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多 媒 体 技 术 基 础
第一部分
项目规划篇
项目一
任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
一、数据压缩与解压缩技术娥
图像、视频（运动图像）和音频是最常见的三类多媒体数据，它们最大的特点是数据量极为巨大。例如，一e段分辨率为1 280×720，帧速率为24 fps，时长为1分钟的真彩色（24位）视频，如果不经过任何压缩处理，那么它占用的存储空间为4 320 MB。
提 示
以上结果由“视频数据量=每帧图像数据量×帧速率（即每秒播放多少帧）×视频播放时间（秒）”得出。其中，每帧图像数据量=图像总像素数（1280×720）×颜色深度（24位）。我们将在后面章节讲解相关概念。
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提 示
多媒体信息存在许多冗余，数据压缩的实质是通过编码去掉这些冗余。例如，一幅图像中的蓝天和绿地，其中许多像素是相同的，如果逐点存储，会浪费许多空间；又如，在视频的相邻帧中，如果只有运动物体有少许变化，则只存储差异部分即可。
如此大的数据量，必然会对多媒体计算机的存储器、数据处理部件及通信线路等造成巨大的压力。为此，除了需要提高多媒体计算机本身的性能及通信线路的带宽外，更重要的是要对多媒体数据进行有效的压缩。
数据压缩是指按照一定的算法对数据进行重新组织（编码），以减少数据的冗余和存储空间。被压缩的对象是原始数据，压缩后得到的数据是压缩数据，两者容量之比为压缩比。目前常用的多媒体数据压缩方法有两类：一是无损压缩，二是有损压缩。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
提 示
我们把对多媒体数据采用的压缩技术称为编码。目前，对图像、视频和音频都有许多国际编码标准。例如，视频有MPEG系列编码标准；图像有JPEG编码标准等。
存储在计算机中的视频文件，都是经过编码（压缩）后得到的数字视频，而我们利用视频编辑软件输出视频，或利用视频格式转换软件转换视频格式，实质上都是对视频进行相应编码（压缩）的过程。对于其他多媒体文件，如音频、图像等也是如此。
利用多媒体播放软件播放音视频文件，实质上是对音视频文件进行解压缩（解码）的过程。假设某视频是利用H.264编码进行编码的，但播放软件没有内嵌该解码器，那么它将不能播放该视频文件。
要注意的是，经压缩后的多媒体数据依然占用很大的存储空间，这决定了需要使用大容量的硬盘、光盘来存储多媒体数据。此外，处理多媒体信息需要大量的计算，因此，需要为多媒体计算机配备高性能的CPU、显卡、内存，并根据需要配置视频采集卡等设备。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
二、数字图像
技术
数字图像技术是利用计算机对图像进行处理，使其更适合人眼或仪器的分辨，并传达出特定信息的技术。数字图像处理的过程包括输入、处理和输出：输入即图像采集和数字化，就是对模拟图像信号进行采样、量化、编码处理后得到数字图像，并将其以数字形式存储到计算机中；处理是指按一定的要求对数字图像进行修复、提高清晰度、艺术化等处理，以改善数字图像的视觉效果；输出是指将处理后的数字图像通过显示、打印等方式表现出来。
数字图像有静止图像和运动图像（如视频）两种类型。我们将在项目三具体介绍静止数字图像的相关概念和处理技术。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
三、数字音频
技术
多媒体技术中的数字音频技术包括声音采集及回放技术、声音识别技术和声音合成技术三个方面。这三个方面的技术在计算机硬件上都是通过“声卡”实现的。声卡具有将模拟的声音信号数字化的功能。数字化后的信号可作为计算机文件进行存储或处理。同时声卡还具有将数字化音频信号转换成模拟音频信号而回放出来的功能。而数字声音处理、声音识别和声音合成则是通过计算机软件来实现的。
我们将在项目四具体介绍数字音频的相关概念和处理技术。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
四、数字视频
技术
数字视频技术一般包括视频采集及回放、视频编辑和三维动画视频制作等。视频采集及回放与音频采集及回放类似，需要有视频采集卡和相应软件的支持。不同的是在视频采集时要考虑制式（NTSC制、PAL制等）和每秒帧数的问题。
我们将在项目五具体介绍数字视频的相关概念和处理技术。
提 示
我们在日常生活中使用数码相机、手机或DV拍摄的影像，都已在拍摄过程中完成数字化并保存在存储卡上，可直接传输到计算机中进行处理，不需要再进行采集操作。但对于传统电视机、摄像机中的模拟视频，则需要使用视频采集卡进行采集，以将模拟视频信号通过采样、量化、编码处理后转为数字视频，存储在计算机中进行处理。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
五、多媒体数据库技术
多媒体数据是多种媒体（数字、字符、图形、图像、声音和视频等）的有机集成。由于多媒体数据种类繁多，数据量十分庞大，各种数据之间的语义联系非常复杂，表达形式多样，传统的数据库难以对这些媒体信息进行有效管理，因此产生了一种全新的数据库——多媒体数据库（MultiMedia DataBase，MMDB）。
多媒体数据库管理系统（MultiMedia DataBase Management System，MMDBMS）是一个以多媒体数据库为基础的多媒体应用。该应用能够完成对多媒体数据库的各种操作及管理功能，如对多媒体数据库的定义、创建、查询、访问、删除等。
多媒体数据库技术研究的主要内容包括多媒体数据模型、查询处理、体系结构及用户接口技术等。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
六、超文本和超媒体技术
多媒体系统中的媒体种类繁多且数据量巨大，各种媒体之间既有差别又有信息上的关联。处理大量多媒体信息主要有两种途径：一是利用上述的多媒体数据库系统，以存储和检索特定的多媒体信息；二是使用超文本和超媒体，它们一般采用面向对象的信息组织和管理形式，是管理多媒体信息的一种有效方法。
1965年Ted Nelson在计算机上处理文本文件时想出了一种把相关文本组织在一起，让计算机能够响应人的思维以及能够方便地获取所需要的信息的方法。他为这种方法杜撰了一个词——超文本（Hypertext）。实际上，这个词的真正含义是“链接”，用来描述计算机中的文件的组织方法，后来人们把用这种方法组织的文本称为“超文本”，我们浏览的网页中的文本即为超文本，文件格式通常为html或htm。
超媒体（Hypermedia）不仅可以包含文字，还可以包含图形、图像、声音、动画和视频片断，而且这些媒体之间也可以通过超链接组织在一起。
超媒体与超文本之间的不同之处是，超文本主要是以文字的形式表示信息，建立的链接关系主要是文句之间的链接关系。超媒体除了使用文本外，还使用图形、图像、声音、动画或影视片断等多种媒体来表示信息，建立的链接关系是文本、图形、图像、声音、动画和影视片断等媒体之间的链接关系。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
七、流媒体
技术
流媒体技术是指把视频和音频信息经过压缩处理后发布在网站服务器上，由网站服务器向用户计算机顺序或实时地传送各个压缩包，让用户一边下载一边观看，而不需要等整个文件下载到自己的计算机上才可以观看的技术。目前，流媒体技术在在线视频和音频点播、在线教育、网上新闻发布等方面得到广泛应用，如图1-9所示。
图1-9 使用流媒体技术播放在线视频
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
流媒体技术是网络技术及音视频技术的有机结合，具体包括流媒体的制作、发布、传输及播放等技术。其中，在流媒体制作方面，需要将音频、视频文件压缩成适合流媒体传输的格式。例如，MP3、WMA等格式的音频文件，MP4、FLV等格式的视频文件都是流媒体格式文件。在流媒体传输协议方面，目前一般采用RTSP实时传输协议。
知识库
使用流媒体技术播放视频、音频时，会在用户端的计算机上创建一个缓冲区，在播放前预先下载一段数据作为缓冲，当网速小于播放所耗的速度时，播放程序会取用缓冲区内的数据，从而避免播放中断，确保播放品质。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
顺序流式传输：
按播放的时间顺序下载音视频压缩包，边下载边播放，但用户看到的内容和服务器传输的内容有一个时间上的延后。在此方式下，用户只能按播放时间顺序观看内容，而不能进行快进等操作。
实时流式传输：
服务器按用户的播放需求实时传送音视频压缩包，用户可在播放过程中通过快进或后退以观看前面或后面的内容。
流式技术分为两种，一是顺序流式传输，二是实时流式传输，下面分别介绍。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
八、虚拟现实
技术
虚拟现实（Virtual Reality，VR）是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，是指利用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉等的感觉世界，用户可以用人的自然技能与该虚拟环境进行交互，如图1-10所示。
图1-10 虚拟地图和虚拟驾车
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
沉浸感：
指虚拟环境的逼真程度。理想的虚拟环境应具有一切人所具有的感知功能，达到使用户难以分辨真假的程度。目前虚拟现实技术所具有的感知功能包括视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
虚拟现实系统的特点
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多媒体技术启蒙阶段的标志性事件是1984年美国Apple（苹果）公司首先在Macintosh计算机上引入位图等技术，并提出了视窗和图标的用户界面形式，从而使计算机告别了枯燥无味的黑白显示风格，开始走向视窗化、彩色化的新征程。
虚拟现实技术近年来被广泛应用于汽车和飞机驾驶模拟、建筑设计、产品展示、医疗、教育培训、文化娱乐等方面。下面简单讲解虚拟现实系统的特点和分类。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
交互性：
指用户通过自然技能对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。这里的自然技能可以是人的头部转动、眼睛转动、手势或其他身体动作。例如，可以用手去直接抓取虚拟环境中的物体，而且手有握着东西的感觉，还可以感觉物体的重量，被抓住的物体也可以随着手的移动而移动。
自主性：
指虚拟环境中物体按操作者的要求进行自主运动的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动或翻倒。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
知识库
虚拟现实系统的建模设备包括VR摄像机、3D扫描仪等；交互设备包括数据手套、数据服装、三维鼠标等；显示设备包括头戴式显示器、液晶光闸眼镜、智能眼镜等，它们也具备交互功能。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
桌面式虚拟现实系统
（Desktop VR）：
通过计算机屏幕、投影屏幕等作为用户观察虚拟环境的一个窗口，用户使用一些简单外部设备（如液晶显示光闸眼镜和三维鼠标）就可观看和操纵虚拟环境中的物体。
虚拟现实系统的分类
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根据虚拟环境、使用目的和应用对象的不同，虚拟现实系统可以分为以下3类。
沉浸式虚拟现实系统
（Immersive VR）：
又称为佩戴型虚拟现实系统，是利用头盔显示器和数据手套等各种交互设备把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，使用户完全沉浸在计算机生成的虚拟环境之中，并利用这些交互设备游弋于虚拟环境。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础
分布式虚拟现实系统
（Distributed VR）：
是基于网络的虚拟显示系统，即在沉浸式虚拟现实系统的基础上，将位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连，并共享信息。目前，分布式虚拟现实系统主要应用于远程虚拟会议、虚拟医学会诊、虚拟战争模拟等领域。
提 示
除虚拟现实技术外，目前流行的还有增强现实技术（Augmented Reality，AR）。增强现实技术是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种技术，真正达到了亦真亦幻的境界。
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任务二 了解多媒体关键技术
项目一 多媒体技术基础

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