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第一节 计算机多媒体技术的基本知识

随着微电子、计算机和数字化声像技术的飞速发展，多媒体技术应运而生。它的出现标志着信息技术一次新的革命性的飞跃，它给人类带来了深刻的影响，正迅速渗透到社会的各个领域。多媒体计算机不仅具有计算机的存储记忆、高速运算、逻辑判断、自动运行的功能，还把文字、音频、图形、动画和视频图像等多种媒体信息集成于一体，并采用了图形界面、窗口操作、触摸屏技术等，使人机交互能力大大提高。它不仅改变了人类获取、处理、使用信息的方式，也将改变人类的学习、工作和生活的方式。
 1.1
 “媒体”的概念

　　媒体是信息表示和传输的载体，人与人之间沟通及交流观念、思想或意见的中介物。
　　媒体在计算机科学中有两层含义。一种含义是指信息的物理载体，如磁盘、光盘、磁带、卡片等。另一种含义指信息的存在和表现形式，如文字、声音、图像、动画等。多媒体中的媒体是指后者，即多媒体电脑不仅能处理文字数据之类的信息媒体，而且能处理声音、图形、图像等各种形式的信息载体。

承载信息的实际载体，如光盘、磁带、纸等
媒体

表示信息的逻辑载体，如文字、声音、图像、动画和视频等

 1.2
 计算机多媒体技术的概念

　　多媒体技术是指计算机综合处理多种媒体信息，如文本、图形、图像、音频和视频等，使多种信息逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性的技术。

对媒体设备的控制和媒体信息的处理与编码技术

多媒体系统技术

多媒体信息组织与管理技术

多媒体通信网络技术

多媒体人机接口与虚拟现实技术

多媒体应用技术

 1.3
 多媒体技术的特点

（1）多样性
　　信息载体的多样性是多媒体的主要特征，这是相对计算机而言的，指信息媒体的多样化。多样性是多媒体研究需要解决的关键问题，把计算机所能处理的信息空间范围扩展和放大，而不局限于数值、文本、图形和图像，是使计算机变得更加人类化所必须的条件。
　　人类对于信息的接收和产生主要有：视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉，其中前三种占了95%的信息量。借助于这些多感觉形式的信息交流，人类对于信息的处理可以说是得心应手。然而计算机以及与之相类似的设备都远远没有达到人类的水平，在信息交互方面与人的感官空间就相差更远。多媒体就是要把机器处理的信息多维化，通过信息的捕获、处理与展现，使之交互过程中具有更加广阔和自由的空间，满足人类感官全方位的多媒体信息需求。

（2）交互性
　　交互性是指计算机综合处理多媒体信息的能力，它是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一，传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。它向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段和方法，同时也为应用开辟了更加广阔的领域。通过交互可做到自由地控制和干预信息的处理，增加对信息的注意力和理解，延长信息的保留时间。当交互性引入时，活动本身作为一种媒体介入了信息转变为知识的过程。目前，交互在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面都取得了巨大的成功。交互在多媒体领域的应用可分为三个层次，媒体信息的简单检索与显示，是多媒体的初级交互应用；通过交互特性使用户介入到信息的活动过程中，达到了交互应用的中级水平；当用户完全进入到一个与信息环境一体化的虚拟信息空间自由遨游时，这才是交互应用的高级阶段，它还有待于虚拟现实技术的进一步研究和发展。
（3）非线性
　　多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本（Hyper Text）链接的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。

（4） 集成性
　　集成性是指多媒体信息（即声音、文字、图像、视频）和环境（如开发平台、显示媒体设备等方面）的集成。早期多媒体中的各项技术和产品是由不同厂商根据不同的方法和环境开发研制出来的，基本上只能单一、零散和孤立地被使用，在能力和性能上很难满足用户日益增强的信息处理需求。存在着各自独立的发展不能满足应用的需要；信息空间不完整，开发工具不协作性；信息交互单调等等问题，严重地制约着多媒体系统的全面发展。因此，通过集成性，各种信息媒体应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，便于媒体的充分共享和操作使用。多媒体的各种处理工具和设备集成，强调了与多媒体相关的各种硬件的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，提高多媒体软件的生产力。

（5）实时性
　　实时性指多媒体系统对声音及活动视频图像等与时间密切相关的时基媒体的实时处理能力。
 1.4
 多媒体计算机系统的基本构成

　　多媒体计算机是指具有捕获、存储并展示包括文字、图形、图像、声音、动画和活动影像等信息处理能力的计算机，简称MPC（Multimedia Personal Computer）。
　　多媒体计算机系统是一套复杂的硬件、软件有机结合的综合系统。它把音频、视频等媒体与计算机系统融合起来，并由计算机系统对各种媒体进行数字化处理。与计算机系统类似，多媒体计算机系统由多媒体硬件和多媒体软件构成。
1.多媒体硬件系统
　　多媒体硬件系统由主机、多媒体外部设备接口卡和多媒体外部设备构成。多媒体计算机的主机可以是大/中型计算机，也可以是工作站，用的最多的还是微机。
2.多媒体软件系统
　　多媒体软件系统按功能可分为系统软件和应用软件。
　　系统软件是多媒体系统的核心，它不仅具有综合使用各种媒体、灵活调度多媒体数据进行媒体的传输和处理的能力，而且要控制各种媒体硬件设备协调地工作。多媒体系统软件主要包括多媒体操作系统、媒体素材制作软件及多媒体函数库、多媒体创作工具与开发环境、多媒体外部设备驱动软件和驱动器接口程序等。
　　应用软件是在多媒体创作平台上设计开发的面向应用领域的软件系统，通常由应用领域的专家和多媒体开发人员共同协作、配合完成。例如，教育软件、电子图书等。
 1.5
 计算机多媒体技术在网络教育中的作用

1.多媒体技术对远程教学的影响
　　多媒体技术的使用使教学的思想性、科学性、艺术性充分结合，为各学科教学提供了丰富的视听环境，给受众以全方位的、多维的信息，提高了形象视觉和听觉的传递信息比率，缩短了教学时间，扩大了教学规模。多媒体技术在这方面能够提供逼真的、生动的学习和交际环境。多媒体教材以图文声像并茂的方式提供知识，提供示范、练习、讨论以及边演示边讲解的启发式教学方法，具有高趣味性与启发性。
2.多媒体技术对远程教学传输模式的影响
　　网络远程教学模式依靠现代通信技术及多媒体计算机技术的发展，大幅度提高了教育传播的范围和时效，使教育传播不受时间、地点、国界、气候等影响。有Internet的地方就可以开展网上学习，真正打破了明显的校园界限，改变了传统“课堂”的概念。学生能突破时空限制，接收到来自不同国家、教师的指导，获得除文本以外更丰富、直观的多媒体信息，共享世界各地网上图书馆的资料。
 1.6
 多媒体设备与接口

1．光存储设备
　　光存储设备是指对介质进行烧蚀操作,使得其对激光的反射率不同而进行数据存储的信息存储装置，它用激光引导测距系统取代硬盘驱动器。光存储介质有别于磁存储，具有防磁、抗震等优势，目前已广泛应用于个人电脑数据存储的各个领域。一般我们所接触到的只读型光存储设备主要有CD-ROM（光盘驱动器）、DVD-ROM（数字化视频光盘驱动器）、可擦写型CD-R/RW（可记录/读写光盘驱动器）、DVD-RAM（数字化视频光盘随机存储器）、DVD-RW(可读写数字化视频光盘)等。

2．音频接口
　　音频接口是指为计算机提供音频信号输入输出能力的设备，最通用的音频接口是声卡。在声卡面世之前，计算机除了靠PC喇叭发出简单的声音之外，从某种程度来说，基本就是一个“哑巴”。现在，声卡已成为所有家用多媒体电脑和大部分商用电脑的必配设备。
（1） 声卡的工作原理
　　麦克风和喇叭所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，两者不能混用，声卡的作用就是实现两者的转换。从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分，模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采集到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。

（2） 声卡的插孔
　　· 扬声器输出插孔：用于连接耳机或音箱。老一点的声卡有两个声音输出口，一个是Speaker，只接耳机和无源音箱；另一个是Line Out，用于连接有源音箱或音频功率放大器。新的声卡已经合二为一了。
　　· 麦克风输入插孔：用于连接麦克风，通过它可以录制外界的声音。
　　· 线路输入插孔：用于连接录音机、立体声收音机等的外部音源，可进行声音的录制。
　　· 游戏柄接口/乐器数字接口插座：用于连接游戏杆和MIDI乐器。
　　除了上面这些接口，声卡上还有一个叫音源线连接器的针座，它是一个4针的连接器，利用随CD-ROM附送的音频线，可与光驱后面的音频口连接，播放CD的声音就可以通过声卡发出来。
（3）采样频率和采样位数
　　衡量一个声音文件音质好坏的主要指标是采样频率和采样位数，采样频率是指声卡在单位时间内对声音数据采样的多少。采样频率越高，即表示对原始声音的模拟越好，音质就越好。目前声卡常用的采样频率有11K赫兹、22K赫兹和44K赫兹等，11K的采样频率是指在1秒钟内采样11025次数据，由此合成的声音相当于电话音质；22K的采样频率相当于广播音质；44K的采样频率相当于CD音质。采样频率越高，声音质量越好，但声音文件占用的存储空间就越大。
　　采样位数是指描述每次采样所用的数据位数，我们平时所说的16位声卡、32位声卡就是指采样位数。譬如，我们用44K采样频率，每个采样用16位数据，即2个字节来表示，采样1秒钟的数据量为44.1×1秒×2=88.2K字节，照此计算，10秒钟的声音就达882K，因此，处理声音所需的数据量非常大，我们必须进行声音压缩处理。
（4） 音序器和MIDI文件
　　音序器是MIDI乐器演奏数据的记录仪。音序器有硬件和软件两种形式。硬件音序器是一台固化的音乐电脑，适合不懂电脑的职业音乐家使用。软件音序器是一种在PC上使用的辅助作曲软件，适合有一定电脑知识的专业或业余作曲者使用。音序器记录的是演奏家用MIDI乐器实时演奏时的键位、通道、力度、滑音轮、音色和控制信号等信息，以这些信息控制MIDI乐器和设备，实时把乐曲重新演奏出来，由此形成的文件就叫MIDI文件，一般以.mid 结尾。
3．视频接口
　　视频接口是指为计算机提供视频信号输入输出能力的设备。跟个人多媒体计算机关系最多的是显示卡（又称显示适配器），显示卡是计算机内主要的板卡之一，CPU处理的是数字信号，而显示卡则承担了后续图像的处理、加工及转换为模拟信号等工作，因此非常重要。从总线类型分，显示卡有ISA、VESA、PCI、AGP四种。
（1）描述显示卡性能的技术术语主要有以下几个：
　　最大分辨率是指显示卡能在显示器上描绘点数最大数量，通常以“横向点数×纵向点数”表示，例如“1024×768”，这是图形工作者最注重的性能之一。
　　色深是指在某一分辨率下，每一个像点可以有多少种色彩来描述，它的单位是"bit"（位），也叫颜色的位数。具体地说，8位的色深是将所有颜色分为256（28）种，那么，每一个像点就可以取这256种颜色中的一种来描述。在“增强色”中可以设置16位（216=65536色，即通常所说的“64K色”）或以上的色深，包括真彩24位和32位色等。
　　刷新频率是指图像在屏幕上更新的速度，即屏幕上的图像每秒种出现的次数，它的单位是赫兹（Hz）。一般人眼不容易察觉85Hz以上刷新频率带来的闪烁感，因此最好能将显示卡刷新频率调到85Hz以上。
（2）显示卡的结构
　　显示卡上主要的部件有：显示芯片、RAMDAC、显示内存、BIOS、VGA插座、特性连接器等。有的显示卡上还有可以连接彩电的TV端子或S端子。还有一些近期出现的显示卡由于运算速度快，发热量大，在主芯片上用导热性能较好的硅胶粘上了一个散热风扇（有的是散热片），并在显示卡上通过一个2芯或3芯插座为其供给电源，以此保证散热效果。
　　· 显示芯片：是显示卡的“心脏”，决定了该显示卡的档次和大部分性能，同时也是2D显示卡和3D显示卡区分的依据。
　　· RAMDAC：其含义是“数－模转换器”，它的作用是将显存中的数字信号转换为能够用于显示的模拟信号。RAMDAC的转换速率以MHz表示，决定了在足够的显存下，显示卡最高支持的分辨率和刷新率。
　　· 显示内存：与主板上的内存功能一样，显存是用于存放显示芯片处理后的数据。在显卡中，显存非常重要显示内存(VRAM)就是存储显示数据的内存芯片，它的大小直接影响到显示卡可以显示的颜色多少和可以支持的最高分辨率。
　　· 总线接口：显示卡要插在主板上才能与主板互相交换数据。与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等几种。ISA和EISA总线带宽窄、速度慢，VESA总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰。现在常见的是PCI和AGP接口。PCI接口是一种总线接口，以1/2或1/3的系统总线频率工作（通常为33MHz），如果要在处理图像数据的同时处理其它数据，那么流经PCI总线的全部数据就必须分别进行处理，这样必然会存在数据滞留现象，在数据量大时，PCI总线就显得很紧张。AGP接口是为了解决这个问题而设计的，它是一种专用的显示接口（也就是说，可以在主板的PCI插槽中插上声卡、显示卡、视频捕捉卡等板卡，却不能在主板的AGP插槽中插上除了AGP显示卡以外的任何板卡），具有独占总线的特点，只有图像数据才能通过AGP端口。另外AGP使用了更高的总线频率（66MHz），这样极大地提高了数据传输率。
　　· VGA插座：它是一个有15个插孔的插座，是显示卡的输出接口，与显示器的D形插头相连，用于模拟信号的输出。
　　· S端子：部分显示卡通过它完成向电视机（或监视器）输出的功能，5个插孔呈半圆分布，与电视机上的S端子匹配。
4．多媒体I/O设备
　　I/O（Input/Output）设备是指完成计算机与外部世界的联系，即输入、输出设备。
　　输入设备就是把数据送入计算机的设备，它接受用户的程序和数据，并转换成二进制代码送入计算机的内存中存储起来，供计算机运行时使用。常用的输入设备有：键盘、鼠标器、扫描仪、手写笔等。
　　· 键盘：人们通过击键，把文字、数学、符号等信息输入到计算机中，给计算机下达指令。
　　· 鼠标器：鼠标器是一种屏幕光标控制器，可以很方便地控制光标在整个屏幕范围内的移动和定位，使用鼠标器可以很方便地完成计算机的许多操作，如绘图以及快速地移动光标进行选择或输入。
　　· 扫描仪：用来将图形或图像资料输入到计算机中。
　　· 手写笔：可以轻松的输入中文，但需专门的识别软件进行文字识别。

键 盘
鼠 标
扫描仪
手写笔

数码照相机
触摸屏
数码摄像机
　　输出设备就是把经过计算机处理的数据，以人们能够识别的形式输出的设备，是计算机与外界沟通的桥梁，是计算机负责传送处理结果的设备。输出设备主要有显示器和打印机。键盘是计算机最常用的一种标准输入设备，显示器是必不可少的输出设备。输出设备主要有：显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
　　· 显示器：是计算机和人交流的窗口，显示器的屏幕上可以显示文字、数字、符号、图片等信息。
　　· 打印机：能快速地把经过计算机处理的文字、数字、符号、图片等信息“写”到纸上。打印机的种类很多，有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。
　　· 绘图仪：是一种在计算机控制下能画出图形的仪器。
　　· 音箱：输出各种声音信息。

显示器
针式打印机
绘图仪

激光打印机
喷墨打印机
音　箱