现代教育技术资料多媒体技术1.docx
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现代教育技术资料多媒体技术1
多媒体技术的迅猛发展对人类的生活产生巨大的影响。
足不出户，您就可以自由的操纵和实时观看虚拟的三维世界，在虚拟图书馆您可以畅游于知识的海洋。
尽情观赏之余，您不免要对这种神秘莫测的多媒体技术产生浓厚的兴趣。
为了满足您的需要，本章将帮您了解多媒体的基础知识。
第一节 媒体的概念
一、基本概念
一般来说，媒体通常被认为是信息的载体。
国际电报电话咨询委员会定义了下列5种类型的媒体：
1．感觉媒体
能直接作用于人的感觉器官、使人产生直接感觉的媒体。
如图像、文字、动画、音乐等均属于感觉媒体。
2．显示媒体
在通信中使电信号和感觉媒体之间产生转换用的媒体。
如键盘、鼠标、显示器、打印机等均属于显示的媒体。
3．表示媒体
为了传送感觉媒体而研究出来的媒体。
如电报码、语言编码等均属于表示媒体。
4．存储媒体
用于存储信号的媒体。
如磁盘、光盘、磁带等均属于存储媒体。
5．传输媒体
用于传输信号的媒体。
如光缆电缆等均属于传输媒体。
“多媒体”译自英文的“Multimedia”，它是20世纪20年代初新出现的一个英文名词，当人们还来不及对它进行系统的分析和总结时，它已经对人类表达、获取和使用信息的方式产生巨大的影响。
由于人们所处的角度和理解上的不同，对多媒体的描述也不尽相同，常见的描述方法有如下几种：
①多媒体就是能同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同的类型信息媒体的技术。
上述信息媒体包括：
图像、动画、活动影像、图形、文字、声音等。
②多媒体就是把多种媒体如文字、音乐、声音、图形、图像、动画、视频等综合集成在一起，产生一种传播和表现信息的全新媒体。
③多媒体的深刻含义在于计算机控制下，信息可以综合使用文字、声音、图形、图像、动画、影视等媒体来表示。
④多媒体实际上是多种技术通过交互式表达而实现的一种组合，这些技术包括声音、图像、影像、动画、文字等。
⑤多媒体是以计算机为中心把处理多种媒体信息的技术集成在一起，它是用来扩展人与计算机交互方式的多种技术的综合。
相信随着多媒体技术的不断发展，人们对它的描述会更加系统而准确。
目前，人们普遍认为多媒体就是指将文字、声音、图形、图像等多种媒体集成应用，并与计算机技术相结合融会到数字环境中的应用。
二、基本特征
报刊、杂志、无线电和电视等属于大众信息传媒、与上述传统媒体相比，多媒体具有下列4个基本特征。
1．集成性
传统的信息处理设备具有封闭、独立和不完整性。
而多媒体技术综合利用了多种设备（如计算机、照相机、录像机、扫描仪、光盘刻录机、网络等）对各种信息进行表现和集成。
2．多维性
传统的信息传播媒体只能传播文字、声音、图像等一种或两种媒体信息，给人的感官刺激是单一的。
而多媒体综合利用了视频处理技术、音频处理技术、图形处理技术、图像处理技术、网络通信技术，扩大了人类处理信息的自由度，多媒体作品带给人的感官刺激是多维的。
3．交互性
人们在与传统的信息传播媒体打交道时，总是处于被动状态。
多媒体是以计算机为中心的，它具有很强的交互性。
借助于键盘、鼠标、声音、触摸屏等，通过计算机程序人们就可以控制各种媒体的播放。
因此，在信息处理和应用过程中，人具有很大的主动性，这样可以增强人对信息的理解力和注意力，延长信息在人脑中的保留时间，并从根本上改变了以往人类所处的被动状态。
4．数字化
与传统的信息传播媒体相比，多媒体系统对各种媒体信息的处理、存储过程是全数字化的。
数字技术的优越性使多媒体系统可以高质量地实现图像与声音的再现、编辑和特技处理，使真实的图像和声音、三维动画以及特技处理实现完美的结合。
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第二节 多媒体的关键技术
多媒体技术是处理文字、声音、图形、图像等媒体的综合技术。
在多媒体技术领域内主要涉及以下几种关键技术：
数据压缩与编码技术、数据压缩传输技术以及以它们为基础的数字图像技术、数字音频技术、数字视频技术、多媒体网络技术和超媒体技术等。
一、数据压缩与编码技术
多媒体系统要处理文字、声音、图形、图像、动画、活动视频等多种媒体信息。
高质量的多媒体系统要处理三维图形、高保真立体声音、真彩色全屏幕运动画面。
为了得到理想视听效果，还要实时处理大量的数字视频、音频信息。
因此，多媒体系统的数据量大的令人难以想象。
这样的数据量对系统处理、存储和传统能力都是一个严峻的考验。
可以说如此之大的数据量是无法承受的。
因此，对多媒体信息进行压缩是十分必要的。
目前，最流行的压缩码标准有两种：
JPEG（Joint Photographic ExpertsGroup），MPEG（Moving Picture Experts Group）。
JPEG是用于静态图像压缩的标准算法，可用于灰度图像和彩色图像压缩。
JPEG有两种基本的压缩算法，一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法；一种是采用以离散余弦变换为基础的有压缩算法。
JPEG算法广泛地应用于彩色图像传真、多媒体CD-ROM、图文档案管理等领域。
JPEG算法可用硬件、软件或两者结合的方法实现。
MPEG是用于动态图像压缩的标准算法，它主要由以下3部分组成：
1．MPEG影视图像，它是关于影视图像数据的压缩编码技术。
2．MPEG声音，它是关于声音数据的压缩编码的技术。
3．MPEG系统，它是关于图像、声音同步播放以及多路复合的技术。
MPEG-1用于数据传输速度为1.5Mbit/s的数字存储媒体，其质量比VHS的质量高。
MPEG-2影视图像的质量是广播级的，它的设计目标是在同一线路上传输更多的Cable-TV信号，因此它采用了更高的数据传输速率。
MPEG-4制定了低数据传输速率的电视节目标准。
二、数字图像技术
数字图像技术亦称计算机图像技术。
在图、文、声三种形式媒体中图像所含的信息量是最大的。
人的知识绝大部分是通过视觉获得的；而图像的特点是只能通过人的视觉感受，并且非常依赖于人的视觉器官。
计算机图像技术就是图像进行计算机处理。
使其更适合人眼或仪器的分辨，拾取其中信息。
计算机图像处理的过程包括输入、数字化处理和输出。
输入即图像采集和数字化，就是要对模拟图像抽样、量化后得到数字图像，并存储到计算机中以待进一步处理。
数字化处理是按一定要求对数字图像进行诸如：
滤波、锐化、复原、重现、矫正等处理，以提取图像中的主要信息。
输出则是将处理后的数字图像显示、打印或以其他方式表现出来。
三、数字音频技术
多媒体技术中的数字音频技术包括三个方面的内容：
①声音采集及回放技术。
②声音识别技术。
③声音合成技术。
上述三个方面的技术在计算机的硬件上都是通过“声效卡”（简称声卡）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回放出来的功能。
而数字声音处理、声音识别、声音合成则是通过计算机软件来实现的。
1．声音采集及回放技术
无论是语音还是音乐，在运行计算机录音程序并通过声卡录制后，都以扩展名为“wav”的文件放到磁盘上。
再运行相应的程序便对它们进行数字化音频处理；同时也可将它们通过声卡回放。
这些文件的大小取决于录制它们时所选取的参数。
2．声音识别技术
声音识别技术的主要研究是语音识别。
个人计算机正在朝着微型化的方向飞速发展。
当个人计算机微型化到一定程度，如：
仅有手表或戒指大小时，键盘、鼠标之类的输入设备将被新的输入方式取替。
代之而起的应是语言输入设备，形成语言操作系统，用语言命令代替键盘和图标命令。
人类使用的文字大致可分为两类：
拼音文字和象形文字。
拼音文字在学习、拼写、阅读、自动化控制（如计算机）等方面有着绝对的优势。
计算机技术发展到今天这个水平，拼音文字起着关键性的作用。
汉字作为一种象形文字，伴随着计算机技术的发展，其发音方式在计算机的语音识别中却有着突出的优点。
同英语相比，汉语语音有着明显的音节，这就使汉语在计算机语音命令处理中成为最优秀的语言。
目前，汉语语音识别的听写系统的平均最高识别率可达95%以上，而汉字录入速度可达150汉字/分钟；基本跟上了正常的说话速度。
3．声音合成技术
声音合成技术主要用于语音合成和音乐合成（MIDI音乐）。
语音合成技术的作用刚好与语音识别作用相反。
语音识别是将语音转换成为文本（文字）或代码。
而语音合成则是将是文本（文字）或代码转换成相应的发音。
语音识别可以在你讲演的同时自动地形成了讲话记录稿。
而语音合成将在你输入讲稿时，实时地播出演讲发音。
MIDI音乐应属于合成音乐。
它的工作原理是：
在声卡上安放有大容量的存储器，其中固化了各种乐器不同情况下的发声波形采样数据，并且每组数据都对应有一定的代码；这称为硬件“波表”（WT--WaveTable）。
当使用MIDI音乐编辑软件做曲时，便形成了MIDI音乐文件（扩展名为“MID”），该文件实际上是上述代码组成的序列。
播放该文件，声卡将根据其中代码取出各种波形数据合成为音乐。
四、数字视频技术
数字视频技术与数字音频技术相似。
只是视频的带宽更高，大于6MHz。
而音频带宽只有20KHz。
数字视频技术一般应包括：
①视频采集回放
②视频编辑
③三维动画视频制作
视频采集及回放与音频采集及回放类似，需要有图像采集卡和相应软件的支持。
所不同的是在视频采集时要考虑制式（NTSC制、PAL制等）问题和每秒帧数（NTSC制：
30/秒、PAL制：
25/秒等）问题。
视频采集数据在磁盘上存放时的文件格式多为“avi”和“mpg”。
其中mpg文件的存储量大约为avi文件的1/5至1/10。
视频编辑是对磁盘上的视频文件进行剪辑、逐帧修编、加入特技等处理。
三维动画视频制作是运用相应软件，将静止图像转换成为动画视频图像。
视频编辑和三维动画视频制作可以在没有图像采集卡的环境下完成。
五、多媒体网络技术
可运行多种媒体的计算机网络称为多媒体网络，数字化的多媒体网络将多媒体信息的获取、处理、编辑、存储融为一体，并在网络上运行，这样的多媒体系统不受时空的的限制，多个用户可以共享网上的多媒体信息，此外，多个用户还可以同时对同一个文件进行编辑。
在进行多媒体网络通信时，有时需要实时同步传送音频和视频信号；有时传送非实时的多媒体信息。
前者称为同步通信，后者称为异步通信。
目前较成熟的网络有ANSI的FDDI局域网和CCITT的B-ISDN公用网，其中FDDI（Fiber Distributed DataInterface）是一组提供分布式应用和图像传输所需宽带的光纤局域网络标准。
B-ISDN（BroadbandISDN）采用ATM技术，具有宽带和多媒体通信能力，可提供先进的智能网络服务功能。
六、超媒体技术
超媒体是收集、存储、浏览离散信息并建立和表示信息之间关系的技术，它可以理解为将多媒体用链连接而组成的网，媒体之间的链接是错综复杂的。
用户可以对该网进行查询、浏览等操作。
这种非线性网络结构由节点和链组成，其中节点是存储信息的单元，而链代表不同节点中所存信息之间的联系。
在任意两个节点之间可以有许多不同的路径，用户可以根据需要选择使用。
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第三节 多媒体技术应用在教育中的方式
多媒体教育是在计算机辅助教育的基础上发展起来的，经过数十年的研究和开发表明，各级各类学校的一切教育和管理工作均可由多媒体计算机系统来执行。
多媒体教育的应用主要有两大领域，一是为学生和学习服务，另一类是为教师和管理服务。
多媒体技术应用到教育与教学领域后，使得教育和教学方式也发生了重要变化，为教育领域提供了全新的教育模式。
一、多媒体教学系统
多媒体教学系统采用了超文本结构，克服了传统教学知识结构的缺陷，具有呈现信息的多种形式非线性网状结构的特点，符合教育认知规律。
从教学模式上，多媒体教学系统既可以进行个别化自由学习，又能形成相互协作学习；从教学手段上，多媒体教学系统强调以计算机为中心的多媒体群的作用，从根本上改变了传统教学中教师、学生、教材三点一线的格局。
在多媒体网络教学环境下，学校的功能和结构将发生了相应的改变。
二、虚拟现实和仿真教学系统
虚拟现实技术是利用计算机生成一个具有逼真视觉、听觉及嗅觉的模拟现实的环境，学生可以与这一虚拟的现实环境进行交互，交互作用的结果与学生在相应的真实环境中所体验的结果相似或相同。
现代教育强调学生的实践动手能力，培养学生解决实际问题的能力和生产第一线进行现场技术指导及管理的能力。
虚拟现实和仿真教学系统可以虚拟出真实环境中难以实现的环境，可使学生“真刀真枪”地参加生产实践，它是在计算机与网络上生成的模拟现实环境中直接得到技能训练。
三、远程教育
远程教育是跨越校园，借助传统或最新信息媒介进行教学活动。
它也是学校教育向社会的延伸，为各种类型的社会成员提供了“终生教育”的机会，在今天知识更新、科技发展极为迅速的信息社会里，它受到了越来越多的人们重视。
远程教育是利用广播电视和计算机网络等进行教学活动的，计算机网络具有形象生动和交互功能强的优点，是当今信息社会中进行远程教育最有前景的一种形式。
以计算机网络为形式的远程教育主要有两种类型，一种是由教育部批准的部分高校，通过专线双向CATV系统及因特网系统，以远程教育学院的形式向社会招生，对于修业期满并成绩合格者将发给该校的（远程教育）毕业文凭。
另一种则是遍及全国的各种类型网校，主要是利用因特网进行教学活动。
前一种类型的远程教育授课主要通过双向视频会议系统，由广播电讯部门提供一条DDN数字数据网络信道，并在各地选择一些学校作为远程教育站点，负责组织当地学生的教学活动并且进行学籍管理。
远程教育采用的双向系统为学生的提问提供了方便。
除此之外，还采用因特网中的电子邮件、公告牌、远程数据库访问等功能，学习者需登记、交费后方能参加学习。
教学内容可以以公告牌形式发布，有菜单引导，便于搜索和阅读。
学习者的作业及批改、提问与答疑，均要通过电子邮件形式传送。
这种方式的“教”与“学”是异步进行的。
教师根据教学要求随时都可将教学内容发送出去，而学生可以在他有空的时候阅读学习。
同样，学习者的作业、提问与教师的批改、答疑也是异步进行的。
这样的教学形式给教师和学习者都留下了很大的自由空间。
四、校园网
园网是在校园内专门用于学校教育活动的局域网，它为学校提供教学、科研、管理和通讯四大功能。
校园网的四大功能示意图如图1-1所示。
图1-1校园网功能示意图
校园网是为师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。
校园网内局域网之间可以通过有线或者无线的方式进行连接，校园网还须通过有线或者无线方式接入到中国教育科研网等公用网上，通过网络实现校园内外和国内外的教育资源共享。
校园网是由主干网络和子网络两个层次组成的综合体系，二者构成了校园网的物质基础。
校园网中的主干网是由交换机、路由器等设备连接构成的网络部分，用于实现子网络的连接及Internet网络资源的访问。
子网络是校园网中网络资源的提供者和使用者，是构成校园网络的基础部分，如图1-2所示。
图1-2校园网络
在校园网络中，多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库等都可以在网络上运行。
校园网除了为教学、科研提供先进的信息化教学环境以外，它还具有教务、行政和后勤管理功能。
1．教学功能——为学校提供信息化的教学环境。
包括：
①对教师提供备课、讲课、辅导、考试的环境和进行科研的环境。
②对学生提供听课、复习、答疑、考试的环境。
2．管理功能——包括教学、行政和总务管理。
包括：
①教学教务管理包括课程、考试安排，学生成绩与学籍管理、实验室管理和图书资料管理等。
②行政事务管理包括校务、档案、科室等工作的管理。
③后勤管理包括财务、设备和食堂等管理。
3．通讯功能——通过网关、路由器和调制器与校外通讯联系，包括与因特网（Internet）、中国教育科研网（Cernet）的连接，以及公共交换电话网（PSTN）的联系等。
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第四节 多媒体计算机系统
多媒体计算机系统有多种多样，最为普通的是MPC系统。
下面从多媒体处理对PC机系统的基本需要出发，进行需求量的一些简单分析，然后介绍PC机配置上的一些可选择项目以及为满足多媒体基本要求须在PC机上改动的几个方面。
一、多媒体计算机应能实现的功能
多媒体计算机能够播放视频片段、声音、录像、图像、动画或文本，也能够控制诸如录像机、放像机、光驱、合成器和摄像机之类的外围设备。
下面通过对多媒体中的各种媒体的分析，看看普通PC机那些功能够用，哪些需要加强，哪些需要扩充。
1．实现文字处理
如果对打印字体和输出格式不讲究，那么只要求PC机能有显示卡和监视器等最基本的配置就可以打字。
支持系统正常运转需要有操作系统，实现文字处理要有字处理软件支持。
如果需要处理汉字，扩充一个较好的汉字系统就可以解决问题。
要想看彩色显示就必须要有彩色显示器和支持显示彩色的显示卡，并且至少需要彩色显示系统的功能要达到VGA标准，即屏幕横向线可分解为640个点，纵向线分解为480个点，并可同时显示256种不同的颜色。
这一显示精度要求的一般表示为：
640×480分辨率、256色。
如果再需要对打印或显示字符的字体和版面格式有更高的要求，就需要在PC机上安装一个档次高些的字处理软件以及相应的辅助数据，如不同字型的字库。
2．显示彩色照片效果的图像
在VGA标准下，一般可满足显示彩色照片的要求。
但是，要想把照片输入（即数字化）到机器中，必须要配合一台彩色图片扫描仪或者摄像机，还需要配套的接口电路和应用软件。
处理彩色照片的要求还不仅于此，下列情况也需要考虑：
存储容量：
一幅VGA满屏幕的彩色照片，数字化后的信息量为30KB，如果PC机的存储部件（内存/显示缓解/硬盘等）容量不足，还是不能处理彩色照片。
处理速度：
图像处理一般都是一个像素一个像素进行的，全屏图像有640×480=307200个像素，每个像素有颜色数据RGB（红绿兰）三个数值，即有约IMB字节的实际数据量，假设一个像素的处理时间为百万分之一秒时；如果使用速度降低500倍的CPU，则需要500秒，即将近十分钟。
对复杂的图像处理实际情况比这还要严重。
因此图像处理CPU速度有较高的要求，图像处理需要进行大量的高精度的实数运算，有些应用系统要求必须配合协调处理器。
3．处理视像
视像可简单的理解为电视中看到的画面，其数据组成和电影与录像情况一样，都是一帧接一帧的连续相关图像。
按电视播放标准一秒钟显示25帧或30帧图像，每帧300KB数据量，一秒钟显示数据量为7．5MB或9MB，这样流量的数据所经过的任何地方，比如PC机的数据总线和硬盘，传输速度必须不低于每秒10MB。
否则视像的显示就达不到实时的要求。
另外，对CPU速度和存储量的要求更高，因为一分钟视像要45MB，而且这里还没有算上电视的伴音数据量。
实用的系统必须对视像数据进行压缩处理。
一般可压缩到原数据量的二十分之一到二百分之一。
尽管如此，一个1GB的磁盘也只能存储一个小时的视像数据。
压缩的重要性还体现在对减少系统传输速率传输方面，单位时间数据量减少，传输要求自然就会低一些。
4．处理声音
声音数据量以普通音质计算，一秒约1KB。
一分钟约66KB。
换句话说就是一张1.44MB的软盘仅能存储2分钟左右的声音。
以最高音质计算，存储一分钟的声音需要5张软盘。
声音数据一般能达到5倍以上。
能够保障存储容量要求，如果想听一段计算机播放的交响乐是否可以呢？
一种方法是使用PC机的喇叭，这个原设计用作蜂鸣器的喇叭播音效果最多只能达到电话声音水平，希望获得较高品质的声音效果必须要另外采取措施。
通常一个多媒体PC总要配备一个光盘驱动器，一块声音卡和一对音箱，用光驱读出的激光盘数据，经过声音卡处理得到的声音信号并送到音箱，才能播放出优美的声音，光驱是多媒体应用的基本设备之一。
从以上介绍得知，多媒体计算机确实与众不同，其特点表现为存储器容量大，专用部件多，外部设备多，软件系统复杂，处理速度高。
二、多媒体计算机（MPC）系统配置
过去计算机公司曾经制定过一个多媒体PC机（MPC）的标准，由于PC机和多媒体技术发展极其迅速，这一标准很快失去了意义，至多能够用来作为设计多媒体应用系统的最低设备要求。
假定我们使用的PC机具有文字、表格、图像、二维动画、声音和视像各自的媒体处理功能和多媒体综合处理能力。
下面介绍一下根据这一假定来配置MPC系统。
MPC系统包括硬件和软件两个方面。
1．多媒体计算机的硬件配置
多媒体计算机（MultimediaPersonalComputer）缩写MPC是在普通个人计算机（PC）的基础上配加相应的媒体外设而构成。
外形如图1-3所示。
图1-3 多媒体计算机
普通计算机是由中央处理器、存储器、输入设备和输出设备组成。
中央处理器就是CPU，存储器包括内存、硬盘、光驱和软驱等等，键盘和鼠标是最常用的输入设备，显示器则是最常用的输出设备。
随着Intel公司研制开发出的具有多媒体功能的CPU-PentiumMMX的问世，多媒体计算机系统被赋予了全新的概念。
由于这种CPU具有了多媒体指令性和数字信号处理器（DSP）的功能，使得多媒体计算机将不在依赖于声卡，视卡等多媒体配件。
⑴CPU
CPU是电脑最重要的部件，它是电脑的大脑，支配电脑进行各种工作。
CPU的选择是非常重要的，它的性能几乎决定了整机性能的好坏。
计算机主板上一般不提供CPU芯片，而只提供插件。
CPU外形如图1-4所示。
图1-4 CPU
Pentium级CPU的生产厂商目前主要有三个，Intel，CyRix和AMD三家公司。
Intel公司的产品主要有：
PentiumMMX（MMX是MultimediaExtension的缩写，意为多媒体扩展），主频可达233MHz；PentiumⅡ，主频有350MHz和400MHz两种；PentiumⅢ，起始主频有450MHz和500MHz，2002年PentiumⅢ主频达到了1.2GHz；Pentium4，起始主频为600MHz，目前主频已经达到了2.2GHz。
MPC机的CPU的最低配置可选用PII以上。
⑵主板
主板就是把CPU、存储设备、输入输出设备连接起来的纽带。
主板的类型很多，主要从品牌、芯片组、兼容性、CPU适应范围等诸方面加以考虑，芯片组的个数从2个到5个不等，视主板情况而定。
芯片组一般是以CPU型号相结合。
不同的主板可以向主板I/O总线提供不同频率的工作时钟信号，而I/O总线的不同频率又直接影响主机速度。
主板外形如图1-5所示。
图1-5主板
⑶存储器（内存）
内存是电脑最主要的配件之一，其速度与容量都直接影响到电脑的性能。
通常，内存指的是随机存取存储器，简称RAM。
现在市场上常见的内存有三种：
SDRAM、DDR、RDRAM，其中SDRAM和DDR常用于PC机。
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