计算机与多媒体
第一章 计算机多媒体述略
第一节 计算机多媒体发展史
在当今信息化社会中，越来越多的人需要使用计算机。但是，随着计算机功能的增强，使用方法也越来越复杂，未经过专业训练的人很难使用它。因此，计算机多媒体技术应运而生了。
多媒体技术是将计算机系统中图形、图像、声音、文字等多种信息媒体综合于一体进行编排处理的技术。它是在原有的计算机运算能力的基础上，扩充了数字信号处理器、大容量光盘、触摸屏和其它的外围设备作为系统的基本配置，以多种形式表达、存储和处理信息，充分调动人们耳闻、口述、目睹、手触等多种感觉器官与计算机交互作用，交流信息，使人与计算机的交流更加方便、更加友好。专家们预言，像 80 年代的个人计算机一样，多媒体技术将是 90 年代计算机技术的一场革命。
1984年Apple 公司推出的Macintosh机引入了 bitmap （位映射）的概念来对图形进行处理，并使用了窗口和图形符号 （icon）作为用户接口。在这个基础上的进一步发展，特别是 1987年8 月引入了超级卡 （Hypercard），使 Macintosh机成为用户可以方便使用的，能处理多种信息媒体的机器。
Apple 公司的 MAC 计算机被公认为是最佳的个人计算机之一。新版本的Macos7.0 新加入了语音压缩功能，加上全真彩色图像的快速绘图系统以及Hypercard 的应用，它将成为多媒体开发的理想环境。著名的多媒体简报系统 Director也使用在MAC 计算机上。
1986 年 3 月，Philips 和 Sony 联合推出了交互式紧凑光盘系统 CD—I （COmpact Disc Inter—active）。该系统把各种多媒体信息，以数字化的形式存放在容量为 650 兆字节的只读光盘上，使用户可以通过交互式的方法查阅存储在CD—ROM 上的多媒体音像数据资料。目前，CD—I可存储7000个图像或有数字立体声音响作伴音的72分钟全屏幕动画。
1987年3 月，RCA 公司推出了交互式数字视频系统DV—I（Digital Video—Interactive）。它以计算机技术为基础，用标准光盘片来存储和检索静止图像、活动图像、声音和其它数据。RCA 公司后来将 DVI 技术卖给了 Intel公司。1989年3 月，Intel宣布将DVI 技术开发成一种可以普及的商品，包括把他们研制的DVI 芯片装在 IBM PS/之上。
IBM公司首先开发出一套 Infowindow多媒体系统。1989 年 IBM 又推出AVC （Audio Vi—sual Connection）系统，可作为多媒体简报系统，提供立体声输入输出，全真彩色图像输入输出，以及声音和图像编辑、展示等功能。与此同时，IBM与 Intel公司签订了数字视频交互技术 （DVI）授权，并推出Action Media 多媒体系统，包含有： （1）声音/视频摄像版， （2） DVI 压缩/解压缩版， （3）相应软件。以此满足动态实时图像放录的需要。
随着多媒体技术的发展，为建立相应的标准，1990 年 11 月由 Philips等 14家厂商组成的多媒体市场协会应运而生。今后要用MPC这个标志，就要按这个协会所定的技术规格办。MPC标准的第一个层次是在一台 10MHz286AT的基础上增加硬盘和CD—ROM，现在这个标准改为采用16MHz 的386SX。1993年推出的第二个层次的标准包括全活动视频图像，并将音频采样提高到 16位。 多媒体技术的最新发展是1991年第六届国际多媒体和CD—ROM大会上宣布的扩展结构体系标准 CD—ROM/ XA，目的是填补原有标准在音频方面的漏洞。
目前，由于多媒体技术未能统一标准化，导致多媒体软件较为缺乏。另一方面，计算机与电视机、摄像机等音像设备的紧密结合，也要求建立信息交流中共同遵循的标准。因此，标准化在多媒体发展中至关重要。有关的国际标准化委员会正在积极地展开这方面的工作。ISO（Inter—natinal Stan-dards Organization）已提出了用于静止图像的压缩方法 JPEG （JointPhotograph—ic Experts Group）标准草案和用于运动图像连同音频信号的压缩方法 MPEG （Moving Picture ExpertsGroup）标准草案。为了便于在综合服务数字网 （ISDN）提供电视图像服务，CCITT 又提出了PX64Kbps 的电视编码标准，这种标准可用于电视电话会议。这些标准得到了Apple 公司、AT＆T 公司、IBM公司的支持。
第二节 多媒体系统的组成
多媒体系统由主机硬件系统、多媒体数字化外部设备和媒体软件系统三部分组成。
（1）多媒体主机硬件系统。与普通的个人计算机相比，要求具有 20MB以上的内存，外存空间100MB 以上，更快的CPU处理速度，更高分辨率的彩色显示器和更快速的网络能力等特点。
（2）多媒体数字化外部设备。这里包括了数字化声音、图像输入输出装置、话筒、摄像机、音箱等。由于多媒体数据 （尤其声音、视频、图像）需占用大量存储空间，所以新一代的大容量光学存储装置，如CD-ROM 以及WORM（写一次，读多次）光盘等也将是多媒体系统不可缺少的硬件配置。
（3）多媒体软件系统。多媒体软件系统一般可分为：多媒体控制系统、多媒体管理系统、多媒体开发创作系统和多媒体应用系统。
多媒体控制系统负责对多媒体外部设备进行控制管理，提供低层视频、声音等媒体的标准化输入，输出功能模块，规定各种媒体数据的标准存储格式。新的操作系统环境，如 Ma-cos7.0 及Windows3.0 都包含了部分多媒体控制系统所需的功能模块，以此作为多媒体应用发展的基础。
多媒体管理系统负责多媒体数据的存储管理，并提供高层的对多媒体数据的定义、处理、存储、时空同步、检索、调度、管理等功能模块。它吸取并扩充了一系列传统数据库的成功经验，采用面向对象的方法以及超文本等技术，提供给应用软件更方便、功能更强大的开发环境。
多媒体开发创作和系统负责提供对多种媒体进行编辑制作及游览等功能。它通常包含一个多媒体创作语言翻译器.通过多媒体创作语言，使用户可以方便地根据自已的需要，定义、制作多媒体应用系统或用户界面。
多媒体应用系统是直接面向最终用户的应用系统。多媒体系统要通过多媒体应用系统向用户展示其强大的、丰富多彩的视听功能。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、多媒体广告系统等就属于这种应用软件。
第三节 多媒体的基本术语
多媒体——能同时采集和处理两个以上不同的信息媒体，如图像、文字、声音、影像、动画、图形等。
超文本——多维性的文本块间的相互关联的组合。
超媒体——采用多媒体的多种表达形式并使用类似于超文本的多维描述形式。
NTSC——国家电视标准协会。
MIDI——音乐设备数字化接口。
GUI——图形用户接口。
MMUI——多媒体用户接口。
ATMN——异步传输模式网络。
BISDN——宽带综合业务数字网。
PCM——脉冲编码调制。
ISO——国际标准化组织。
CCITT——国际电报电话咨询委员会。
JPEG——静态图像压缩编码标准。
MPEG——动态图像压缩编码标准。
AVSS——视频音频支持系统。
AVK——视频音频核心部件。
CD—I （Compact Dise Interactive）——紧凑光盘交互系统。
CDTV （Commodore Dynamic Total Vision）——高清晰度电视。
DVI——数字视频交互技术。
RTX——实时多任务能力。
计算机动画——是借助计算机生成一系列可供动态实时演播的连续图像的技术。
CSCW——计算机支持协同工作。
NTSC 制——国家电视制式委员会。1953年美国研制成功的一种兼容彩色电视制式，按色度信号的特点，这一制式又称正交平衡调幅制。
PAL 制——相位逐行交变。为了克服NTSC 制的相位敏感性，1962年在西德研究出 PAL 制。按色度信号的特点，PAL 制又称逐行倒相正交平衡调幅制。
SECAN 制——意思是顺序传送彩色存储。SECAN 是 1956年由法国工程师享利·弗朗斯提出来的。自从 1959年开始研究SECAN 制以后，对方案作过多次变更，直到1966年形成参数最佳化的现用的SECANⅢ-b 制。按 SECAN 色度信号及解词的特点来讲，SECAN 制可称为顺序传送与存储复用调频制。
VCOS——可视高速缓存操作系统。
TIF——终端图像文件格式，由美国 Aldus Developer’sDesk 和
Microsoft Windows Mar—Keting Group 公司联合创造发展的，比较全面的版本是1988年8 月8 日的5.0 版，最新的版本是 1992年春季的6.0版。TIF 图像文件格式适用于各种计算机和操作系统的图像文件格式。
TGA——Truevision 公司创造的终端图像文件存储格式。
DCT——离散余弦变换。
FDCT——正向离散余弦变换。
IDCT——逆向离散余弦变换。
RISC——单指令格式计算机。
CISC——多指令格式计算机。
CIF——通用中间格式。
QCIF—— 分辨率通用中间格式。
音响——声音的另外一个术语。
MIDI——它是为把音乐设备连到计算机而所需的电缆和端口定义的一种标准，以及控制PC和MIDI 设备之间信息交换的一套规则。多数PC声音卡都支持MIDI 设备，如电子键盘。
MCI——媒体控制接口。
声音卡——负责播音、录音和声音合成的计算机卡。
MPC——多媒体个人计算机，要求主机为 10MH 286 芯片以上，内存 2MB 以上，软盘 1.44MB，显示器为 VGA，光盘驱动器 （CD—ROM），操作系统为 DOS5.0 以上，或Win- dows3.0 以上，声音卡及应有MIDI 口和 I/C 口。
多媒体 PC 市场协会——1990 年由主要硬件和软件公司联合成立，制订了一套技术规格，规定了一个可能在 90 年代迅猛成长并被接受的新技术标准。
WAV 文件——是一个含有计算机能够播放的数字化声音文件。
CD—ROM——小型光盘只读存储器。它可提供播放大型多媒体应用软件所需要的存储容量。单片 （CD—ROM 盘可存储多达 680MB 的信息。从外型和尺寸上看，CD—ROM 盘与激光唱盘类似，但在多媒体 CD—ROM 盘上存储信息的格式与激光唱盘的格式不同。
动画——可以产生有运动感 （错觉）的播放图像，或用（一系列）图画来产生有动感的场景。
OLE——目标链接和嵌入技术。
第四节 多媒体系统的应用
多媒体系统的应用范围为：信息管理、宣传广告、教育与训练、演示系统、咨询服务、电子出版物、视象会议、家庭、通信等。
一、信息管理
多媒体信息管理的内容是多媒体与数据库相结合，用计算机管理数据、文字、图形、静动态图像和声音资料。利用多媒体技术，把人事资料、文件、图纸、照片、录音、录像等通过扫描仪、录音机等设备输入计算机，存储于光盘。在数据库的支持下，需要时，便能通过计算机进行放音、放象和显示等手段实现资料的查询。信息管理系统向多媒体扩展在硬件上要增加音卡、视卡、光盘、压缩卡，在软件上要使用某种应用系统的开发工具。
二、宣传广告
多媒体系统声象图文并茂，用作宣传广告是很自然的。与录像相比，多媒体在宣传广告效果上是有优势的。观看者可以使用触摸屏选择自已感兴趣的内容，而不必像录像那样从头看到尾。目前，常见的有形象宣传与行销宣传两类应用。
用于宣传的多媒体系统通常只配音卡，不配视卡和 CD—ROM，有的配压缩卡，将制作好的多媒体节目存储在磁盘上。制作节目要用专门的多媒体节目制作软件工具，该软件工具把音像素材集合在一起的。
三、教育与训练
多媒体在教育上的应用实质是用多媒体系统阅读电子书刊、演放教育类的媒体节目。传统的计算机辅助教学软件的表现手段仅限于文字、图形和动画，而多媒体系统增加了声音和动态图像与静态图像。多媒体教育软件的另一特点是有极为强大的交互能力。对教材来说，不但可以收集比较好的图文并茂的教材，而且可根据教学的实际效果对教材进行动态的组织和修改，学生也可以自已调整进度，从而起到因材施教的效果。
四、演示系统
演示系统指诸如在博物馆等场合向观众用计算机介绍各种知识，科学馆介绍月球登陆的情况，天文台介绍木星和慧星相撞，飞机模拟驾驶等。过去只能用图表和文字展示，现在可把立体声、图形、图像、动画等结合起来。
五、咨询系统
如旅游、邮电、交通、商业、金融、证券、宾馆咨询等，可以提供高质量的无人咨询服务系统。
六、多媒体的电子出版物
CD—ROM 这样的大容量存储介质不但可以存储各种多媒体信息，而且使用、查找方便快捷，很适宜用来代替各种传统的出版物。特别是对于各种手册、百科全书、年鉴、音像辞典等出版物。
七、多媒体通信
多媒体计算机技术另一个重要的应用领域是通信工程中的多媒体终端和多媒体通信系统。计算机网络中的电子邮件已普遍采用。随着多媒体技术的发展，包括声、文、图在内的电子邮件将会受到更多用户欢迎，在此技术上发展起来的可视电话、视频会议系统将为人类提供更全面的信息服务。
在个人机上加上视象会议的功能是多媒体技术最有贡献的用途之一，其效果和使用的方便程度比传统的电话会议优越得多。
八、娱乐应用
用计算机娱乐，可能是从玩游戏软件开始的，然而，这种娱乐方式也许会渐渐被人们淡忘，代之而起的是以CD—ROM形式发行的多媒体软件。如有一份 “作曲家咨询”的CD—ROM，其中存放的是17世纪到20 世纪间32位伟大的作曲家的信息，高保真度的数字音乐悦耳动听，再加上大量的文字，图像咨询资料，是一份不可多得的集娱乐与教育于一体的音乐教材。
九、交互式小说与交互式电影
如果用超媒体方式组织小说，读者将会得到一种绝然不同的感受。当你正在阅读一个名人的传记时，可以看到他的音容笑貌，听到他对您娓娓而谈，还可查阅他的历史生平。这种形式的作品在国外已经出现，而且深受读者欢迎。交互式影片可以使观众直接进行到影片中和主人公共命运，按自己的意愿改变结局等。
第五节 多媒体的发展趋势
多媒体技术把声音、音乐、图形、图像、动画、电视等多种信息媒体集成、综合并提供使用和数字存储。计算机的操作对象不再仅仅是ASCII 代码，而是大大扩展了。
由多媒体计算机来集成和控制家电及娱乐设备，如录音、录像、电视、电话、CD—ROM 等，构成了家庭中的多媒体信息中心，再由网络通向外部世界。这样便描绘了不久的将来信息社会的前景。多媒体可提供 “全方位”、“全球”性的服务。
下一代的多媒体系统应该具有；存储介质为 CD—ROM，千兆字节磁盘，大容量局部存储器，以适应应用程序捕获和设计需要；高速主机处理器 80586或 MCG8040，对 MPEG 标准全支持；网络将高速提供对图像、音频和视频服务器的访问，采用光纤数据接口；软件将提供各种应用类别和灵活的支持。
多媒体系统将促使一些全新的服务出现：
桌上电视编辑系统，即视频绘画与视频数字视频特技系统；计算机艺术制作系统，包括计算机音乐、电影等。
桌上出版和演示系统。
新型办公室和家庭信息服务系统，例如会议电话、交互电视等。
第六节 多媒体系统的分类及标准化
一、多媒体系统分类
多媒体系统按功能分类可分为：开发系统、演示系统、教育系统和家庭系统等。
开发系统。这个系统具有多媒体应用的开发能力，因此，系统配备有功能强大的计算机，齐全的声、文、图信息的外部设备和多媒体演示的著作工具。典型的用户是多媒体系统制作和电视编辑。
演示系统。这个系统是一个增强型的桌上系统，可以完成多种多媒体的应用，并与网络连接。典型的用户是专业技术工作者、大公司经理和高等学校的教师等。
教育系统。这个系统属于单用户多媒体播放系统，以计算机为基础，配上光盘驱动器、声音和图像的接口控制卡连同相应的外部设备。通常用于家
庭教育、小型商业销售点和教育培训等。
家庭系统。这个系统是多媒体播放系统，通常配备有光盘驱动器，采用了320×240 点阵的家用电视机作为显示器，可供几名观众使用。
二、多媒体的标准化
多媒体是一项综合性技术，其中包括计算机、通信、电视和电子产品等各个领域。多媒体技术能够迅速发展的关键是实现标准化，使各个厂家的产品之间具有兼容性。因此，最近几乎所有多媒体产品的主要供应商和最终用户组织联合起来组成了交互式多媒体协会 IMA （Inter— activeMultimediaAssociation）。这个组织的主要目标是制定兼容性计划，并要在这个计划的指导下制定平台标准，而且这个标准需要得到大多数多媒体权威机构的认可。
由于目前已有几个多媒体平台被用户所接受，新建的平台标准应能在这些平台支持下进行工作。因此，当前交互式多媒体协会不会把重点放在硬件平台兼容性上，而是放在最终用户的兼容性上，也就是开发与各个硬件平台兼容的应用软件上。为此，必须着重解决两个关键问题：
如何保证应用软件和工具软件能在各种操作系统和硬件设备支持下操作和运行。例如，动画或图形软件需要数字音响或数字视频设备，而这些设备又要通过操作系统进行管理。数据交换的兼容性。这个兼容性在使用不同编码方法和硬件设备时就显得特别重要。
三、压缩编码的国际标准
多媒体技术要实时处理图像、视频、音频信号，这些信号A/D 转换为数字信号后，其精度越高，数据就越大。为了增加数据传输效率，减少存储空间，这些数据需要用数字压缩技术加以解决。目前有以下3种压缩编码标准。
1.静止图像压缩编码标准 （JPEG）
由 ISO（国际标准化组织）和CCITT （国际电报电话咨询委员会）共同进行标准化的工作，该标准致力于彩色和单色，多灰度连续色调的静止图像的数字压缩国际标准，可把图像数据压缩到 1/10 至 1/30，并可以实行实时再生。
2.动态图像压缩编码标准 （MPEG）
该标准不仅解决了视频压缩，还涉及到视频与伴音二者的同步问题。目前面市的产品已把视频信号和伴音信号压缩成 1.5Mbit/s 的位流。能够获得可接受的图像质量。MPEG 说明应用压缩技术的约束条件并设计出适用的压缩算法。