多媒体技术概述

11.1.1　多媒体技术概述

1.媒体与多媒体

所谓媒体（Medium）是指承载信息的载体。按照国际电讯联盟（International Telecommunication Union，ITU）下属的国际电报与电话咨询委员会（International Telephone and Telegraph Consultative Committee，CCITT）建议的定义，媒体有以下5种：感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体。感觉媒体指的是用户解除信息的感觉形式，如视觉、听觉、触觉等。表示媒体则指的是信息的表示形式，如图像、声音、视频、运动模式等。显示媒体（又称表现媒体）是表现和获取信息的物理设备，如显示器、打印机、扬声器、键盘、摄像机和运动平台等。存储媒体是存储数据的物理设备，如磁盘、光盘等。传输媒体是传输数据的物理设备，如光缆、电缆、电磁波和交换设备等。这些媒体形式在多媒体领域中都是密切相关的，但一般说来，如不特别强调，通常所说的媒体是指表示媒体，因为作为多媒体技术来说，研究的主要还是各种各样的媒体表示和表现技术。

“多媒体”（Multimedia），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”。多媒体技术概括起来说，就是一种能够对多种媒体信息进行综合处理的技术。多媒体技术还可以定义为：以数字化为基础，能够对多种媒体信息进行采集、编码、存储、传输、处理和表现，综合处理多种媒体信息并使之建立起有机的逻辑联系，集成为一个系统并能具有良好交互性的技术。

多媒体技术有四个方面的内涵：计算机处理技术、信息处理技术、人机交互技术和关于多种媒体和多种应用综合的技术。目前，多媒体技术正向三个方向发展：一是计算机系统本身的多媒体化；二是多媒体技术与视频点播、智能化家电、网络通信等技术相结合，使多媒体技术进入教育、咨询、娱乐、企业管理和办公自动化等领域；三是多媒体技术与控制技术相互渗透，进入工业自动化及测控等领域。

一般来说，在不发生混淆的情况下，人们又将“多媒体技术”简称为“多媒体”。

2.多媒体技术特性及其关键技术

（1）多媒体技术的基本特性

多媒体技术主要有以下五个方面的基本特性：

①信息媒体的多样性。多媒体技术的多样性是指多媒体种类的多样化。多媒体的多样性使计算机所能处理的信息空间得到扩展和放大，不再局限于数值、文本，而是广泛采用图像、图形、视频、音频等信息形式来表达思想。使人类的思维表达不再局限于线性的、单调的、狭小的范围内，而有了更充分、更自由的余地，即计算机变得更加人性化。多媒体就是要把计算机处理的信息多样化（或称多维化），使它在信息交互过程中有更加广阔和更加自由的空间。

②信息处理的交互性。所谓交互性是把人的活动作为一种媒体加入到信息传播和处理过程中，使信息存在于交互模式下。不论是发送方还是接收方，都可以对信息进行自由编辑、控制和传递。交互性向用户提供更加有效地控制和使用信息的手段，同时也为应用开辟了更加广泛的领域。交互性可以使人们在获取和使用信息时变被动为主动，增加对信息的注意和理解，延长信息的存留时间。例如在计算机辅助教学中，用户可以人为地改变节目的内容和次序，研究其感兴趣的某些方面，还可以主动地进行检索、提问和回答，而不是像看电视那样只能被动的接收信息。

③信息处理的集成性。集成性是指以计算机为中心综合处理多种信息媒体的特性，它包括信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成两个方面。

信息媒体的集成包括信息的多通道统一获取、多媒体信息的统一组织和存储、多媒体信息表现合成等方面，即各种信息媒体不再是单独进行加工和处理，相互分离，而是以一个统一的整体进行运作。

处理这些媒体的设备的集成，从硬件来说，应该具有能够处理多媒体信息的高速及并行的CPU系统，大容量的存储、适合多媒体多通道的输入输出外设、宽带的通信网络接口。对于软件来说，应该有集成的、一体化的多媒体操作系统、适合于多媒体信息管理和使用的软件系统及创作工具、高效的各类应用软件等。

④信息处理的实时性。音频与视频信息都是与时间有关的媒体信息，在加工、处理、存储和播放它们时，需要考虑时间因素，应保证他们的连续性。这就需要对访问数据的速度、压缩和解压缩的速度、播放速度提出很高的要求，这就是多媒体的实时性。

（2）多媒体关键技术

多媒体应用涉及许多相关技术，因此多媒体技术是一门多学科的综合技术，其主要内容有以下几个方面：

①多媒体数据压缩与编码技术。多媒体计算机需要解决的关键问题之一是要使计算机能实时地综合处理声、文、图等信息。然而，由于数字化图像、声音等多媒体数据量非常大，而且视频、音频信号还要求快速的传输处理，因此视频、音频数字信号的编码和压缩算法成为了一个重要的研究课题。

关于编码理论的研究已有40多年历史，技术已日趋成熟。在研究和选用编码时，主要存在两个问题：一是编码方法能用计算机软件或集成电路芯片快速实现；二是一定要符合研所编码/解压缩编码的国际标准。目前已经有许多音频、视频数据压缩方面的国际编码标准，例如MPEG。

②多媒体专用芯片技术。多媒体专用芯片依赖于大规模集成电路技术，它是多媒体硬件系统的关键技术因为要实现音频、视频信号的快速编码、解码和播放处理，需要大量的快速计算；同时许多图像特效的生成，绘制以及音频信号的处理等，也都需要较快的运算处理速度。这些要求仅仅依靠基于通用处理器编程处理很难达到预期的目的，只有采用专用芯片，才能取得令人满意的效果。

多媒体计算机的专用芯片可分为两类：一类是固定功能的芯片，另一类是可编程数字信号处理器（DSP）芯片。除专用处理器芯片外，多媒体系统还需要其他集成电路芯片支持，如数/模和模/数转换器，音频、视频芯片，彩色空间变换器及时钟信号产生器等。

③多媒体输入输出技术。多媒体输入输出技术涉及各种媒体外设以及相关的接口技术，它包括媒体转换技术、识别技术、媒体理解技术和综合技术。

媒体转换技术：是指改变媒体的表现形式，如当前广泛使用的视频卡、音频卡都属于媒体转换设备。

媒体识别技术：是对信息进行一对一的映象过程。例如语音识别是将语音映象为一串字、词或句子；触摸屏是根据触摸屏上的位置识别其操作要求。

媒体理解技术：是对信息进行更进一步的分析处理和理解信息内容，如自然语言理解、图像理解、模式识别等。

媒体综合技术：是把低维信息映象成高维的模式空间的过程，例如语音合成器就可以把文本转换成声音输出。

④媒体信息存储技术。它包括了多媒体数据库技术和海量数据存储技术。多媒体数据库的特点是数据类型复杂、信息量大，而近年来光盘技术的发展，大大带动了多媒体数据库技术及大容量数据存储技术的进步。此外多媒体数据中的声音和视频图像都是与时间有关的信息，在很多场合要求实时处理（压缩、传输、解压缩），同时多媒体数据的查询、编辑、显示和演播都向多媒体数据库技术提出了更高的要求。

⑤多媒体系统软件技术。多媒体系统软件技术主要包括多媒体操作系统、多媒体编辑系统、多媒体数据库管理技术、多媒体信息混合与重叠技术等。

⑥多媒体通信技术。多媒体通信要求能够综合的传输、交换各种类型的媒体信息，而不同的信息类型又呈现出不同的特征，在不同的应用系统中需采用不同的带宽分配方式。另外，信息点播需要通过电话线实现，多媒体通信技术也需提供必要的支持。