《多媒体技术应用教参》二.docx
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《多媒体技术应用教参》二
目前用于数字节目制作的手段主要有：
数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字信号处理的手段有：
数字信号处理技术（DSP）、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：
地面广播传输、有线电视（或光缆）传输、卫星广播（DSS）及宽带综合业务网（ISDN）、DVD等；用于接受显示的手段有：
阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示（包括前投、背投）等。
（2）数字电视的信源编解码技术
信源编解码技术包括视频压缩编解码技术及音频压缩编解码技术。
数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比，在实现过程中，最为困难的部分就是对视频信号的压缩。
在1920×1080显示格式下，数字化后的码率在传输中高达995Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。
因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。
视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由995Mbit/s减少为20～30Mbit/s。
视频编码计算时主要有以下客观依据：
（1）图像时间的相关性。
视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量。
（2）图像空间的相关性。
例如图像中有一大块单一颜色，那么不必把所有像素存储。
（3）人眼的视觉特性。
人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真。
（4）事件间的统计特性。
事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。
与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。
声音信号数字化后，信息量比模拟传输状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。
音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性。
（1）听觉的掩蔽效应。
在人的听觉上，一个声音的存在掩蔽了另一个声音的存在，掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象，包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。
（2）人耳对声音的方向特性。
对于2KHZ以上的高频声音信号，人耳很难判断其方向性，因而立体声广播的高频部分不必重复存储。
国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，主要用于电视会议的H.261，主要用于静止图像的JPMG标准，主要用于连续图像的MPEG标准。
在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲、日本没有分歧，都采用了MPEG-2标准。
MPEG（MovingPictureExpertGroup）意思是"运动图像专家组"，压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。
在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比公司（Dolby）的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。
对于我国来说，今后信源编解码标准也会与美国、欧洲、日本一样采用MPEG-2标准。
（3）数字电视的复用系统
数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。
从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。
接受端与此过程正好相反。
模拟电视系统不存在复用器。
在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包（这是通俗的说法，其实是数据分组），然后再复合成单路。
目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的。
HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。
付费电视是现在和将来电视发展的一个方向。
复用器可对打包的节目信息进行加扰，使其随机化，接收机具有密钥才能解扰。
在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本也没有分歧，都采用了MPEG-2标准。
美国已有了MPEG-2解复用的专用芯片。
估计我国也会采用MPEG-2作为复用传输的标准。
HDTV数据包长度是188个字节，正好是ATM信元的整数倍。
今后以光纤为传输介质，以ATM为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来"信息高速公路"的主体设施。
可用4个ATM信元来完整地传送一个HDTV传送包，因而可达到HDTV与ATM的方便接口。
（4）数字电视的信道编解码及调制解调
数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。
我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指以上几方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。
数字传输的常用调制方式有：
正交振幅调制（QAM）：
调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。
键控移相调制（QPSK）：
调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。
残留边带调制（VSB）：
抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。
编码正交频分调制（COFDM）：
抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。
美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰度电视为基础的标准-ATSC。
美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ，调制采用8VSB。
预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制，电缆电视会采用QAM或VSB调制。
从1995年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播（DVB-T）、数字电视卫星广播（DVB-S）、数字电视有线广播（DVB-C）的标准。
欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。
欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制，8M带宽。
欧洲电缆数字电视采用QAM调制。
日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。
并在1999年发布了数字电视的标准--ISDB。
（摘自：
《全面认识数字电视之基本知识》作者：
邓永红）
1．3多媒体技术的现状与发展前景
（一）教学要求
1．了解目前多媒体技术中主要涉及的音频技术、视频技术、数据压缩技术和网络传输技术。
2．了解虚拟现实的概念和常见的设备，尝试利用VRML语言制作一个虚拟现实作品。
（二）教学设计建议
本节教材包括了多媒体技术涉及的主要技术和今后的发展前景，知识含量较多，考虑到课时的安排，在内容的处理上建议分为两节课，第一节课介绍多媒体技术所涉及的主要技术，第二节课介绍虚拟现实的概念,并在此基础上根据《标准》“能使用一种常用的工具制作简单的虚拟现实作品，并了解其工作原理”的要求，以VRML语言为基础参照附录一指导学生上机操作制作一个简单的虚拟现实作品。
本节内容的重点是使学生了解多媒体技术所涉及技术的基本原理，难点是如何让学生学会制作一些简单的虚拟现实作品。
在第一节课的内容安排上由于所涉及的知识内容较多，建议以介绍某一种技术为主线展开教学。
在内容的选择上应考虑到学生的兴趣，选择较新颖、可操作性强的、便于课堂演示的内容，介绍的时间控制在二十分钟以内。
同时，为了拓展学生的知识面，可准备一个自主学习网站或课件，利用剩余的二十五分钟时间，安排学生用自主阅读的方式，了解其余技术的内容，并完成相关的练习，练习的内容由教师从准备的辅助资料中选择重要的部分，以填空题或选择题的形式编排，练习的目的是协助学生巩固自学的内容。
在本节内容中有关数据压缩技术的介绍将在第三章的第一节作相关的重点介绍，在这节课中可以从简。
教学流程图如下:
第二节课可先用五分钟时间介绍虚拟现实的概念，然后由演示附录一中作品的实例，引入用VRML语言制作虚拟现实作品。
在教学方法上可采用讲练结合的方式，由教师将附录一中的实例拆分成几个小实例，从介绍简单的长方体制作开始，由简单的图形到最终的作品合成，逐步引导学生完成任务。
注意：
在用VRML语言制作虚拟现实作品前，应先介绍运行VRML语言的环境，包括插件的安装方法等。
教学流程图如下：
（三）学生活动指导
第一节课的学生活动主要安排学生自主阅读相关技术介绍的文章，并完成简单的练习，练习的内容可制作成网页的形式，让学生在计算机上完成。
参考练习如下：
1、多媒体技术主要涉及的内容有：
数据压缩，图像处理，，，多媒体数据库和基于内容的检索；多媒体著作工具；。
2、多媒体技术的三大特征是：
、和。
3、音频技术主要包括、、和语音识别。
4、数字式多媒体音箱的基本原理就是将声音信号不经过声卡的转换处理，直接以PCM格式通过声卡上的 SPDIF OUT 端口以传输到数字音箱中，再通过音箱内置的进行解析，随后放大输出，从而减小了干扰，提高了信噪比。
5、视频技术包括和。
6、视频数字化是。
7、视频编码技术。
8、目前，最流行的编码和压缩的国际标准有三种：
一是,该标准是适合于；二是，这个标准适用于，数字电视主要采用了MPEG-2标准；三是P*64标准，这是CCITT专家组为可视电话和电视会议而制定的标准，是关于。
9、多媒体教学主要包括了和。
10、利用多媒体技术的和特点，使远程教育与传统的电视大学的教学方式有所不同，电视教学只有信息的广播“下行”，而基于网络的远程视像教学，既有“下行”，又可“上行”，即可以进行，达到“面对面”的教学效果。
这使得距离相隔较远的学生可以在一起学习了。
11、随着和的发展，的结合，视频会议系统成为一个最受关注的应用领域，与电话会议系统相比，视频会议系统能够使与会者具有身临其境的感觉。
12、也是多媒体技术应用的一个主要环节。
客户不仅能通过多媒体的光盘，还可以通过网络联机方式，对公司的产品和服务信息、产品开发速度、产品演示以及实时更新的多媒体目录进行访问。
13、用于电子出版的内容，含和两大类，资料中除图文资料外，还包含数字音像资料，内容十分丰富。
它的载体，早期直接使用软磁盘，后来大量使用，现在进一步增加了作为载体，直接在网上“出版”，提供给用户在网上阅读和下载。
14、MPEG-1按照编码复杂度分三层编码机制，支持采样率为及。
它的第3层是指我们熟悉的，成为网络音乐和便携电子设备的首选标准。
15、标志MPEG的最高技术水平的在采样率为8～96KHz下提供了1～48个声道可选范围的高质量音频编码，被认为是下一代音频编码标准。
16、在网络上传输音、视频等多媒体信息目前主要采用和两种方案。
17、流式传输时，声音、影像或动画等时基媒体由向用户计算机的连续、实时传送，用户不必等到整个文件，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。
当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分。
18、流媒体指在，如：
。
它采用的关键技术就是流式传输。
19、顺序流式传输是，在下载文件的同时用户可观看再线媒体，在给定时刻，用户只能观看，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。
由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输，它被放在标准或服务器上,是一种点播技术。
20、流媒体播放方式包括、和。
21、所谓数字电视，就是将传统的经过抽样、量化和编码转换成，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。
采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。
22、目前，数字电视的传输途径可分为三种：
、和。
23、数字电视的信源编码方式是，目前家庭使用的电视机是幕幅为4：
3幅型比，今后的数字电视机的幕幅应为幅型。
第一节课课后作业安排：
完成书本第12页的“练一练”，让学生对虚拟现实的概念有所了解。
提示：
虚拟现实发展前景和用途介绍相关网站：
（1）人民教育出版社主页
（2）虚拟现实&视景仿真
（3）虚拟现实技术的应用现状及发展
（4）虚拟现实技术在教育领域的应用
第二节课的学生活动主要安排学生完成虚拟现实作品的制作。
附录一中的实例可拆分成以下几个小任务。
任务一：
介绍制作环境，确立中心点坐标，设置物体表面颜色
提示：
VRML的颜色采用的是RGB模式即ambientColor100表示红色
任务二：
画一个长方体的五面
提示：
为了让学生明确立方体的三维坐标值，建议先画一个立方体，并标上顶点坐标和顶点编号。
步骤：
1.输入八个顶点的坐标值
2．根据平面所在的顶点编号确立平面
任务三：
在浏览器中查看结果，并熟悉浏览工具的使用。
任务四：
将长方体另一面贴图
提示：
注意图片的大小尺寸
任务五：
画一个圆柱体
任务六：
画一个长方体
任务七：
由学生独立完成机箱的制作（重复任务二和任务三）
提示：
给出顶点坐标和顶点编号
每一个任务制作时都必须先用Transform{translation000}给出所绘物体的中心点位置。
第二节课课后作业安排：
完成书本第13页的“练一练”。
提示：
数字化校园相关介绍网站
（1）南京大学数字化校园平台建设介绍
（2）打造新一代数字化校园网
（3）走进数字化校园
（四）知识、技能拓展
1、声卡
声卡是将声音输入设备、声音输出设备、数字乐器及游戏杆连接到计算机的接口电路板。
声卡由集成电路、电阻和电容通路、三极管放大电路等组成，它们都工作在音频范围内。
声卡上的输入输出和控制信号通过印刷在线路板侧端的镀金线条与计算机扩展槽连接。
目前，大部分的生产家厂将声卡集成在计算机主板上，这种产品的优点是连接可靠，驱动方便，缺点是声卡性能不高，并且无法更换。
2、国际音频编码技术现状和发展趋势
目前，国际运动图象专家组（MPEG）已经推出了几种音频编码技术。
其中MPEG-1（ISO/IEC11172-3）按照编码复杂度分三层编码机制，支持采样率为32、44.1和48KHz的单声道（mono）及双声道（stereo或dualmono）编码。
第3层（MP3）在对双声道立体声编码时,在128Kbit/s时，对绝大多数音乐编码可达到接近CD的音质效果，成为网络音乐和便携电子设备的首选标准。
MPEG-2BC（ISO/IEC13818-3）则是对MPEG-1的向后兼容多声道扩展方案，并增加了一个“低频效果”声道从而提升至5.1个声道编码，且支持16、22.5和24KHz采样音频信号编码。
标志MPEG的最高技术水平的MPEG-2AdvancedAudioCoding（ISO/IEC13818-7AAC）在采样率为8～96KHz下提供了1～48个声道可选范围的高质量音频编码。
它适用于从比特率在8Kbit/s单声道的电话音质到160Kbit/s多声道高质量音频编码。
用AAC对单声道音频编码，在64Kbit/s下对绝大多数音乐编码可达到接近CD的音质效果。
因此和MP3的单声道96Kbit/s相比，编码效率已经有了很大提高，被认为是下一代音频编码标准。
在多声道环绕立体声编码方面，美国杜比实验室的AC-3提供对32、44.1和48KHz采样，从单声道到5.1环绕立体声的音频信号的编码，并支持码率范围从32Kbit/s的单声道码流到640Kbit/s的多声道高质量音频码流。
目前，DolbyAC-3已经凭借其良好的声场和声像重现能力，赢得了电影、家庭影院、DVD和数字电视伴音等领域的广泛应用，成为事实上的国际标准。
其他优秀的音频编码技术，如索尼的ATARC、贝尔实验室的PAC和微软的WMA等，都获得了相当广泛的应用。
目前，从国际数字音频应用的发展来看，数字音频编码技术已经在互联网、广播、个人消费电子产品和数字影视等领域获得了广泛的应用，随着3G技术的兴起，正在进入移动通信领域。
因此，新一代的数字音频编码技术在传输的可靠性、带宽和版权的安全性等方面的要求更高。
3.流媒体技术基础
在网络上传输音、视频等多媒体信息目前主要采用下载和流式传输两种方案。
由于音、视频文件一般都占有较大的存储容量，文件传输时需要较大的带宽，往往受到网络带宽的限制，下载常常要花数分钟甚至数小时，所以这种处理方法延迟也很大。
流式传输时，声音、影像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机的连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。
当声音等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。
流式不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短，而且不需要太大的缓存容量。
流式传输避免了用户必须等待整个文件全部从Internet上下载才能观看的缺点。
流媒体（streamingmedia）指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如：
音频、视频或多媒体文件。
它采用的关键技术就是流式传输。
流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。
其特定含义为通过Internet将影视节目传送到PC机。
实现流式传输有两种方法：
实时流式传输（realtimestreaming）和顺序流式传输（progressivestreaming）。
一般说来，如视频为实时广播，则使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。
如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。
·顺序流式传输
顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。
由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。
顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方法保证电影播放的最终质量。
这意味着用户在观看前，必须经历延迟，对较慢的连接尤其如此。
对通过调制解调器发布短片段，顺序流式传输显得很实用，它允许用比调制解调器更高的数据速率创建视频片段。
尽管有延迟，毕竟可以发布较高质量的视频片段。
顺序流式文件是放在标准HTTP或FTP服务器上，易于管理，基本上与防火墙无关。
顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如：
讲座、演说与演示。
它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。
·实时流式传输
实时流式传输要求媒体信号带宽与网络连接配匹，使媒体可被实时观看到。
实时流与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。
实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。
理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，可能发生周期暂停。
实时流式传输必须配匹连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图象质量较差。
而且，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。
如欲保证视频质量，顺序流式传输也许更好。
实时流式传输需要特定服务器，如QuickTimeStreamingServer、RealServer与WindowsMediaServer。
这些服务器允许你对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。
实时流式传输还需要特殊网络协议，如：
RTSP（RealtimeStreamingProtocol）或MMS（MicrosoftMediaServer）。
这些协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容。
·流媒体播放方式
（1）单播
在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机,这种传送方式称为单播。
每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。
这种巨大冗余首先将造成服务器沉重的负担，从而出现响应时间过长，甚至停止播放。
（2）组播
ＩＰ组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。
采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。
媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个；所有发出请求的客户端共享同一信息包。
信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量。
网络利用效率大大提高，成本大为下降。
（3）点播与广播
点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。
在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。
用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。
点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，从而影响网络带宽。
广播指的是用户被动接收流。
在广播过程中，客户端接收流，但不能控制流。
例如，用户不能暂停、快进或后退该流。
广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。
使用单播发送时，需要将数据包复制多个拷贝，以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户，而使用广播方式发送，数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户，而不管用户是否需要，上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。
组播吸收了上述两种发送方式的长处，克服了上述两种发送方式的弱点，将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些客户。
组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上，也不会将数据包发送给不需要它的那些客户，保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。
4、用VRML语言制作一个移动的立方体
步骤1:
编写一个立方体，设定背景为白色，程序通过Transform节点，改变了形体的原始位置
#VRMLV2.0utf8
Transform{
translation-500
childrenShape{
geometryBox{}
appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100}}}}
Background{skyColor111}
步骤2:
定义一个时间周期TS，用的是一个时间传感器节点TimeSensor
里面给出周期数值字段cycleInterval，通过loop字段指定是否循环
DEFTSTimeSensor{
cycleInterval10
loopTRUE}
步骤3:
利用PositionInterpolator节点，定义形体的运动轨迹，用DEF命名为PI
意思是在十秒钟内，形体由（-500）移到（500），再回到（-500）
DEFPIPositionInterpolator{
key[00.51]
keyValue[-500,500]}
步骤4:
利用DEF给立方体所在的局部坐标系命名为T
DEFTTransform{
translation-5
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