多媒体技术及应用.docx

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多媒体技术及应用

第一章绪论

1.1多媒体技术的基本概念

⏹媒体——信息表示和传输的载体。

媒体的分类：

感觉媒体、表示媒体、表现媒体（显现媒体）、存储媒体、传输媒体

从人类感受信息的感觉器官角度来看，媒体可划分为视觉类、听觉类、触觉类和其他感觉类等几大类。

⏹感觉媒体（PerceptionMedium）：

人们的感觉器官能感觉到的信息的自然种类，如人类的语言、音乐，自然界的各种声音、图形图像等。

⏹表示媒体（RepresentationMedium）：

是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造出来的媒体，用以定义信息的特性。

表示媒体以语音编码、图像编码和文本编码等形式来描述。

⏹显现媒体（PresentationMedium）：

指感觉媒体与电信号间相互转换用的一类媒体，即显现信息或获取信息的物理设备。

如显示器、扬声器、打印机等输出类显现媒体，以及键盘、鼠标器、扫描仪、话筒和摄像机等输入类显现媒体。

⏹存储媒体（StorageMedium）：

只存储表示媒体数据（感觉媒体数字化后的代码）的物理设备，如光盘、磁盘、磁带等。

⏹传输媒体（TransmissionMedium）：

指媒体传输用的异类物理载体，如同轴电缆、光缆、双绞线、无线电链路等。

多媒体技术——计算机交互式综合处理文本、图形、图像、声音和动画等多种媒体信息，使多种信息建立逻辑关系，集成为一个系统并具有交互性。

⏹多媒体技术特点：

信息载体的多样性、集成性、实时性、交互性、数字化

⏹多媒体技术是一门综合的高新技术，它是微电子技术、计算机技术、通信技术等相关学科综合发展的产物。

⏹多媒体系统是一种趋于人性化的多维信息处理系统，它以计算机系统为核心，利用多媒体技术实现多媒体信息的采集、压缩编码、实时处理、存储、传输、解压缩、还原输出等综合处理能力，并提供友好的人际交互方式。

⏹具备多媒体信息处理能力的计算机被称为多媒体计算机。

多媒体信息在计算机中的基本形式：

⏹文本、图形、图像、动画、视频、音频

多媒体信息的组织方式：

⏹顺序文本

⏹超文本

⏹超媒体

1.2多媒体技术的产生与发展

1.2.1多媒体计算机技术的发展历程

⏹启蒙发展阶段

✓多媒体计算机技术最早起源于20世纪80年代中期。

✓1984年Apple公司研制Macintosh计算机，创造性使用了位映射（bitmap）、窗口（window）、图符（icon）等技术，增加了图形处理功能，改善了人机交互界面，方便了用户的操作。

✓1985年，Microsoft公司推出了Windows，它是一个多任务的图形操作系统。

✓1985年，计算机Amiga系统。

✓1986年，荷兰Philips公司和日本Sony公司联合推出CD-I，同时公布该系统所采用的CD-ROM光盘的数据格式，这项技术对大容量存储设备光盘的发展产生了巨大的影响。

✓1983年，开始研制交互式数字视频系统DVI。

⏹标准化阶段

⏹1990年10月，在微软公司召开多媒体开发工作者会议上提出MPC1.0标准，开始对多媒体计算机的软硬件系统的配置做出基本要求。

⏹1993年由IBM、Intel等数十家软硬件公司组成的多媒体个人计算机市场协会发布了多媒体个人机的性能标准MPC2.0。

⏹1995年6月，该协会又宣布了新的多媒体个人机技术规范MPC3.0。

⏹一些国际标准化组织还制定了一些与多媒体技术相关的一些国际标准。

多灰度静态图像的数字压缩编码标准JPEG于1986年正式开始制订，1992年7月2日表决通过标准的第一部分。

⏹为了弥补传统JPEG压缩技术缺陷而制定的JPEG2000标准的编码算法在2000年3月的东京会议被确定。

⏹第一个实用化的、适应于会议电视和可视电话要求的H.261标准1984年提出。

活动图像的编码压缩标准

⏹MPEG-1于1993年公布;

⏹1994年发表了MPEG-2标准,该标准向下兼容MPEG-1,向上兼容HDTV的图像质量;

⏹1999年公布了MPEG-4标准。

⏹另外，还有一些新的标准不断的被制定、发布和应用，如MPEG-7、MPEG-21标准等。

这些标准基本上都得到了广泛的应用，极大的促进了多媒体技术的普及应用。

1.2.2研究意义

⏹满足了人类信息交流的要求。

⏹多媒体技术的引入使各种信息系统提高了工作效率。

多媒体技术应用

⏹教育和培训

⏹咨询和演示

⏹娱乐和游戏

⏹管理信息系统（MIS）

⏹视频会议系统

⏹计算机支持协同工作（CSCW）（如远程会诊系统、远程报纸共编系统）

⏹视频服务系统（如视频点播、视频购物等）

发展前景

⏹家庭教育和个人娱乐是目前国际多媒体市场的主流。

⏹销售、演示和MIS是多媒体技术应用的重要方面。

⏹多媒体通信和分布式多媒体系统是多媒体技术今后的发展方向。

⏹从长远观点来看，进一步提高多媒体计算机系统的智能性是不变的主题

1.3多媒体技术研究的主要内容

⏹版本一：

•多媒体数据压缩/解压算法的研究

•多媒体信息存储技术

•多媒体网络通信技术

•多媒体专用芯片技术

•多媒体人机交互技术

•多媒体软件技术

1.3多媒体技术研究的主要内容

⏹版本二：

•多媒体技术基础：

媒体的基本特性和多媒体数据压缩/解压算法的研究

•多媒体软硬件平台技术

•多媒体操作系统技术

•多媒体信息管理技术：

超媒体和多媒体数据库

•多媒体通信与分布应用技术

1.3多媒体技术研究的主要内容

⏹版本三：

•媒体的基本特性和多媒体数据压缩/解压算法的研究

•多媒体数据存储技术

•多媒体计算机硬件平台

•多媒体计算机软件平台

•多媒体开发和创作工具

•多媒体数据库

•超文本和超媒体

•多媒体通信与分布式多媒体系统

•多媒体操作系统技术

⏹多媒体的基础技术+多媒体信息处理技术

⏹从应用功能层面看

⏹从系统性能的层面看

数据压缩编码与解压缩技术是多媒体技术的关键技术

第二章多媒体教学系统

2.1　多媒体网络教室

●功能

●分类

●硬件构成

功能

自由练习、视听教学、集体讨论、学生示范、个别辅导、语音教学、语音自学、双向对讲、电子白板、教学管理、操作控制、清除举手、黑屏解除、查看学生、自动查看、学生分组、网络考试、黑屏

★屏幕广播

　　将教师终端的屏幕内容实时传播给全部或部分学生终端屏幕上，并可在广播屏幕图象时实时广播教师的语音。

方便的电子教鞭使教师的讲课更为生动；

★转播屏幕

　　可将某一学生终端的屏幕内容广播给其他学生观看，起到学生操作示范的作用。

在转播学生屏幕的同时，可允许教师讲解或示范学生作讲解；

★屏幕监看

　　教师终端可随时监看学生终端的屏幕内容及操作。

教师可同时监看4个学生终端或全屏清晰地监看某一学生；

★遥控辅导

　　教师终端屏幕显示远程学生终端的屏幕内容，并可直接远程控制学生终端，可给具体学生"手把手"地教学辅导；

★语音教学

　　将教师的语音或教师终端的多媒体音频实时传送到一个、多个或全部学生终端上播放，真正实现多媒体教室的教学效果；

★师生对讲

　在教师和某一具体学生之间彼此通过语音来对讲交流，彼此均可在讲话的同时收听对方的发言；

★课堂讨论

　　对在线的学生可进行全体讨论或分组讨论，在全体讨论中可进行文字的讨论，同时教师可以语音提问，学生也可用语音回答和发言；

★文件传输

　　文件传输提供点对点式的FTP传输和文件分发两种方式的文件传输处理。

教师可查看具体学生机上的所有文件，并可上传、下载、运行或删除学生机上的文件。

文件分发可将教师机上的一个或同个文件同时分发给在线的全体或部分学生终端；

★网上影院

　　实时广播教师终端上的视频，如MPEG、VCD或教学演示光盘等，并可对视频进行相关控制，使部分或全体学生终端上实时同步播放视频和音频。

★网上消息

　　教师终端可给本课堂的部分或全体学生发送简短文字消息，给学生以简明的实时提醒。

学生也可给教师发送问题或消息，并可查看教师曾发送过来的信息；

★远程命令

　　教师可向学生终端发送黑屏锁定、远程复位、关闭计算机等命令，并可以让全体学生同时运行应用程序，如计算器、写字板、Winword等；

★远程配置

　　教师终端可以查看学生机的相关配置信息，如磁盘空间、内存、操作系统等，并可以统一配置学生机的使用权限、屏幕分辨率等设置。

分类

●纯软件方式

●软硬件结合方式

●纯硬件方式

一般系统硬件构成

●工作站计算机

●服务器计算机

●连网硬件

●多媒体网络教学系统

多媒体网络教室的逻辑构成

●计算机网络系统

●教学支持系统

•核心控制系统

•网络教学管理系统

●教学资源系统

●优点：

可使用交互性的CAI软件，能进行个别化学习，对环境要求不高，视觉效果好，可同时兼顾计算机教学、语音教学和CAI教学，设备利用率高，成本低。

●缺点：

结合黑板等常规教学手段比较困难，课堂纪律不好控制，另外在多媒体网络教室中，学生人数受计算机数量限制，当学生数量多于计算机数量时，教学效果将受影响。

常见多媒体网络教室系统

●HiClass多媒体教学系统

●苦丁香多媒体教育网LS-MENet

●金山顶尖多媒体视听教学系统

●鹏博士多媒体辅助教学系统

●巨龙TOP98HARD多媒体教学网

●WinSchool多媒体电脑教学系统

2.2　多功能教室

1、系统功能

2、系统组成

3、优点和缺点

1、系统功能

●将计算机显示的高分辨率图形界面及视频设备播放的图像信号，投至大屏幕上，便于教师演示和讲解。

●无需前期制作，便可以将课件、文稿、图片、照片、书写胶片及立体实物等转换成高清晰度图像、投影至大屏幕上。

●可利用因特网进行现场教学，也能将该系统的教学实况通过网络实现远距离教学。

●可与有线电视网相连，接受有线电视网传送的电视教学节目及其他节目。

●可快速、直观教授实验、实现操作全过程。

●可同期录制教学全过程，用于制作教学片、课后讲评及教学交流。

●系统操作简单，使用者不需经过专业培训即能使用。

2、系统组成

●中央控制系统

●投影设备

●视频展示设备

●多媒体计算机

●视音频设备

●音响设备

视频展示台的工作原理

视频展示台的使用

视频展示台的使用1

视频展示台的使用2

视频展示台的使用3

教学银幕

（按银幕的材料分）

Ø白布幕

Ø木板幕

Ø玻璃微珠幕

Ø布基白塑幕

Ø玻璃微珠定向幕

Ø投射式银幕

Ø金属银幕

教学银幕的使用

Ø银幕距第一排学生的距离应为银幕宽度的1.3--1.5倍太近会使视者感觉画面不清晰,不稳定,容易产生疲劳

Ø银幕距最后一排学生的距离应为银幕宽度的5倍,否则,视者不容易观察分析图像的细部,也容易产生疲劳

Ø第一排最后边缘学生至银幕远边的视线与幕面的视角不应小于45度

Ø幻灯投影设备之光轴与银幕中垂线的夹角应小于12度,否则图象会产生明显的梯形失真

Ø银幕使用过程中要注意爱护,防止灰尘，污物,防止高温和受潮,防止暴晒,防止碰伤划伤

投影机

●CRT（CathodeRayTube）是阴极射线管。

是应用较为广泛的一种显示技术。

通常所说的三枪投影机就是由三个CRT投影管组成的投影机。

CRT投影机显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力；缺点是亮度很低，操作复杂，体积庞大，对安装环境要求较高，并且价格昂贵，目前已经基本退出市场。

●LCD（LiquidCrystalDisplay）投影机是目前投影机市场上的主要产品。

液晶是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，工作性质受温度影响很大，其工作温度为-55度——+77度。

投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。

LCD投影机色彩还原较好、分辨率可达SXGA标准，体积小，重量轻，操作、携带极其方便，并且价格比较低廉，因此成为投影机市场上的主要产品。

●DLP（DigitalLightProcessor）数码光路处理器。

DLP投影机以DMD（DigitalMicormirrorDevice）数字微镜作为成像器件。

DLP投影机的技术是一种反射式投影技术。

其特点是图像灰度等级提高，成像器件的总光效率大大提高，对比度非常出色，色彩锐利。

缺点是目前DLP投影机的分辨率还难以做到XGA标准，图象均匀度有待提高，色彩略有偏差，技术有待进一步成熟

小型液晶投影系统

小型液晶投影系统

小型液晶投影系统

优点：

●可以和各种视频设备组合，使用灵活

●高亮度、高色彩、高清晰度的投影效果

缺点：

●设备昂贵

●需要使用者掌握一定的操作技术：

系统比起投影机、幻灯机结构复杂。

●不利于提供声音材料：

小型液晶投影系统只能提供视觉信息

3、优点和缺点

●优点：

适合使用演示性的CAI课件，能同时结合常规教学手段进行教学，对学生数量没有太大的限制，加之它还有具有其他功能，应用较广。

●缺点：

比较难于体现新的教学思想，投影仪价格比较高。

2.3微格教学系统

●①微格教室。

现在一般配有多媒体计算机、视频展示台、话筒、摄像机、电视机。

话筒和摄像机用来拾取模拟教师的声音和教学活动形象，如有条件，还可用另一台摄像机用来拾取模拟学生的学习反应情况。

室内还设置一台电视机用来重放已记录的教学过程数字视频或录像，供同学们进行评价分析。

多媒体计算机与视频展示台、话筒、摄像机、电视机相连，在多媒体计算机上通过相应管理系统控制管理这些设备。

话筒和摄像机拾取的数据可直接以数字化视频的形式存储在计算机中。

●②控制室。

一般配有多媒体计算机、视频采集卡、视频分配器、监视器等设备。

从每间微格教室送来的模拟教师、模拟学生教学活动的两路视频信号一路经视频采集卡采集存储在控制室的中心计算机中，另一路则可经视频分配器把教学实况信号直接送到观摩室，供同步评述分析。

●③观摩室。

装有电视机的普通电教室。

把控制室中经视频切换器选择后的视频信号送到电视机上，即可实行同步播放教学实习的实况，供指导教师现场评述，使较多的学生观摩分析。

●④示范室。

与各间微格教室、控制室组成一个闭路电视双向传播系统。

在示范室可以选择收看任一间微格教室的教学训练活动的实况；也可以将示范室的教学活动情况同步传输到各间微格教室；示范室还可以作为学校闭路电视台的演播室，摄制新闻节目、教育节目、艺术节目、采访节目、知识竞赛节目等。

1．系统功能

①分组训练。

将师范生分组，到各自的微格教室，扮演各自的角色：

模拟教师或模拟学生。

②交互学习。

小组与小组之间相互学习、讨论。

③示范教学。

在开展微格教学前，指导教师可在示范室播放、分析教学技能训练、模拟教学、优秀教师课堂教学视频，为受训学生提供典型示范。

③讲评教学。

教学训练操作完成后，指导教师与受训学生（模拟师生）一起在示范室内观看教学训练视频，指导教师对受训学生的教学技能进行分析、评价。

教学应用

●基本技能训练

●教育技术基本技能训练

●信息技术与课堂教学的整合训练

●基于探究式学习、发现式学习、协作化学习等新的教学模式的教学组织技能训练。

●用作视频直播教室

●其他应用

主要设备配置

●摄像头、摄像机及全方位云台

●拾音头

●音视频矩阵切换主机及节目编辑机、特技机

●其它设备

第三章多媒体硬件环境

3.1光存储设备

3.2音频接口

3.3视频接口

3.4多媒体I/O设备

●CD-DA存放数字化的音乐节目

●CD-G存放静止图像和音乐节目,用于存储卡拉OK静止画面

●CD-V存放模拟的电视图像和数字化的声音

●CD-ROM存放数字化的文、图、声、象等

●CD-I存放数字化的文、图、声、象（静止的）、动画等

●CD-IFMV存放数字化的电影、电视等节目

●卡拉OKCD存放数字化的卡拉OK节目

●VideoCD存放数字化的电影、电视等节目

●Photo-CD存放的主要是照片、艺术品

●PhotoCD格式

柯达公司的相片图形影像专用格式，它也适合于数字音频。

●KaraokeCD格式

由日本的JVC公司于1992年开发而成，用以同光锋的激光唱盘卡拉OK播放器竞争，而后者曾垄断了亚洲市场。

●CD-V（CD-Video）的视频信号可直接输入给电视机

●CD-G（CD-Graphic）用于存储卡拉OK静止画面

●VideoCD格式

JVC公司-Philips联合采用的KaraokeCD格式（主要用于卡拉OK），用于提供动态控制功能，与VCR上所采用的功能一样，也称为白皮书视频。

VideoCD有三个标准，VideoCD1.0、VideoCD1.1、VideoCD2.0。

VideoCD2.0增加了两个主要功能，即节目菜单和播放高清晰度静止画面。

●CVD称为中国数字视频标准，主要采用了MPEG-2压缩技术（事实上CVD的图像质量要略低于MPEG-2标准）、变速率VRB编码技术、高清晰度图形字幕技术和多伴音技术。

CVD在物理上与VCD没有本质的区别。

●SVCD（SuperVCD）由我国原电子工业部提出，中国录制化标准委员会联合国内外著名公司及有关专家共同研制开发，基本要求是中国版权、国际标准。

采用MPEG-2编码技术，是VCD、CVD的更新换代产品，其突出优点是图像水平清晰度从VCD的250线提高到350线，但光盘的存储时间从VCD的74分下降到了45分。

CD盘片的结构

CD盘片的结构

CD盘的光道结构

原版盘制作示意图

V-CD盘的整个制作过程

光学读出头的基本结构

CD盘的读出原理

DVD盘和CD盘之间的差别

单面单层光盘的结构

EVD和HDV

●　EVD全称为新一代高密度数字激光视盘系统，与DVD及超级VCD相比较，技术优势明显，填补了国内高清晰度节目光盘存储播放方面的空白。

2001年底，EVD通过信产部的技术鉴定，该技术标准由阜国电子主导开发。

●　HVD由中关村高新技术企业凯诚高清电子技术公司研制出的、具有自主知识产权的高科技产品，不仅能播放高清晰度数字节目，还能上网、游戏和进行文字处理。

●根据有机染料层的颜色及反射层材料的不同，CD-R光盘有白金盘、金盘、钻石盘、蓝盘和绿盘之分。

从特性上来说，白金盘具有较好的兼容性，低速到高速的刻录机都适用，另外价格很便宜；蓝盘在写入和读取数据时有较高的准确性；金盘有较好的抗光性。

钻石盘有最高的认盘和读取速度，但要高速的刻录机方能很好的使用。

●CD-R光盘刻录格式

●ISO9660规范

●多段PhotoCD

●混合模式与特殊模式CD规范

●通用光盘格式UDF规范

IS09660标准

IS09660标准，又称HighSierra标准。

名称是“信息处理：

CD-ROM信息交换的卷结构和文件结构“。

该标准的要点包括：

●以黄皮书标准定义的物理格式为基础；

●利用CD-ROM的只读特性；

●尽量减少读取信息的搜索次数；

●适用于所有的操作系统；

●保证适用于所有的符号设备，包括日文、中文等；标准将可扩展到WORM（WriteOnce-ReadMany）和可重写介质。

3.2音频接口

典型音频卡的平面图

音频卡的接口

音频卡主要功能

●音频的录制：

Speakin（麦克风）、Linein（立体声线路输入）

●播放：

Lineout、Speakout接音箱

●编辑与合成：

剪辑和特殊效果处理

●MIDI：

乐器数字接口。

规定了计算机音乐程序、电子合成器和其它电子设备之间交换信息与控制信号的方法。

通过软件，计算机可以直接对外部电子乐器进行控制和操作。

音乐合成功能和性能依赖于合成芯片。

合成方法：

调频（FM）方式、波表（软波表或硬波表）。

●文语转换和语音识别：

使用软件把计算机内的文本转换成声音和识别语音。

●CD-ROM接口：

与CD-ROM音频输出相接可播放CD。

CD-ROM接口提供了从CD-ROM的CD-DA的输出信号到声卡音源输入的通路，CD-ROM播放CD唱盘的音频时，将音频信号直接通过声卡的功放送到扬声器，通过调节声卡的音量控制，即可控制CD唱盘的音量。

●游戏接口：

接游戏柄或电子乐器设备

●核心：

DSP（数字声音处理器）、FM音乐合成器及MIDI控制器

●总线接口：

ISA、PCI

●声道：

2、4、6声道

3.3视频接口

●视频信号的获取、处理与输出

●视频卡的种类、功能与工作原理

3.3.1视频信号的获取、处理与输出

3.3.2视频卡的种类、功能与工作原理

●电视接收卡

●视频转换/捕获卡

●视频编码卡

●MPEG解压卡

●视频流压缩卡

电视接收卡

视频转换/捕获卡

主要功能

●活动数字影像的显示、抓取录制、支持MicrosoftVideoforWindows；

●实时数字化PAL或NTSC视频信号，速率可达到30帧/秒

●可从录像机VCR、摄像机、LD、TV等视频源中抓取、存储输出图像，支持BMP、TGA等多种图形文件格式

●支持4：

2：

2YUV格式可达到64K中颜色

●支持分辨率可达到1024*768

●色度、饱和度、亮度、对比度及RGB三色比例可调

●可控制和调整输入的声音信号

●播放视频时可进行多种视频效果处理，包括频闪、缩放影像、暴光、张贴、镜面映射和RGB颜色分离。

视频编码卡

基本功能

●支持S-Video和复合视频输出

●内置闪烁滤波器用于稳定视频输出

●具有可控制的RGB彩色表，可增强视觉效果和满足特殊需要

●可同时输出VGA和视频信号

●可调整输出的垂直、水平线位及位置，色彩频率等。

MPEG解压卡

视频流压缩卡/流媒体视频压缩卡

●能在互联网上提供视频流传送服务的压缩卡，可通过IP或ATM网络进行数字视频传送。

3.4多媒体I/O设备

●手写板和手写笔

●数字化仪

●显示器

●触摸屏

●扫描仪

●数码相机

●摄像头

手写板和手写笔

数字化仪

显示器

一、显示器的分类：

●CRT显示器

●LCD（液晶）显示器

●PDP（等离子）显示器

●VFD（真空荧光）显示器

其中用的最多的还是CRT显示器和LCD显示器。

1、CRT显示器的分类：

（1）按显示色彩分：

CRT分为单色显示器和彩色显示器。

（2）按屏幕大小分：

14寸、15寸、17寸、20寸和21寸等。

（3）按显像管的类型分：

球面管、平面直角管、柱面管、纯平管显示器。

（4）按调控方式分：

模拟调节、数字调节再到OSD调节。

2、液晶显示器的分类：

●DSTN显示屏

●TFT显示屏

液晶显示器的尺寸主要有11.3寸、12.1寸、13.3寸、14.1寸、15寸、17寸等。

二、CRT显示器的工作原理：

当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚集和加速后