。项目5.3多媒体网络与虚拟现实技术

虚拟现实是当今多媒体技术一个极其重要的发展方向，几乎涵盖了信息领域的所有高新技术。

项目实施要求

了解目前多媒体虚拟现实技术及其应用领域。

项目主要内容

(1)了解虚拟现实技术的应用领域。

(2)掌握虚拟现实技术的网络实现方法。项目实施安排

5.3.1虚拟现实的概念

自20世纪60年代开始，多媒体科技一直在研究和开发新的方法，让人们可以主观、直接地在多感官的计算机模拟环境中活动，处理虚拟环境中的物体，犹如处理现实中的物体一样，这就是“虚拟现实”(VirtualReality)技术。虚拟现实的本质就是以用户为中心的、主观的、互动的、由计算机制造的多感官环境。虚拟现实包含两个部分：一部分是虚拟环境(VirtualEnvironment)，是指由计算机图像、声音、三维模型等结合而成的一个环境或空间；另外一部分是用户视觉界面(VisualInterface)，是关于如何把用户放置于虚拟环境之中，如何透过视觉界面使用户可以在虚拟环境中活动和工作的技术。

虚拟现实在概念上最大的突破是把用户由旁观者变成参与者。一般用户透过计算机屏幕去观察由计算机制造的三维世界，屏幕就像一扇窗口，用户站在窗口的一面观看另外一面的世界。5.3.2虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术能广泛应用于建筑及产品设计、科学及工程仿真、娱乐与艺术、医学、军事训练、技术培训、教育与学习等各个不同的领域。随着桌面虚拟现实系统和基于VRML的网上虚拟现实系统的普及化，虚拟现实技术不再是令人望洋兴叹的昂贵技术。虚拟现实技术在人们的生活、工作、学习、娱乐等各个方面具有无限的应用前景。例如，浙江大学开发的虚拟故宫武汉大学开发的数码城市系统，这些都是虚拟现实技术的应用。下面分别介绍虚拟现实技术在各方面的应用。

1．娱乐方面

虚拟现实技术最初的发展是在娱乐方面。20世纪60年代初期由MortonHeiling研制的Sensorama街道模拟器可以说是虚拟现实的先驱，它利用视觉、声音、震动、甚至嗅觉等感觉刺激，使参与游戏者就像乘坐摩托车通过真实的城市街道一样。

现在很多电子游戏机都在不同程度上应用了虚拟现实技术，例如多屏幕的汽车驾驶模拟器、可以偏侧及震动的摩托车比赛模拟器、可戴上立体眼镜观看的高尔夫球场和利用人体姿势控制的音乐设备等，如图5-3-1所示。(a)模拟打高尔夫球(b)模拟开摩托车图5-3-1模拟打高尔夫球和模拟开摩托车

2．教育培训方面

虚拟现实技术对于未来的教育意义重大。虚拟现实技术在未来学习方面的贡献可以通过著名教育心理学家JeanPiaget的观察来探讨。Piaget认为学习的最终途径是人自己，这一点正是虚拟现实技术的优势。虚拟现实技术可用来创造一个全新的学习环境，将施教者所期望的学习结果通过多重感觉的传达，融入到受教者在学习过程中所感受到的经历之中，并通过这个经历进行生动的学习。随着虚拟大学和网上大学的涌现，虚拟现实技术将越来越广泛地应用于教育方面。在传统的室内驾驶训练中心里，多位学员观看大屏幕上的路面情况，做出转动方向盘、踏加速器或制动器、踏离合器等驾驶动作，但其转向的程度及汽车速度并不能真实地显示在屏幕上，致使学员无法了解他的驾驶动作会引致什么后果。利用虚拟现实技术，学员和教练可坐在油压式驾驶模拟器内，这其实是一个小型的飞行模拟器，如图5-3-2所示。图5-3-2飞行模拟器通过这种互动式虚拟驾驶训练系统，学员可测试自己在各种无法预计的情况下的反应，教练也能更有效地进行教导，甚至可重复错误的片段，直至学员正确掌握驾驶技术为止。此外，虚拟驾驶训练系统能模拟一些危急情况，例如，路上忽然有人跑出来，大雨路滑汽车失去控制，下斜坡时制动系统失灵等，这些在真实的驾驶训练中是无法学到的。通过类似的技术及设备，虚拟现实系统可用于驾驶轮船、操控机器等各种训练。其它很多学科，也可以采用虚拟现实设备。例如，上体育课时，学生可戴上立体眼镜，从多个角度观察著名运动员的各种动作，加上位置追踪器及数据手套，还可把自己的动作与著名运动员的动作进行比较和分析。

上音乐课时，学生可以透过立体听觉系统聆听著名管弦乐队的演出，加上立体视觉系统，学生可从多个角度观察著名演奏家的手势。

上历史及地理课时，学生可戴上立体眼镜浏览世界各地的地理环境、风土人情、博物馆和著名建筑物，或亲临古战场，目睹战情。

3．工程方面

虚拟现实技术在工程领域中的应用十分广泛，它包括产品设计、工具设计、工作设计、厂房布置、工作间摆设规划、制造工序优化、自动化装配研究、物料运输规划、自动化仓库设计、销售物流仿真及其它与制造有关的活动。

汽车工业是采用虚拟现实技术的先驱。从在纸上设计一辆新汽车到造成一个产品的过程需要花两年多的时间，虚拟现实技术可大大缩短这一过程，因为它不需要建造实体模型。虚拟现实技术可简化这些工序，它根据CAD和CAE所收集的数据库进行仿真，技术员在虚拟环境中尝试装配汽车零部件，如图5-3-3所示，在花费时间和金钱去制造实际的零件之前，他已能肯定各个零部件是否可以非常合适地装配在一起。

图5-3-3虚拟环境中尝试装配汽车零部件此外，销售物流的仿真同样可借助于虚拟现实技术的立体视觉系统，协助零售商店安排各种产品的摆放，以吸引顾客。在新产品不断出现、顾客口味不断改变的情况下，虚拟现实技术能很方便地提供一个市场调查环境，作为消费者与供应商之间的一道桥梁。对于网上购物活动，虚拟现实技术能让购物者仔细了解货品的外观及性能，以取代购物者亲身到销售点观察货品的需要。

4．医学方面

虚拟现实在医学方面有很多应用，包括建立合成药物的分子结构模型、训练医科学生进行解剖、辅助外科手术、整容手术的事前设计和进行远程遥控外科手术等，如图5-3-4所示。

外科医生在做一次比较复杂的手术之前可以先进行练习，对所需的手术做出规划，然后将练习的成果应用于实际手术之中。虚拟病人是不会死的，医生可以重复多次练习，累积经验，从而增加了实际手术的成功率。一位资深外科医生的宝贵经验，也可以利用跟踪传感器记录下来，教授医科学生应如何实施手术。医学虚拟现实应用的