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第3章 多媒体技术概述(2)

1993年,Intel推出其第五代处理器,集成310万个晶体管,并首次放弃以数字命名的方式,取名Pentium;同年,IBM、Motorola和苹果公司合作开发PowerPC处理器;次年,苹果公司推出的PowerMacintosh首次采用PowerPC处理器。

1993年,MPC联盟制定了第二代多媒体计算机标准--MPC2标准,该标准提高了基本部件的性能指标。

1994年,IBM推出OS/2WARP3.0操作系统,1996年,又推出WARP4版本,但仍无法扭转微软在PC操作系统的优势。

1995年,MPC联盟制定了第三代多媒体计算机标准--MPC3标准。该标准在进一步提高对基本部件的要求的基础上,增加了全屏幕、全动态(30帧/秒)视频及增强版的CD音质的视频和音频硬件标准。MPC3制定了一个更新的操作平台可以执行增强的多媒体功能,首次将视频播放的功能纳入MPC标准。

1995年,Windows95推出,微软开发出InternetExplorer(简称IE)浏览器1.0版本,1996年8月推出3.0版本,直接对Netscape公司造成威胁;IE不仅可以免费下载,更免费供应ISP,1998年则内置在Windows98中,蚕食Navigator浏览器的市场。

1995年,Intel推出其第六代处理器PentiumPRO,集成550万个晶体管,出世一年半即被PentiumII取代。

1999年,Intel推出PentiumIIICPU,其中集成了2400万个晶体管。

2000年,Intel推出Pentium4CPU,其中集成了4200万个晶体管。

2002年,Intel发布3.06GHzPentium4。这款具有创新意义的含超线程技术的新款英特尔奔腾Pentium4处理器,主频为3.06GHz,是世界上第一款采用业界最先进的0.13SymbolmA@m制造工艺、每秒计算速度超过30亿次的微处理器。

2003年,Intel正式发布名为迅驰(Centrino)的移动计算技术。迅驰是一项移动计算技术,它具有集成的无线局域网连接能力,突破性的移动计算性能,延长的电池使用时间,更轻、更薄的外形设计。

1.2媒体的类型

1.2.1常用媒体元素

1.文本(Text)

文本是计算机文字处理程序的基础,由字符型数据(包括数字、字母、符号)和汉字组成,它们在计算机中都用二进制编码的形式表示。

计算机中常用的字符编码是ASCII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,美国标准信息交换码),它用1个字节的低7位(最高位为0)表示128个不同的字符,包括大小写各26个英文字母,0~9共10个数字,33个通用运算符和标点符号,以及33个控制代码。

汉字相对西文字符而言其数量比较大,我国《信息交换使用汉字编码集》即国标码规定:一个汉字用两个字节表示,由于字节只用低7位,最高位为0,因而为了与标准的ASCII码兼容,必须避免每个字节的7位中的个别编码与计算机的控制字符冲突。

由于国标码每个字节的最高位都是“0”,与国际通用的ASCII码无法区分,因此,在计算机内部汉字全用机内码表示。机内码就是将国标码的两个字节的最高位设定为“1”。

在文本文件中,如果只有文本信息,没有其他任何格式信息,则称该文本文件为非格式文本或纯文本文件。

2.图形(Graphic)

在计算机科学中,图形一般指用计算机绘制(Draw)的直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等。图形的格式往往是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令的集合。例如:line(x1,y1,x2,y2)表示点(x1,y1)到点(x2,y2)的一条直线;circle(x,y,r)表示圆心为(x,y),半径为r的一个圆等。在图形文件中,只记录生成图的算法和图上的某些特征点的图形称为矢量图形。

通过软件可以将矢量图形转换为屏幕上所显示的形状和颜色,这些生成图形的软件通常称为绘图程序。图形中的曲线是由短的直线逼近的(插补),封闭曲线还可以填充着色。通过图形处理软件,可以方便地将图形放大、缩小、移动和旋转等。图形主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字体等。绝大多数计算机辅助设计软件(CAD)和三维造型软件都使用矢量图形作为基本图形存储格式。

微机上常用的矢量图形文件有3DS(3D造型)、DXF(CAD)、WMF(桌面出版)等。图形技术的关键是制作和再现,图形只保存算法和特征点,占用的存储空间比较小,打印输出和放大时图形的质量较好。

3.图像(Image)

图像是指由输入设备录入的自然景观,或以数字化形式存储的任意画面。静止图像是一个矩阵点阵图,矩阵的每个点称为像素点,每个像素点的值可以量化为4位(15个等级)或8位(255个等级),表示该点的亮度,这些等级称为灰度。若是彩色图像,R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色每色量化8位,则称彩色深度为24位,可以组合成224种色彩等级(即所谓的真彩色);若只是黑白图像,每个像素点只用1位表示,则称为二值图。上述矩阵点阵图称为位图。

图像文件在计算机中的表示格式有多种,如BMP、PCX、TIF、TGA、GIF、IPG等,一般数据量比较大。对于图像,主要考虑分辨率(屏幕分辨率、图像分辨率和像素分辨率)、图像灰度以及图像文件的大小等因素。

随着计算机技术的进步,图形和图像之间的界限已越来越小,这主要是由于计算机处理能力提高了。无论是图形或图像,由输入设备扫描进计算机时,都可以看做是一个矩阵点阵图,但经过计算机自动识别或跟踪后,点阵图又可转变为矢量图。因此,图形和图像的自动识别,都是借助图形生成技术来完成的,而一些有真实感的可视化图形,又可采用图像信息的描述方法来识别。图形和图像的结合,更适合媒体表现的需要。

4.视频(Video)

若干有联系的图像数据按一定的频率连续播放,便形成了动态的视频图像。视频图像信号的录入、传输和播放等许多方面继承于电视技术。

国际上,电视主要有3种体制,即正交平衡调幅制(NTSC)、逐行倒相制(PAL)和顺序传送彩色与存储制(SECAM),当计算机对视频信号进行数字化处理时,就必须在规定的时间内(如1/25秒或1/30秒)完成量化、压缩和存储等多项工作。视频文件的格式有AVI、MPG、MOV等。

动态视频对于颜色空间的表示有R、G、B(红、绿、蓝三维彩色空间),Y、U、V(Y为亮度,U、V为色差),H、S、I(色调、饱和度、强度)等多种,可以通过坐标变换相互转换。

对于动态视频的操作和处理,除了在播放过程中的动作和动画外,还可以增加特技效果,以增强表现力。动态视频的主要参数有帧速、数据量和图像质量等。

5.音频(Audio)

数字音频可分为波形音频、语音和音乐。波形音频实际上已经包括所有的声音形式,通过对音频信号的采样、量化可将其转变为数字信号,经过处理,又可恢复为时域的连续信号。语音信号也是一种波形信号。波形信号的文件格式是WAV或VOC文件。音乐是符号化了的声音,乐谱可转化为符号媒体形式,对应的文件格式是MID或CMF文件。

对音频信号的处理,主要是编辑声音和声音的不同存储格式之间的转换。多媒体音频技术主要包括音频信号的采集、量化、压缩/解压以及声音的播放。

6.动画(Animation)

动画就是运动的图画,是一幅幅按一定频率连续播放的静态图像。由于人眼有视觉暂留(惯性)现象,因而这些连续播放的静态图像视觉上是连续的活动的图像。计算机进行动画设计有两种方式:一种是造型动画,另一种是帧动画。造型动画就是对每个运动的物体分别进行设计,对每个对象的属性特征,如大小、形状、颜色等进行设置,然后由这些对象构成完整的帧画面。帧由图形、声音、文字、调色板等造型元素组成,动画中每一帧图的表演和行为由制作表组成的脚本控制。帧动画则是一幅幅位图组成的连续画面,每个屏幕显示的画面要分别设计,将这些画面连续播放就成为动画。

为了节省工作量,用计算机制作动画时,只需完成主动作画面,中间画面可以由计算机内插完成,不运动的部分直接拷贝过去,与主动作画面保持一致。当这些画面仅是二维的透视效果时,就是二维动画。如果通过CAD制造出立体空间形象,就是三维动画;如果加上光照和质感而具有真实感,就是三维真实感动画。计算机动画文件的格式有FLC、MMM等,制作动画必须应用相应的工具软件。

1.2.2媒体的种类和特性

人类利用视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉感受各种信息。其中通过视觉得到的信息是最多的,其次是听觉和触觉,三者得到的信息达人类感受到的信息的95%。按照国际电联(ITU)电信标准部(TSS)建议的内容,媒体可分为六种媒体类型,即感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体、传输媒体和交换媒体,如表11所示。在多媒体技术中研究的媒体主要是表示媒体。

1.表示媒体的种类

1)视觉媒体

视觉媒体包括位图图像、矢量图形、动画、视频、文本等,它们通过视觉传递信息。

2)听觉媒体

听觉媒体包括波形声音、语音和音乐等,它们通过听觉传递信息。

3)触觉媒体

触觉媒体就是环境媒体,温度、压力、湿度及人对环境的感觉,它们通过触觉传递信息。

2.媒体的性质

1)各种媒体的传递信息

文本信息表现概念和细节,图形表达直观的信息,视频信息表现真实的场景,声音信息通过听觉传递,触觉则传递周围环境的信息以及系统对环境的反映。

各种媒体都从不同的侧面,并相互补充,综合反映自然信息,以不同的格式在计算机中进行存储、传递和处理。

2)媒体的空间性质

媒体的空间定义,一方面是指信息自身的空间概念,另一方面是各种媒体之间关系的空间意义。视觉空间、听觉空间、触觉空间三者既相互独立又相互结合。视觉空间的内容通过摄像机、显示器进行采集和表现,听觉空间通过拾音器、扬声器进行获取和表现,触觉空间则通过传感器和伺服机构进行采集和表现。三者结合就能在一定程度上仿真人与环境的关系。

3)媒体的时间性质

媒体的时间性质包括各种媒体信息随时间的变化和多种媒体之间的时间关系。多种媒体信息的运动变化都是时间的函数。

1.3多媒体系统的关键技术

多媒体技术几乎涉及信息技术的各个领域。对多媒体的研究包括对多媒体技术的研究和对多媒体系统的研究。对于多媒体技术,主要是研究多媒体技术的基础,如多媒体信息的获取、存储、处理,信息的传输和表现以及数据压缩/解压技术等。对于多媒体系统,主要是研究多媒体系统的构成与实现以及系统的综合与集成。当然,多媒体技术与多媒体系统是相互联系、相辅相成的。

1.存储与传输技术

由于多媒体信息特别是音频信息、图形图像信息的数据量大大超出了文本信息,因而存储和传输这些多媒体信息需要很大的空间和时间。解决的办法是必须建立大容量的存储设备,并构成存储体系。硬盘存储器和光存储技术的发展,为大量数据的存储提供了较好的物质基础。目前,硬盘和光盘的容量已达10GB以上。硬盘由于采用密封组合磁盘技术(温彻斯特技术)而取得了突破性的进展,光盘驱动器不仅容量增加,而且数据传输速率也可望达到或超出硬盘的水平。

计算机系统结构采用多级存储〔高速缓存(Cache)、主存储器(M)和外存储器〕构成存储系统,解决了速度、容量和价格的矛盾,为多媒体数据存储提供了较好的系统结构。

2.压缩和解压缩技术

为了使现有计算机(尤其是微机)的性能指标能够达到处理音频和视频图像信息的要求,一方面要提高计算机的存储容量和数据传输速率,另一方面要对音频信息和视频信息进行数据压缩和解压缩。对人的听觉和视觉输入信号,可以对数据中的冗余部分进行压缩,再经过逆变换恢复为原来的数据。这种压缩和解压缩,对信息系统可以是无损的,也可以是有损的,但总要以不影响人的感觉为原则。数据压缩技术(或数据编码技术),不仅可以有效地减少数据的存储空间,还可以减少传输占用的时间,减轻信道的压力,这一点对多媒体信息网络具有特别重要的意义。

3.多媒体软硬件技术

大容量光盘技术、硬盘技术、高速处理计算机、数字视频交互卡等技术的开发,直接推动了多媒体技术的发展。多媒体计算机系统的数据存储、数据处理、输入/输出和数据管理,包括各种技术和设备都是与多媒体技术相关的。在硬件方面,各种多媒体外部设备已经成了标准配置,如光盘驱动器、声音适配器、图形显示卡等;计算机CPU也加入了多媒体处理和通信的指令系统(MultiMediaeXtention,MMX),大大扩展了计算机的多媒体功能;扫描仪、彩色打印机、彩色绘图机、数码相机、电视机顶盒等一大批具有多媒体功能的设备已配置到计算机系统中。

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