多媒体技术及其应用领域

多媒体技术及其应用领域
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多媒体计算机系统的组成
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一、多媒体技术研究的主要方向
多媒体涉及的技术范围很广，是多种学科和多种技术交叉的领域。

目前，多媒体技术研究的主要方向有以下几个方面：
1、多媒体数据的表示技术
包括文字、声音、图形、图像、动画、影视等媒体在计算机中的表示方法。

由于多媒体的数据量大得惊人，尤其是声音和影视，包括高清晰度数字电视（High Definition Television，简称HDTV）这类的连续媒体，为克服数据传输通道带宽和存储器容量的限制，投入了大量的人力和物力来开发数据压缩和解压缩技术；人—机接口技术，如语音识别和文本—语音转换（Text To Speech，简称TTS）也是多媒体研究中的重要课题；虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是当今多媒体技术研究中的热点技术之一。

2、多媒体数据的存储技术
多媒体数据的存储的目标是实现大容量信息的存储和管理。

在发展集中式的海量存储技术的同时，也在向分布存储、并行访问的方向发展。

分布数据存储技术与多媒体存储技术将在计算机通信网络中融合起来。

3、多媒体的应用开发
包括多媒体CD-ROM节目（Title）制作、多媒体数据库、环球超媒体信息系统（Web）、多目标广播技术（Multicasting）、影视点播（Video On Demand，简称VOD）、电视会议（Video Conferencing）、远程教育系统、多媒体信息的检索等。

4、多媒体创作和编辑工具的研究开发
基本目标是功能强大、适应性强、使用方便等，为将来人人都会使用多媒体创作和编辑工具提供了条件。

二、音频信息处理
多媒体技术的特点是交互式地综合处理声音、文字和图像等多种信息。

在多媒体系统中，语音和音乐是必不可少的，没有音频的视频是不可接受的。

音频和视频同步，使视频图像更具真实性。

娓娓动听的音乐和解说，使静态图像变得更加丰富多彩。

可视电话、电视会议中的声音更为重要。

1. 声音的基本概念
声音是人类进行交流和认识自然的主要媒体形式。

从本质上说，声音是通过一定介质（如空气、水等）传播的一种连续的波，在物理学中称为声波。

声音的强弱体现在声波的振幅上，音调的高低体现在声波的周期或频率上。

声波是随时间连续变化的模拟量，它有以下三个重要指标：
1）振幅
声波的振幅通常是指音量，它是声波波形的高低幅度，表示声音信号的强弱程度。

2）周期
声音信号的周期是指两个相邻声波之间的时间长度，即重复出现的时间间隔，以秒为单位。

3）频率
声音信号的频率是指信号每秒钟变化的次数，即为周期的倒数，以赫兹(Hz)为单位。

声音质量是用声音信号的频率范围来衡量，频率范围又叫频域或频带，不同种类的声源其频带也不同。

一般而言，声源的频带越宽，表现力越好，层次越丰富。

2. 声音的数字化
声音是一种具有一定的振幅和频率且随时间变化的声波，通过话筒等转化装置可将其变成相应的电信号，但这种电信号是一种模拟信号，不能由计算机直接处理，必须先对其进行数字化，即将模拟的声音信号经过模数转换器ADC变换成计算机所能处理的数字声音信号，然后利用计算机进行存储、编辑或处理。

在数字声音回放时，由数模转换器DAC将数字声音信号转换为实际的声波信号，经放大由扬声器播出。

把模拟声音信号转变为数字声音信号的过程称为声音的数字化，它是通过对声音信号进行采样、量化和编码来实现的。

1）采样
以固定的时间间隔（采样周期）抽取模拟信号的幅度值。

采样后得到的是离散的声音振幅
样本序列，仍是模拟量。

采样频率越高，声音的保真度越好，但采样获得的数据量也越大。

在MPC中，采样频率标准定为11.25kHz、22.05kHz、44.1kHz。

2）量化
把采样得到的信号幅度的样本值从模拟量转换成数字量。

数字量的二进制位数是量化精度。

在MPC中，量化精度标准定为8位、16位。

采样和量化过程称为模/数（A/D）转换。

3）编码
把数字化声音信息按一定数据格式表示。

3. 音频文件的格式
音频数据都是以文件的形式保存在计算机中。

音频的文件格式主要有WA V、MP3、WMA 等，专业数字音乐工作者一般都使用非压缩的WA V格式进行操作，而普通用户更乐于接受压缩率高、文件容量相对较小的：MP3或WMA格式。

三、图像信息处理
图像是多媒体中携带信息的极其重要的媒体，有人发表过统计资料，认为人们获取的信息的70%来自视觉系统，实际就是文字、图像和视频。

人们最易接受的是图像和视频，而视频也是由图像组成的，可见图像在多媒体中的重要性。

计算机绘制的图片有两种形式：图形和图像。

图形又称矢量图形或几何图形，它是用一组指令来描述的，这些指令给出构成该画面的所有直线、曲线、矩形、椭圆等的形状、位置、颜色等各种属性和参数。

这种方法实际上是用数学方法来表示图形，然后变成许许多多的数学表达式，再编制程序，用语言来表达。

计算机在显示图形时从文件中读取指令并转化为屏幕上显示的图形效果。

图像又称点阵图像或位图图像，它是指在空间和亮度上已经离散化的图像。

可以把一幅位图图像理解为一个矩形，矩形中的任一元素都对应图像上的一个点，在计算机中对应于该点的值为它的灰度或颜色等级。

这种矩形的元素就称为像素，像素的颜色等级越多则图像越逼真。

因此，图像是由许许多多像素组合而成的。

响图像数字化质量的主要参数有分辨率、颜色深度等，在采集和处理图像时，必须正确理
解和运用这些参数。

四、视频处理
视频信息是连续变化的影像，通常是指实际场景的动态演示，例如电影、电视、摄像资料等。

视频信息带有同期音频，画面信息量大，表现的场景复杂，常采用专门的软件对其进行加工、修改。

连续的图像变化每秒超过24帧（Frame）画面时，根据视觉暂留原理，人眼无法辨别每幅单独的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效果。

这样的连续画面叫做视频。

当连续图像变化每秒低于24帧画面时，人眼有不连续的感觉，叫做动画（Cartoon）。

视频的数字化
模拟视频数据流进入计算机时，每帧画面均应对每一像素进行采样，并按颜色或灰度量化，故每帧画面均形成一幅数字图像。

对视频按时间逐帧进行数字化得到的图像序列即为数字视频。

因此，可以说图像是离散的视频，而视频是连续的图像。

五、虚拟现实
1、虚拟现实的概念
虚拟现实（VR，Virtual Reality）技术也称虚拟灵境或人工环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。

它利用计算机技术生成一个逼真的具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流。

它是一种先进的数字化人机接口技术。

2、虚拟现实系统的组成
虚拟现实系统由输入部分、输出部分、虚拟环境数据库、虚拟现实软件组成。

1）输入部分
虚拟现实系统通过输入部分接收来自用户的信息。

用户基本输入信号包括用户的头、手位置及方向、声音等。

其输入设备主要有：
2）输出系统
虚拟现实系统根据人的感觉器官的工作原理，通过虚拟现实系统的输出设备，使人对虚拟现实系统的虚拟环境得到虽假犹真、身临其境的感觉。

3）虚拟环境数据库
虚拟环境数据库的作用是存放整个虚拟环境中所有物体的各方面信息，包括物体及其属性如约束、物理性质、行为、几何、材质等。

4）虚拟现实软件
3、分布式虚拟现实系统的应用
分布式虚拟现实系统在远程教育、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、远程医疗、大规模军事训练等领域都有着极其广泛的应用前景，利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。

六、流媒体
流媒体(Streaming Media)指在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据流。

以前人们在网络上看电影或听音乐时，必须先将整个影音文件下载并存储在本地计算机上，然后才可以观看。

与传统的播放方式不同，流媒体在播放前并不下载整个文件，只将部分内容缓存，使流媒体数据流边传送边播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间。

流媒体数据流具有三个特点：
连续性（Continuous）
实时性（Real-time）
时序性，即其数据流具有严格的前后时序关系。

小结：
本节主要对多媒体技术及其应用领域等知识进行详解。

作业：
巩固其相关知识。