《多媒体技术与应用》第1章：多媒体技术基础.ppt

第1章 多媒体技术基础,【学习目的与要求】 通过本章的学习，了解多媒体的基本概念、多媒体计算机系统的组成，以及多媒体常用设备，初步建立对多媒体的认识。,1.1 多媒体技术及特点,1.1.1 多媒体技术的基本概念 在人类文化的传播活动中，始终离不开传播手段这一基础，正所谓“皮之不存，毛将焉附”，传播手段的发展深刻影响着文化传播的范围及效果。多媒体技术作为文化传播的手段是人类社会发展到信息时代的必然产物。 1文化传播手段的演变 语言传播是最古老的，它具有实时性、需要现场的面对面交流。由于口授方式的可记录性差，限制了文化传播的范围并容易导致所传播的信息发生畸变。因此以语言传播为主的文化发展是缓慢的。 文字传播突破了时空限制，先前文化的知识和技术可以更有效率、更准确地得到继承和扩散，在此基础上人类才可组织和管理大规模的活动。直到今天，作为文字载体的报纸、杂志、书籍仍然是人们获取信息、知识、娱乐的重要途径。 电子传播相比于印刷传播大大提高了人类文化大规模生产、复制和传播的效率，以广播和电视为主的电子传播，不但信息可以远距离快速传播，而且内容更丰富和逼真，可实现大范围的，甚至全球化的，实时的文化传播。,20世纪80年代中后期，Internet的出现又把电子传播推进到网络传播，它不仅实现了远距的快速传播，而且内容是可交互的多媒体信息，多媒体技术改善了人类信息的交流方式，缩短了信息传递的路径，对大众传媒产生着深远的影响。 2多媒体 多媒体一词译自英文”Multimedia，由multiple和media复合而成，简单理解就是多种媒体。在多媒体技术中，媒体是一个关键词，媒体是信息表示和传输的载体，是人与人之间沟通及交流观念、思想或意见的中介物。 国际电报电话咨询委员会（Consultative Committee for International Telegraph and Telephone，CCITT）对媒体进行了如下的分类。 (1) 感觉媒体（Perception Medium） 直接作用于人的感官，产生感觉（视、听、嗅、味、触觉）的媒体称为感觉媒体，例如，语言、音乐、音响、图形、动画及物体的质地、形状、温度等。 (2) 表示媒体（Representation Medium） 为了对感觉媒体进行有效的传输，以便进行加工和处理，而人为构造出的媒体称为表示媒体，例如，语言编码、静止和活动图像编码及文本编码等。 (3) 表现媒体（Presentation Medium） 表现媒体是指感觉媒体和用于通信的电信号之间转换用的一种媒体。它又分为两种：一种是输入表现媒体，如键盘、话筒、扫描仪、摄像机、数字化仪、光笔等；另一种是输出表现媒体，如扬声器、显示器、投影仪、打印机等。 (4) 传输媒体（Transmission Medium） 传输信号的物理载体称为传输媒体，例如，同轴电缆、光纤、双绞线、电磁波等。,(5) 存储媒体（Storage Medium） 用于存储表示媒体，即存放感觉媒体数字化后的代码的媒体称为存储媒体，例如，磁盘、光盘、磁带、纸张等。 3多媒体技术 多媒体技术就是制作多媒体内容的技术，将文本、音频、图形图像、动画和视频等多种媒体信息通过计算机进行数字化采集、编码、存储、传输、处理和再现等，使多种媒体信息建立起逻辑连接，并集成为一个具有交互性的系统的技术。 计算机的数字化及交互式处理能力，极大地推动了多媒体技术的发展。通常可以把多媒体看作是先进的计算机技术与视频、音频和通信等技术融为一体而形成的新技术或新产品。正是由于计算机技术和数字信息处理技术的实质性进展，才使得“多媒体”成为一种现实，平时所说的“多媒体”常常不是指“多种媒体”本身，而主要是指处理和应用它的一整套技术，所以“多媒体”也常常被当作“多媒体技术”的同义语。,1.1.2 多媒体技术的特性 从多媒体的定义可以看出它有三个特点：集成性、实时性、和交互性。 1集成性 单一的媒体，如图像、声音、文字等，都可以单独使用，但作用十分有限，各种技术的独自发展不再能够满足应用的需要。当它们在多媒体的概念下集合起来时，意味着技术已经发展到了相当成熟的程度。 多媒体系统的集成性主要表现在两个方面： (1) 媒体信息的集成 媒体信息的集成即声音、文字、图像、视频等的集成。多媒体信息的集成处理把信息看成一个有机的整体，采用多种途径获取信息、统一格式存储信息、组织与合成信息等手段，对信息进行集成化处理。 (2) 媒体设备与设施的集成 多媒体系统不仅包括计算机本身，而且包括像电视、音响、摄像机、DVD播放机等设备，把不同功能、不同种类的设备集成在一起使其共同完成信息处理工作。,2实时性 多媒体系统的基本特征之一就是能够综合处理带有时间关系的媒体，如音频、视频和动画，甚至是实况信息媒体，它们要求连续处理和播放才有意义。多媒体系统在处理信息时需要有严格的时序要求和很高的处理速度，特别是网络多媒体系统的使用，这个问题就更加突出，并对系统结构、媒体同步、多媒体操作系统以及应用服务提出相应的实时化的要求。 3交互性 数据能否转变为有用的信息取决于数据的接收者是否需要这些数据，信息能否转变为知识则取决于信息的接收者能否理解。长久以来，人们已经习惯了被动地接收信息，既不能干涉它，也不能改变它，例如看电视、听广播。 多媒体系统与传统媒体最大的区别就是它是人-机交互媒体，这里的“机”，主要指计算机或其他由微处理器控制的终端设备。借助于交互活动，人们可以主动获得所关心的内容，获取更多的信息。多媒体系统将向用户提供交互使用、加工和控制信息的手段，增加对信息的注意力和理解力，延长了信息保留的时间。 1.1.3 多媒体技术典型应用 多媒体技术已经日益渗透到不同行业的多个应用领域，影响到人们工作、学习、生活、娱乐的各个方面，使我们的社会发生日新月异的变化。,1教育、培训应用领域 图1-1 电子出版物 在多媒体的应用中，教育、培训占了很大比重，由文字、音频、图形、图像和视频组成的多媒体教学课件图、文、声、形并茂，给学习者带来更多的学习体验，交互式的学习环境充分发挥了学生学习的主动性，提高了学习的兴趣和接受能力。随着网络技术的发展与普及，多媒体技术在远程教育中同样扮演着重要的角色。这种跨越时空的新的学习方式强烈地冲击着传统的教育。,图1-1 电子出版物,2电子出版物 光盘作为超大容量的存储媒体和多媒体技术相结合，使出版业突破了传统出版物的种种限制进入了新时代。光盘出版物将静止枯燥的读物转化为文字、声音、图像、动画和视频相结合的视听享受，同时使出版物的容量增大而体积大大缩小。如图1-1所示为一考试指导用书的光盘版界面。 3商业展示 以多媒体技术制作的产品演示软件为商家提供了一种全新的广告形式，商家可以为客户展示新产品的造型、特点、功能等，对移动电话、新款汽车、大型机械设备等使用上较复杂的产品，运用多媒体动画能最直观、最有效地教会客户如何使用产品。 公司企业还可以利用多媒体的图像、声音、动画来充分表达自己的商业计划、年度报告、企业宣传等，具有较好的说服力。 4信息咨询 图1-2 多媒体触摸屏 利用多媒体技术制作信息咨询服务系统为公众提供各种服务。用户利用多媒体终端，从数据库中查询需要的信息。例如北京街头的“数字北京信息亭”，可以为市民提供新闻、公交、旅游指南、天气预报、定购机票等服务。图1-2为某市政务服务中心办事群众通过电子触摸屏查询信息、办理政务。,5多媒体娱乐和游戏 图1-3 指环王游戏宣传海报 多媒体技术在娱乐和游戏领域里应用广泛。游戏的种类很多，有角色扮演类的、益智类的、棋牌休闲类的，都使用了很多多媒体技术。绚丽的画面和音效，方便、易懂的交互和提示帮助，使游戏者在精致的虚拟空间中，体验游戏带来的快乐，图1.3为指环王游戏宣传海报。,图1-2 多媒体触摸屏,随着多媒体技术的发展，计算机不再只是办公室和实验室的专用品，而是进人了家庭、商业、旅游、娱乐、教育乃至艺术等几乎所有的社会与生活领域。在日常生活中，常会看到人性化的电脑，它可提供任何你想要得知的信息，可以演奏你想要听的乐曲，甚至像人一样和你交流，在多媒体技术迅猛发展的今天，这一切正在变成现实。,图1-3 指环王游戏宣传海报,1.2 多媒体计算机系统的组成,多媒体计算机系统是多种信息技术的集成，把多种技术综合应用到一个计算机系统中，实现信息输入、信息处理、信息输出等多种功能，它是进行多媒体作品创作的物质基础。 1.2.1 多媒体计算机系统的层次结构 一个完整的多媒体计算机系统由多媒体计算机硬件和多媒体计算机软件两部分组成，如图1-4所示。,1多媒体计算机及接口卡 多媒体接口卡作为多媒体计算机与各种外部设备的控制接口，完成数据的转换，是建立多媒体工作环境必不可少的硬件设施。常用的接口卡有音频卡、显示卡、视频卡等。 2多媒体外围设备 多媒体外围设备提供了人机对话的手段，分为输入设备和输出设备。输入设备负责采集外部世界的数据送入计算机，如扫描仪、数码相机、绘图板、数码摄像机、麦克风、数据手套等；输出设备负责把系统的处理结果以操作者需要的方式输出，如打印机、投影仪、音箱等。 3多媒体系统软件 多媒体系统软件包括驱动程序和操作系统。多媒体操作系统对多媒体计算机软硬件控制与管理，完成实时任务调度、多媒体数据转换、图形用户界面管理等功能。目前计算机大都采用多媒体操作系统，例如Apple公司为Macintosh计算机配置的操作系统MAC OS，Microsoft公司的Windows系列操作系统都属于多媒体操作系统。 4多媒体素材采集与制作软件 开发人员利用该层工具软件采集、加工多媒体数据。常用的有图像设计与编辑系统，,二维、三维动画制作系统，声音采集与编辑系统，视频采集与编辑系统以及多媒体公用程序与数字剪辑艺术系统等。 5多媒体创作工具 该层是多媒体应用系统编辑制作的环境，根据所用工具的类型，分为：脚本语言及解释系统、基于图标导向的编辑系统、基于时间导向的编辑系统。通常除编辑功能外，还具有控制外设播放多媒体的功能。设计者可以利用这层的开发工具和编辑系统来创作各种教育、娱乐、商业等应用的多媒体节目。 6多媒体应用系统 多媒体应用系统是根据多媒体系统终端用户的要求而定制的应用软件或面向某一领域的用户应用软件系统，是面向大规模用户的系统产品，如交互式多媒体计算机辅助教学系统、飞行员模拟训练系统、商场导购系统、多媒体广告系统等。 1.1.2 多媒体系统的硬件要求 多媒体计算机（Multimedia PC , MPC）是指强调多媒体功能和应用的个人计算机，它的标准最初由软件出版商联合组织（Software Publishers Association，现在被Software and Information Industry Association，即软件和信息产业联合组织取代，该组织由微软、戴尔、富士通等公司成立。）下属的一个多媒体个人计算机市场理事会（Multimedia PC Marketing Council）制订的。这个标准经历3个阶段，如表1-1所示。,由于多媒体技术和普通大众对多媒体功能的需求发展得很快，消费者难以把对多媒体的认同和“仅配有光驱的个人计算机”联系起来，因此这个标准很快就落伍了，但是从中可以看出多媒体计算机的一些基本要求。 因此，多媒体个人计算机系统应该拥有高性能的CPU、大容量内存和硬盘，能够进行高速的信息传输，配有显卡、声卡和光驱，能够为操作者提供多种感官刺激和享受，另外操作系统的多媒体性能也应是较强的。例如，2007年联想推出的一款定位多媒体数字娱乐方向的产品：天骄系列S 6020i，它的配置如表1-2，代表了目前家用多媒体计算机市场的主流配置。,近年来兴起的家庭多媒体中心扩展了原先多媒体计算机的概念，以计算机为核心实现家庭各种设备及信息的管理，不但可以象普通多媒体计算机一样播放视频光盘，而且还包括高清电视、音响、游戏等传统家电功能。如海尔公司的家庭多媒体中心产品可以使家庭成员，无论老少和学识水平高低都可以通过遥控器操作实现点播录制电影电视、欣赏图片和音乐、上网收发邮件、浏览新闻和购物等等。 1.2.3 多媒体系统的软件要求 多媒体软件系统包括多媒体操作系统软件、多媒体素材采集与制作软件、多媒体作品创作软件、多媒体应用软件。下面主要介绍常用的多媒体素材采集与制作软件和多媒体作品创作工具。 1多媒体素材采集与制作软件 多媒体素材采集与制作软件用于实现多媒体数据的采集、输入、存储、处理和导出等任务。 (1) 文本制作编辑软件 文本是体现多媒体作品主题和内容的主要方式，将文本输入计算机中进行处理，可以通过键盘和输入法，也可以通过麦克风或者手写板等设备进行语音或者笔迹识别自动输入。常见的文字编辑软件有微软的Word、金山公司的WPS字处理软件等。,(2) 图形图像制作编辑软件 图形图像是传达信息的重要手段。Windows或Linux等桌面操作系统都带有非常丰富的图形图像软件，例如Windows操作系统自带的画图软件是简单的位图图像绘制工具，而Adobe Photoshop是专业的图像加工处理软件，有许多图像工具和特效。 (3) 声音制作编辑软件 话语、音效和音乐在多媒体作品中是不可缺少的，是作品主题和环境渲染所必需的。通过声卡和专门的音频处理软件，可用来采集和处理声音。Windows操作系统自带的录音机是小巧方便的录音工具，其他功能更丰富更专业的声音处理软件有Adobe Audition、Sound Forge等，这些软件不但可以进行录音，还可以编辑音轨、混合多种音轨、添加音效等。 (4) 视频制作编辑软件 多媒体作品里的视频可通过数码摄像机或者其他现有的视频文件加工而成。Windows XP自带的Movie Maker是一个操作方便、功能简洁的视频编辑软件；友立公司的绘声绘影也是一个适合普通用户使用的视频编辑和特效软件；Adobe Premiere是专业的视频制作和编辑软件，结合视频后期制作软件After Effect，可以制作出精彩的视频及特殊效果。除了这些直接对视频文件编辑制作的软件以外，有些软件专门进行编码，可将AVI格式的视频文件编码成MPEG-1或者MPEG-2格式，然后制作成符合VCD或者DVD格式的文件，例如TMPGEn就是这样的软件。,(5) 动画制作编辑软件 动画制作编辑软件可分为三维动画制作软件和二维动画制作软件。3DS MAX和Maya等都是专业的三维动画制作软件；Flash是常见的二维动画制作软件。而随着XML技术的发展，基于XML的SVG矢量动画格式及其相关软件也受到越来越多的关注。 2多媒体创作软件 多媒体创作软件根据设计需要，集合多媒体素材，合成多媒体作品。早期多媒体作品要依靠专门的编程语言来制作，限制了进行多媒体创作的人群。随着技术的进步，越来越多操作简单、功能强大的多媒体制作软件被开发出来，普通的用户通过简单的学习就可以进入多媒体作品创作的领域，从而能够更多地关注多媒体作品的设计和内容组织而不是技术本身。 多媒体创作软件都提供编排各种媒体素材的功能，根据工作流程的特点，多媒体创作软件可以简单分为以下几种类型。 (1) 图标类型 这种类型的多媒体制作系统利用不同类型的图标组成流程图，从而控制所用的多媒体 的播放，如Macromedia Authorware。图1-5所示为该软件利用不同功能和逻辑关系的图标表示的一个多媒体作品。,(2) 时间轴类型 这种类型的多媒体制作系统通过时间轴的进程来组织多媒体元素和播放的呈现和发生，如Macromedia Flash，Macromedia Director。图1-6所示为在Flash软件中设置动画关键帧。,(3) 页幻灯片类型 多媒体元素及其内容通过一个完整的页面或幻灯片形式呈现，通过页面跳转来控制多媒体作品的播放，如Multimedia Tool Book、PowerPoint、金山WPS里的演示等。,(4) 网页类型 多媒体制作系统以超链接方式链接多媒体元素，并通过超链接实现多媒体元素的浏览和多媒体内容进程，这些功能经常用在电子多媒体图书的制作上，相关软件也有很多，例如eBook Edit Pro，及各种网页制作软件如Macromedia Dreamweaver、Microsoft Office FrontPage等。 (5) 屏幕捕获软件 用来实时捕获计算机屏幕上的操作，并提供旁白录制及添加注释等功能，可输出格式为AVI的文件或者SWF动画文件，常用在计算机辅助教学中，如SnagIt，Macromedia Captivate等。 1.2.4 多媒体基本设备简介 多媒体个人计算机（MPC）硬件系统中，除了必备的CPU、内存、显示器、硬盘等硬件设备外，其他多媒体附属硬件分为两类：适配卡类和外围设备类。 1多媒体适配卡 这些多媒体附属硬件基本都是以适配卡的形式添加到计算机上的。这些适配卡种类和型号很多，主要有：声卡、显示卡、视频卡等。,(1) 声卡 声卡是声音录制和播放的设备，处理的声音类型可以是数字波形声音、数字合成音乐（MIDI）和CD音频。现在的计算机主板基本上都把声卡作为一种标准接口集成在主板上，无需另外购买。但是如果对音频处理要求比较高，则需要配置独立声卡，如图1-7所示。 声卡性能指标包括采样位数、声道、接口种类等。采样位数越高，获得的音频就越精确，保真度越高。声卡的输入输出接口主要有：LINE IN（线路输入）、LINE OUT（线路输出）、MIC IN（麦克风输入）、SPK 0UT（声音输出）、JOY STICKMIDI（游戏杆MIDI）等。,(2) 显示卡 显示卡的基本作用就是控制计算机的图形输出，由显示卡连接显示器，才能够在显示屏幕上看到图像，根据总线不同，显卡可分为ISA、PCA和AGP类型，现在的显卡大都是AGP总线。有些主板集成了显卡的功能，但是考虑到创作多媒体作品的需要，应该配置独立的显卡。 显卡由显示芯片、显示内存、数模转换器、BIOS芯片和显卡接口组成。显示芯片和显示内存专门用来处理图形图像绘制渲染工作，从而避免占用主机的CPU和内存资源。图1-8为一款显卡：XFX讯景GeForce 6600GT。,(3) 视频卡 视频信号数据量大，需要配备专门的硬件来处理，根据功能不同，可以分为视频采集卡和视频转换卡。 视频采集卡：从摄像机、录像机等视频信息源中捕捉视频信息转存到计算机硬盘中，以便进行后期编辑处理。 视频转换卡：用于将计算机的VGA信号与模拟电视信号相互转换。视频转换卡分为两类：VGA-TV卡，一般在中高端显卡中有集成，通过该卡可以将电脑连到电视，在电视中显示电脑中的图像；TV-VGA卡，即电视卡，如图1-9所示，将有线电视信号接入该卡，即可在电脑中观看电视节目。,2多媒体外围设备 多媒体外围设备用于向计算机提供媒体源和显示多媒体作品。这类设备常见的有手写板绘图板、扫描仪、数码相机、数码摄像机、显示器、投影仪等。 (1) 绘图板 绘图板又叫数位板，是专门针对电脑绘图而设计的输入设备，主要面向美工、设计师或者绘图工作者。目前主流的绘图板技术是电磁感应板，通过绘图板表面的电路板通电后产生一定范围的磁场和笔尖的磁场的相互感应来定位，可以和桌面的分辨率进行绝对对应。绘图板可分为有压感和无压感两类，有压感的绘图板能精确感应笔划的粗细和颜色的浓淡。压感级别越高，绘制效果越好。如图1-10所示为友基公司出品的WP8060，压感级别达1024级，可以创造出自然的笔画效果。,(2) 扫描仪 扫描仪是一种光、机、电一体化的图形输入设备，用于将黑白或彩色图片资料、文字资料等平面素材，扫描成图像文件。扫描仪获取图像的方式是先将光线照射到待扫描的材料上，光线反射回来后由CCD光敏元件接收并转换成数字信息，送入计算机。扫描仪的主要性能指标有：分辨率、色彩数、扫描速度、扫描幅面等。 按照基本构造，可以将扫描仪分为：手持式、立式、平板式、台式、滚筒式等五种，如图1-11所示，为常用的平板式扫描仪。,(3) 数码相机 数码相机（Digital Camera，DC)可直接进行数码拍照，所成的图像信息已经数字化，可直接导人到计算机中进行处理。 目前数码相机种类很多，按照图像传感器来分，有电荷藕合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS），CCD的感光比CMOS更为灵敏，在昏暗环境下有更好的效果，而CMOS的造价低，并且更为省电；按镜头来分，有单反数码相机和便携式数码相机，前者用传统单反取景器，其镜头可卸换，功能也较多，而后者用结构简单的光学取景器，镜头不可卸换，许多功能都自动化了，便于携带。如图1-12所示为Nikon的一款单反数码相机，图1-13所示为SONY便携式家用数码相机Cyber-shot T7。,传统相机用胶卷作为记录影像的介质，而数码相机的记录体是一种半导体存储器，称为存储卡，可以重复使用。存储卡的容量越大，能保存的照片越多。常见的存储卡有CF（Compact Flash）卡、SM(Smart Media)卡、XD卡、SD卡和SONY的Memory Stick等。 (4) 数码摄像机 数码摄像机（Digital Video Recorder，DV）可以直接生成数字视频信息，并保存到存储设备上，然后导入计算机中进行编缉。 目前数码摄像机的品牌主要有佳能、索尼、松下、JVC、三洋等公司产品。数码摄像机按照使用领域可以分为家用机和专业机；按照存储介质可以分为磁带式、光盘式、硬盘式。数码摄像机的主要技术参数有：影像感应器的有效像素、存储介质类型、视频压缩格式、镜头性能、输入输出接口等。图1-14为索尼的一款硬盘式摄像机HDR-SR1E。,(5) 投影机 投影机将计算机送出的显示信息投影到大尺寸幕布上，可以用于商务演示、日常教学、会议、广告宣传等场合。作为计算机设备的延伸，投影机在数字化、小型化、高亮度显示等方面具有鲜明的特点。 投影机自问世以来发展至今已形成三大系列：CRT（Cathode Ray Tube）阴极射线管投影机、DLP（Digital Lighting Process）数字光处理器投影机和LCD（Liquid Crystal Display）液晶投影机。目前市场的主流是LCD投影机，如图1-15所示。,(6) 数码录音笔 数码录音笔作为录音设备可以方便地获取数字音频信息，直接送入计算机进行编辑，并且可以根据需要，灵活地设置录音质量。它利用闪存作为存储媒介，存储方便，连续记录的时间也比磁带要长许多，而且小巧、便于携带，因此已经逐渐取代了传统的磁带式录音机。大多数录音笔还附加了FM收音机和MP3音乐播放功能。图1-16所示为三洋数码录音笔ICR-PS285RM。,1.3 本章小结 目前多媒体技术作为信息技术的重要分支迅速发展，日益影响着人们生活的方方面面。本章简要介绍了多媒体技术的基本概念，包括媒体、多媒体和多媒体技术的定义以及媒体的分类；阐述了多媒体技术的集成性、实时性和交互性三大特点；介绍了多媒体技术的典型应用。 多媒体计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统提供了多媒体作品创作的物质基础；软件系统主要包括多媒体素材制作软件和多媒体创作工具，其中多媒体素材制作软件是本书学习的重点。 1.4 习题 1 什么是媒体、多媒体、多媒体技术？列举多媒体技术在日常生活中的应用。 2 多媒体中的媒体有哪些？ 3 多媒体系统的层次结构包括哪几部分？ 4 列举你所了解的多媒体计算机外围设备和接口卡？ 5 列举你所了解的多媒体素材制作工具和多媒体创作工具，各有什么特点。 配置多媒体计算机时应注意哪些问题？,