1.1 多媒體技術概述

多媒體技術是指通過計算機對文字、數據、圖形、圖像、動畫、聲音等多種媒體信息進行綜合處理和管理，使用戶可以通過多種感官與計算機進行實時信息交互的技術，又稱為計算機多媒體技術。

1.1.1 媒體、多媒體簡介

1.媒體

（1）媒體的定義

媒體一詞來源于拉丁語“Medium”，譯為媒介，是信息的載體，是指傳播過程中，攜帶和傳遞信息的中間物質，即媒體是信息得以存儲和傳播的介質。媒體有兩層含義，一是承載信息的物體；二是儲存、呈現、處理、傳遞信息的實體。

（2）媒體的分類

原國際電話電報咨詢委員會（Consultative Committee on International Telephone and Telegraph,CCITT）把媒體分成如下5類。

●感覺媒體（Perception Medium）：指直接作用于人的感覺器官，使人產生直接感覺的媒體，如引起聽覺反應的聲音，引起視覺反應的圖像等。

●表示媒體（representation Medium）：指傳輸感覺媒體的中介媒體，即用于數據交換的編碼，如圖像編碼（JPEG、MPEG等）、文本編碼（ASCII碼、GB2312等）和聲音編碼等。

●表現媒體（Presentation Medium）：指進行信息輸入和輸出的媒體，如鍵盤、鼠標、掃描儀、話筒、攝像機等為輸入媒體；顯示器、打印機、喇叭等為輸出媒體。

●存儲媒體（Storage Medium）：指用于存儲表示媒體的物理介質，如硬盤、軟盤、磁盤、光盤、ROM及RAM等。

●傳輸媒體（Transmission Medium）：指傳輸表示媒體的物理介質，如電纜、光纜等。

圖1-1所示為多種媒體的圖示。

2.多媒體

（1）多媒體的定義

“多媒體”一詞譯自英文“Multimedia”，而該詞又是由mutiple和media復合而成的。是指多種媒體的結合應用。

（2）多媒體的特點

多媒體技術有以下幾個主要特點。

●集成性。能夠對信息進行多通道統一獲取、存儲、組織與合成。

●控制性。多媒體技術是以計算機為中心，綜合處理和控制多媒體信息，并按人的要求以多種媒體形式表現出來，同時作用于人的多種感官。

●交互性。交互性是多媒體應用有別于傳統信息交流媒體的主要特點之一。傳統信息交流媒體只能單向地、被動地傳播信息，而多媒體技術則可以實現人對信息的主動選擇和控制。

●非線性。多媒體技術的非線性特點可以改變人們傳統循序性的讀寫模式。以往人們讀寫方式大都采用章、節、頁的框架，循序漸進地獲取知識，而多媒體技術借助超文本鏈接（Hyper Text Link）的方法，把內容以一種更靈活、更具變化的方式呈現給讀者。

●實時性。當用戶給出操作命令時，相應的多媒體信息都能夠得到實時控制。

1.1.2 多媒體計算機

1.多媒體計算機的定義

多媒體計算機（Multimedia Computer）指能夠對聲音、圖像、視頻等多媒體信息進行綜合處理的計算機。多媒體計算機一般指多媒體個人計算機（MPC）。多媒體計算機如圖1-2所示。

2.多媒體計算機的組成

多媒體計算機系統由多媒體計算機硬件系統和多媒體計算機軟件系統所組成，其組成結構如圖1-3所示。

（1）多媒體計算機硬件系統

多媒體計算機硬件系統主要包括以下幾個部分。

●多媒體主機：如個人機、工作站、超級微機等。

●多媒體輸入設備：如攝像機，電視機、話筒、錄音機、CD-ROM、掃描儀等。

●多媒體輸出設備：如打印機、繪圖儀、音響、顯示器、投影儀等。

●多媒體存儲設備：如硬盤、光盤、磁帶、U盤等。

●多媒體功能卡：如視頻卡、聲卡、家電控制卡、通信卡等。

●操作控制設備：如鼠標、操縱桿、鍵盤、觸摸屏等。

（2）多媒體計算機的軟件系統

多媒體計算機的軟件系統是以操作系統為基礎的。除此之外，多媒體計算機還包含多媒體數據庫存儲系統、多媒體壓縮/解壓縮軟件、多媒體聲像同步軟件、多媒體通信軟件等。特別需要指出的是，多媒體系統在不同領域中的應用需要有多種開發工具，多媒體開發和創作工具為多媒體系統提供了方便直觀的創作途徑，一些多媒體開發軟件包提供了圖形、聲音、動畫、圖像及各種多媒體文件的轉換與編輯手段。

3.多媒體計算機的特點

（1）高集成性

多媒體計算機采用具有高集成度的微處理器芯片，大大提高了集成電路的可靠性、穩定性和精確性。多媒體計算機的高集成性還表現在把多種媒體信息有機地結合在了一起，用較小的空間實現了多種功能。

（2）全數字化

數字化是通過半導體技術、信息傳輸技術、多媒體計算機技術等實現信息數字化的一場信息技術革命。多媒體計算機的數字化技術是用0和l二進制數字編碼來實現信息的數字化，完成信息的采集、處理、存儲、表達和傳輸。數字化后的信息，處理速度快，加工方式多，靈活性大，精確度高，便于信息的存儲、表達和網絡傳輸。

（3）高速度

多媒體計算機采用的是高速的元器件，加上先進的設計和運算技巧，使它獲得了很高的運算速度。現在的多媒體計算機，其運算速度每秒可達幾億次、數十億次乃至上百億次。這一高速化的發展，能使計算機跨進諸如高速實時處理圖像、提高計算機智能化程度等很多新的領域，發揮其更大的作用。

（4）交互性

多媒體計算機的交互性主要表現為人與計算機的相互交流。如計算機通過友好的、多模式的人/機界面，能夠讀懂人們以手寫字體輸入的信息；能夠識別具有不同語音、語調的人們用自然語言輸入的信息；能夠對人們所輸入的信息進行分析、判斷和處理，并給出必要的反饋信息——提示、建議、評價或答案。

（5）高智能

多媒體計算機具有人的某些智慧和能力，特別是思維能力，會綜合，會分析，會判斷，會決策，能聽懂人們所說的話，能識別人們所寫的字，能從事復雜的數學運算，能記憶海量的數字化信息，能虛擬現實中的人和事物。

1.1.3 多媒體技術的發展

1.多媒體技術的發展歷史

20世紀80年代中后期，多媒體計算機技術成為人們關注的熱點之一。多媒體技術是一種迅速發展的綜合性電子信息技術，它給傳統的計算機系統、音頻和視頻設備帶來了方向性的變革，對大眾傳媒產生深遠的影響。多媒體計算機加速了計算機進入家庭和社會各個方面的進程，給人們的工作、生活和娛樂帶來深刻的變革。

多媒體技術初露端倪在x86時代，多媒體技術全面發展是在PC上出現第一塊聲卡后。

在1987年8月，創新音樂系統（C/MS）問世，這是第一塊得到眾多音樂軟件支持的12復音立體聲音樂合成卡。這張聲卡的出現，不僅標志著計算機具備了音頻處理能力，也標志著計算機的發展終于開始進入了一個嶄新的階段——多媒體技術發展階段。

1988年運動圖像專家小組（Moving Picture Expert Group,MPEG）的建立又對多媒體技術的發展起到了推波助瀾的作用。進入20世紀90年代，隨著硬件技術的提高，自80486微處理器推出以后，多媒體時代終于到來。

自MPEG建立之后過了12年，多媒體時代的發展也經歷了12年。在這12年中，多媒體技術發展之速可謂是讓人驚嘆不已。不過，無論在技術上多么復雜，在發展上多么混亂，似乎有兩條主線可循，一條是視頻技術的發展；另一條是音頻技術的發展。從音頻視頻交錯格式（Audio Video Interleaved,AVI）出現開始，視頻技術進入蓬勃發展時期。這個時期內的3次高潮主導者分別是AVI、Stream（流格式）以及MPEG。AVI的出現無異于為計算機視頻存儲奠定了一個標準，而Stream使得網絡傳播視頻成為了非常輕松的事情，那么MPEG則是將計算機視頻應用進行了最大化的普及。而音頻技術的發展大致經歷了兩個階段，一個是以單機為主的波形音頻文件（Wave Audio Files,WAV）和樂器數字接口（Musical Instrument Digital Interface,MIDI）；另一個就是隨后出現的形形色色的網絡音樂壓縮技術的發展。從PC揚聲器到創新聲卡，再到目前豐富的多媒體應用，多媒體正改變我們生活的方方面面。

2.多媒體技術的發展趨勢

（1）流媒體技術

隨著因特網的迅速普及，計算機正在經歷一場網絡化的革命。在這場變革中，傳統多媒體手段由于其數據傳輸量大的特點而與現實的網絡傳輸環境發生了矛盾，面臨發展相對停滯的危機。雖然高速的網絡連接手段可以從根本上解決這個問題，但是由于網絡建設和消費者擁有成本等原因，短期內還不能大范圍普及。

解決問題的一個很好的方法就是采用流媒體技術。“流”是一種數據傳輸的方式，使用這種方式，信息的接收者在沒有接到完整的信息前就能處理那些已收到的信息。這種一邊接收，一邊處理的方式，很好地解決了多媒體信息在網絡上的傳輸問題。人們可以不必等待太長的時間，就能收聽、收看到多媒體信息。并且在此之后邊播放邊接收，根本不會感覺到文件沒有傳完。

（2）智能多媒體技術

多媒體技術充分利用了計算機的快速運算能力，綜合處理聲、文、圖信息，用交互式彌補計算機智能的不足。發展智能多媒體技術包括很多方面，如下所示。

●文字的識別和輸入。

●語音的識別和輸入。

●自然語言理解和機器翻譯。

●圖形的識別和理解。

●機器人視覺和計算機視覺。

●知識工程以及人工智能的一些課題。

把人工智能領域某些研究課題和多媒體計算機技術很好地結合，就是多媒體計算機長遠的發展方向。

（3）虛擬現實

虛擬現實是一項與多媒體密切相關的邊緣技術，它通過綜合應用計算機圖像處理、模擬與仿真、傳感、顯示系統等技術和設備，以模擬仿真的方式，給用戶提供一個真實反映操作對象變化與相互作用的三維圖像環境，從而構成一個虛擬世界，并通過特殊的輸入輸出設備（如數據手套、頭盔式三維顯示裝置等）提供給用戶一個與該虛擬世界相互作用的三維交互式用戶界面。

（4）網絡化

與寬帶網絡通信等技術相互結合，使多媒體技術進入科研設計、企業管理、辦公自動化、遠程教育、遠程醫療、檢索咨詢，文化娛樂、自動測控等領域。

1.1.4 多媒體技術的組成元素

多媒體技術中應用的主要媒體元素是表示媒體。表示媒體主要有3種：視覺類媒體、聽覺類媒體和觸覺類媒體。

1.視覺類媒體

（1）符號

符號包括文字和文本。符號的表示是用特定值表示的，如ASCII碼、中文國標碼等。

常見的文本編碼格式如下。

●ASCII。ASCII碼是用7位二進制數表示一個字符，7位二進制數可表示27共128個字符，其中包括數字0～9、26個大寫英文字母、26個小寫英文字母、各種運算符（如+、-、*、/、=等）以及各種控制符。雖然ASCII碼是7位的編碼，但由于字節是計算機中的基本處理單位，一般仍用一個字節（8位）存放ASCII碼，其最高位一般置0。

●漢字編碼。英文的大小寫字母總計只有52個，加上數字、標點符號和其他常用符號，128個編碼基本夠用，所以ASCII碼基本上滿足了英語信息處理的需要。我國使用的漢字是象形文字，與西文字符相比，漢字的數量巨大，必須使用更多的二進制位。1981年我國國家標準局頒布的《信息交換用漢字編碼字符集·基本集》（GB 2312-80），收錄了6 763個漢字和619個圖形符號。在GB 2312-80中，根據漢字使用頻率分為兩級，第一級有3 755個，按漢語拼音字母的順序排列，第二級有3 008個，按部首排列。在GB 2312-80中規定用2個連續字節，即16位二進制代碼表示一個漢字。由于每個字節的高位規定為1，這樣就可以表示128×128=16 384個漢字。

英文的基本符號比較少，編碼比較容易，而且在計算機系統中，輸入、內部處理、存儲和輸出都可以使用同一代碼。漢字種類繁多，編碼比英文要困難得多，而且在一個漢字處理系統中，輸入、內部處理、輸出對漢字代碼要求不盡相同，所以用的代碼也不盡相同。漢字信息處理系統在處理漢字和詞語時，要進行輸入碼、機內碼、字形碼一系列的漢字編碼轉換。

（2）圖形（矢量圖）

圖形是圖像的抽象，它反映圖像上的關鍵特征，如點、線、面等。圖形的表示不直接描述圖像的每一點，而是描述產生這些點的過程和方法，即用矢量表示。矢量圖使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等，它們都是通過數學公式計算獲得的。例如，一幅花的矢量圖形實際上是由線段形成外框輪廓，由外框的顏色及外框所封閉區域的顏色來決定花所顯示的顏色。

矢量圖的特點如下。

●文件小，圖形中保存的是線條和圖塊的信息，所以矢量圖形文件與分辨率和圖像大小無關，只與圖形的復雜程度有關，圖形文件所占的存儲空間較小。

●對圖形進行縮放、旋轉或變形操作時，圖形不會產生鋸齒效果。

●可采取高分辨率印刷，矢量圖形文件可以在任何輸出設備打印機上以打印或印刷的最高分辨率進行打印輸出。

●最大的缺點是難以表現色彩層次豐富的逼真圖像效果。

●矢量圖與位圖的效果是天壤之別，矢量圖無限放大不模糊，大部分位圖都是由矢量導出來的，也可以說矢量圖就是位圖的源碼，源碼是可以編輯的。矢量圖放大對比圖如圖1-4所示。

●矢量圖常見的格式有CDR、AI、WMF、EPS等。

（3）位圖圖像

位圖圖像（bitmap），亦稱為點陣圖像或繪制圖像，是由稱作像素（圖片元素）的單個點組成的。這些點可以進行不同的排列和染色以構成圖樣。當放大位圖時，可以看見賴以構成整個圖像的無數個方塊。擴大位圖尺寸的效果是增大單個像素，從而使線條和形狀顯得參差不齊。然而，如果從稍遠的位置觀看它，位圖圖像的顏色和形狀又顯得是連續的。常用的位圖處理軟件是Photoshop。

位圖圖像具有以下特點。

●文件所占的存儲空間大，對于高分辨率的彩色圖像，用位圖存儲所需的儲存空間較大。

●位圖放大到一定倍數后，會產生鋸齒。由于位圖是由最小的色彩單位“像素點”組成的，所以位圖的清晰度與像素點的多少有關。位圖放大前后的對比圖如圖1-5所示。

●位圖圖像在色彩、色調方面的表現效果比矢量圖更加優越，尤其在表現圖像的陰影和色彩的細微變化方面效果更佳。

●位圖常見的格式有BMP、JPG、GIF、PSD、TIF、PNG等。

●處理軟件有Photoshop、ACDsee等。每個像素的位數有1（單色）、4（16色）,8（256色）、16（64K色，高彩色）、24（16M色，真彩色）、32（4 096M色，增強型真彩色）。

（4）視頻

視頻又稱動態圖像，是一組圖像按時間順序的連續表現。視頻的表示與圖像序列、時間關系有關。人眼具有一種視覺暫留的生物現象，即人觀察的物體消失后，物體映像在人眼的視網膜上會保留一個非常短暫的時間（1/24秒）。利用這一現象，將一系列畫面中物體移動或形狀改變很小的圖像，以足夠快的速度（24f/s～30f/s）連續播放，人就會感覺畫面變成了連續活動的場景。

常用的數字視頻的文件格式有AVI、MPG、MOV、WMV等。

（5）動畫

動畫是動態圖像的一種。它與視頻的不同之處在于，動畫采用的是計算機產生出來的圖像或圖形，而不像視頻采用直接采集的真實圖像。動畫包括二維動畫、三維動畫等多種形式。

動畫的概念不同于一般意義上的動畫片。動畫是一種綜合藝術，它是集合了繪畫、漫畫、電影、數字媒體、攝影、音樂、文學等眾多藝術門類于一身的藝術表現形式。

動畫的常見格式有GIF、SWF、FLIC FLI/FLC等。

（6）其他

其他類型的視覺媒體形式還有如用符號表示的數值、用圖形表示的某種數據曲線、數據庫的關系數據等。

2.聽覺類媒體

聽覺類媒體主要指音頻。音頻是人類能夠聽到的所有聲音，計算機的音頻處理包括聲波、語音和音樂3種格式。

（1）聲波格式

聲波格式可以記載以任何方式產生的可聞聲音，如敲打、說話、噪聲等。聲波格式可以轉換為波形文件（.wav）。波形聲音如圖1-6所示。

（2）語音

語音即語言的聲音，是語言符號系統的載體。語音是最直接地記錄思維活動的符號體系，是語言交際工具的聲音形式。

（3）音樂

音樂與語音相比更規范一些，是符號化了的聲音。但音樂不能對所有的聲音都進行符號化。樂譜是符號化聲音的符號組，表示比單個符號更復雜的聲音信息內容。

3.觸覺類媒體

（1）指點

指點包括間接指點和直接指點。通過指點可以確定對象的位置、大小、方向和方位，執行特定的過程和相應操作。

（2）位置跟蹤

為了與系統交互，系統必須了解參與者的身體動作，包括頭、手、眼、其他肢體部位的位置與運動方向。系統將這些位置與運動的數據轉變為特定的模式，對相應的動作進行表示。

（3）力反饋與運動反饋

這與位置跟蹤正好相反，是由系統向參與者反饋的運動及力的信息，如觸覺刺激、反作用力、運動感覺以及溫度和濕度等環境信息。這些媒體信息的表現必須通過電子、機械等的伺服機構才能實現。

1.1.5 多媒體技術的應用

多媒體本身是一種高技術，并且具有強烈的滲透性的特點，它可以擴展到各個應用領域，尤其在教育、醫療、廣告宣傳、旅游、人工智能、辦公智能化等方面。多媒體的應用如圖1-7所示。

（1）教育

多媒體在教育上的應用，實質上是利用多媒體系統閱讀電子書刊、演放教育類的多媒體節目。多媒體技術使傳統計算機輔助教學軟件的表現手段，從文字、圖形和動畫，擴展成聲音、動態圖像，并具有極為強大的交互能力，便于學生自己調速進度，達到因材施教的效果。

（2）醫療

多媒體技術可以使遠離醫療服務中心的病人通過多媒體通信設備利用遠距離多功能醫學傳感器和微型遙測裝置等身臨其境地接受詢問和診斷；醫生也可以在短時間內，迅速聯絡世界各地的醫療專家，對疑難病例進行會診，為搶救病人贏得寶貴的時間，并節省各種費用的開支。

（3）廣告宣傳

多媒體系統聲像圖文并茂，在宣傳廣告效果上有特殊的優勢。制作廣告節目要用專門的多媒體節目制作軟件工具。

（4）旅游

旅游信息管理系統是隨著計算機技術、信息技術、地理信息系統和旅游業的發展而形成的。旅游單位，景點分布，旅游路線，風土人情等方面的信息通過數字化、掃描、錄音和攝像等技術錄入計算機，并以圖形、文字、聲音、動畫等方式進行管理。

另外，多媒體技術還在人工智能、辦公智能化、電子出版物、多媒體通信等方面有廣泛的應用?？傊嗝襟w技術應用在我們生活的方方面面。