第 1 章 多媒体技术基础

1.1 多媒体技术概述1.1.1 多媒体技术的发展1.1.2 多媒体技术的基本概念1.1.1 多媒体技术的应用1.1.4 多媒体的关键技术

1.2 多媒体硬件系统1.2.1 多媒体输入输出设备1.2.2 多媒体接口设备1.2.3 多媒体存储设备

1.3 多媒体软件系统1.3.1 多媒体软件1.3.2 多媒体应用系统的设计流程

1.1.1 多媒体技术的发展

多媒体技术最早起源于 20 世纪 80 年代中期。 1984 年，美国 Apple 公司推出了世界上第一台具有多媒体特性的 Macintosh 计算机，具有了图形用户界面和用鼠标进行交互。 1985 年，美国 Commodore 公司推出了世界上第一台真正的多媒体系统 Amiga ，具有了完备的视听处理功能， CD-ROM 则实现了大容量多媒体信息的存储和处理，促进了多媒体技术的发展。 1986 年， Philips 公司和 Sony 公司联合研制并推出了 CD-I 标准，使多媒体信息的存储规范化和标准化，用户可以通过交互的方式播放光盘中的内容。 1987 年，美国无线电公司 RCA 公司推出了交互式数字视频系统 DVI ，规范化和标准化交互式视频技术，用标准光盘来存储和检索静止图像、活动图像、声音等多种信息媒体。 1990 年， Microsoft 和 Philips 等 10 多家有名厂商制定了多媒体个人计算机标准 MPC1 ，对多媒体计算机所需配置的软硬件规定了最低标准和量化指标，随后又陆续发布了 MPC2 、MPC3 、 MPC4 标准。 1996 年，推出的杜比数字环绕音响 AC97 标准，使听觉达到了环绕立体音的效果。 1997 年， Intel 公司推出了具有 MMX 技术的奔腾处理器，成为多媒体计算机新的标准。

1.1.2 多媒体技术的基本概念

1. 媒体的含义 表示信息的载体：如文字、声音、图像、动画、视频、语言等。 存储信息的实体：如磁盘、磁带、光盘、纸张等。 传播信息的载体：如电视、电影、报纸、杂志、网络等。　

2. 媒体的类型 —— CCITT （国际电报电话咨询委员会 ) 感觉媒体：指能直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉的一类媒体。

如语言、音乐，自然界的各种声音、图形、图像、文字、数据等。 表示媒体：即感觉媒体的表示媒介。如图像编码、文本编码和声音编码等。 显示媒体：即输入输出媒体的设备，如键盘、显示器、话筒，喇叭和打印机等。 存储媒体：用来存放表示媒体的物理载体，如磁盘、磁带、光盘等。 传输媒体：传输媒体的物理载体。如空气、电话线、电波、电缆和光缆等。

3. 多媒体（ Multimedia ）

多媒体就是多种媒体信息的集成，主要包括文字、图形、图像、音频、动画和视频等多种信息载体。

文字：指各种字母、数字和符号等文本信息；

图形：由描述点、线、面的大小、形状、维数和位置的图形指令生成的几何图形，是一种矢量图形；

图像：由许多的像素点构成，每个像素点用若干二进制位来表示颜色和亮度等信息，是一种位图图形；

音频：包括语音、音乐和各种声音效果；

动画：通过计算机自动生成关键帧之间的连续图像，按照一定速度连续播放形成动画；

视频：若干静态图像画面的连续播放形成了视频，每一幅画面称为一帧；

4. 多媒体技术 就是利用计算机及相应的多媒体设备，采用数字化处理技术，将文字、声音、图形、图像、

动画和视频等多种媒体有机结合起来进行处理的技术。

5. 多媒体计算机（ MPC ） 能够综合处理各种媒体信息组合的计算机，使多种媒体信息集成为一个系统并具有交互性。

1.1.2 多媒体技术的基本概念

1.1.3 多媒体技术的应用

1 、教育培训优点 ① 直观生动，说服力强，学习效果好。

② 与传统教学手段相比，教学内容丰富，传递的信息量大。③ 多媒体教学更能培养学生的想象力和创造力。

2 、多媒体通信 多媒体视频点播系统 (VOD) 交互式电视 (ITV) 计算机支持的协同工作 (CSCW) 多媒体会议系统 多媒体家电产品

3 、娱乐 利用网络看电视、电影和动画，而且可以进行交互控制，网络电脑游戏更是突破了传统游戏的玩法。 4 、电子出版物 以数字方式将各种多媒体元素如图、文、声、像等信息存储在磁盘或光盘等介质上，通过计算机或类似设备

进行阅读使用，并可复制发行的大众传播媒体。

5 、军事 广泛应用于作战指挥与作战模拟。

1.1.4 多媒体的关键技术

1 ．多媒体数据存储技术

2 ．多媒体数据压缩 / 解压缩技术

3 ．虚拟现实技术

利用计算机生成一种模拟环境，创建了一种适人化的多维信息空间。

4 ．多媒体数据库技术

多媒体数据库应支持多种媒体的集成管理和综合描述，支持同一媒体的多种表现形式，支持

复杂媒体的表示和处理，能对多种媒体进行查询和检索。

5 ．多媒体通信技术

音频和视频的网络宽带快速传输技术仍将是多媒体技术的研究热点 。

6 ．多媒体信息检索技术

Web图像、声音、视频的快速检索

1.2 多媒体硬件系统

1 ．扫描仪

扫描仪是一种可将静态图像输入到计算机里的图像采集设备。扫描仪内部具有一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机的图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储和打印输出。工作过程如下：

1）扫描仪的光源发出均匀光线照到图像表面；2）经过 A/D转换，把当前扫描线的图像转换成电平信号；3）步进电机驱动扫描头移动，读取下一行图像数据；4）经过扫描仪的 CPU处理后，图像数据暂存在缓冲区中；

5）按照先后顺序把图像数据传输至计算机并存储起来。

（ 2 ）扫描仪的分类 平板式扫描仪 手持式扫描仪 滚筒式扫描仪

（ 1 ）扫描仪的工作原理

1.2.1 多媒体输入输出设备 输入设备：键盘、鼠标、麦克风、扫描仪、数码相机、数码摄象

机、光笔、数字化仪、触摸屏等。

输出设备：显示器、打印机、扬声器、刻录机、绘图仪等。

1 ） 分辨率（ dpi ，每英寸扫描的像素点数） 水平分辨率×垂直分辨率

水平分辨率（光学分辨率）：由扫描仪的传感器以及传感器中的单元数量决定，光学分辨率越高，扫描仪解析图像细节的能力越强，扫描的图像越清晰。

垂直分辨率（机械分辨率）：是步进电机在平板上移动时所走的步数。2 ） 色彩位数：决定扫描仪对颜色的区分能力。

一般的扫描仪至少有 30位色彩位数，能表达 230 种颜色

高档扫描仪拥有 36位色彩位数，能表达约 687亿种颜色。3 ） 灰度：决定图像亮度的层次范围 灰度越高图像层次越丰富，目前可达 256级灰度。4 ） 扫描速度：在指定的分辨率和图像尺寸下的扫描时间。

5 ） 扫描幅面：扫描仪支持的幅面大小，如 A4 、 A3 、 A1 和 A0 。

（ 3 ）扫描仪的主要性能指标

2 ．数码相机

（ 1 ）数码相机的工作原理

将数码照相机的镜头对着被拍摄的物体，按动快门，图像便会被分成红、绿、蓝三种光线，然后投影在 CCD（电荷耦合器件）上， CCD把光线转换成电荷，其强度随被捕捉影象上反射的光线强度而改变，然后 CCD把这些电荷送到模 /数转换器，对光线数据编码，再储存到存储装置中。在软件支持下，可在屏幕上显示照片，还可进行放大和修饰处理。

（ 2 ）数码相机的性能指标 与传统相机类似的指标有：镜头大小、快门速度、光圈大小以及闪光灯工作模式等。 数码相机特有的性能指标包括：

1 ）分辨率：分辨率越高，打印的照片尺寸越大。 640×480 可打印的尺寸约为 3×5英寸， 1024×768 可打印 5×

2 ）颜色深度： 24位或 36位，可以生成真彩色的图像。

3 ）存储能力及存储介质：决定了相机可拍摄照片的数量。

4 ）数据输出方式：串行口输出，高档相机提供 IEEE-1394高速接口。

5 ）连续拍摄：两张照片之间需要等待的时间间隔越短，连续拍摄的能力越强。

是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通的全自动照相机很相似，区别在于前者在存储器中储存图像数据，后者通过胶片曝光来保存图像 。

（ 2 ）刻录机的性能指标1 ） 刻录速度 读取速度： 12X 、 16X 写入速度： 2X 、 4X 、 5X 、 6X 、 8X

2 ） 接口方式 内置式： IDE 、 SATA（速度比 IDA快）和 SCSI 接口（服务器） 外置式： SCSI 接口、并行口及USB接口等 笔记本外置接口： PCMCIA（速度慢）、 1394 接口（ 4针、速度快）、 USB接口

3 ）缓冲区大小 刻录时数据必须先写入缓存，在刻录的同时后续的数据不断写入缓存中，以保持数据的连续传输，传输的中断容易导致刻录失败。缓存容量一般为： 512KB～ 8MB

4 ）支持的格式：一般支持 CD-ROM 、 CD-R 、和 CD-RW 、 DVD 等格式。

5 ）刻录方式：整盘刻写、轨道刻写和多段刻写，有的刻录机还支持增量包刻写方式，允许在一条轨道中多次追加数据。

3 ．刻录机

内置式（ 1 ）刻录机的分类

外置式

1 ．声卡

（ 1 ）声卡的组成 音频信号处理芯片：处理输入的音频信号，它控制采样频率和采样精度。 音效合成芯片： 主要控制输出音频信号的高低音和各种音效。 数字模拟转换电路 ：进行模 /数和数 / 模转换。

1.2.2 多媒体接口设备

（ 2 ）声卡的主要功能 1 ）录音与放音：通过麦克风或 LINE IN通道进入，首先经过混音芯片进行采样、 A/D转换、混合等一系列处理，再通过主芯片的处理，录制成波形文件。波形信号经过主芯片进行处理和计算，再传到混音芯片进行 D/A转换，转换好的模拟信号经过功放的放大处理后由音箱输出。

2 ）编辑与合成处理：对声音文件添加各种特效，如回声、淡入淡出等。

3 ） MIDI 接口：与外部电子乐器之间进行通信，实现对电子乐器的控制和操作。

2 ．视频采集卡

1 ） 模拟采集卡 ① 接口：采用 PCI总线接口（ 32位）

至少要有一个 Video In与模拟视频设备相连，高性能的采集卡则一般具有 AV 接口和 S-Video 。

注意：不能直接采集电视射频信号，也不能直接采集伴音信号。

② 功能：接收模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频序列。 一般的视频采集卡： 存储成 AVI 文件

高档的视频采集卡：存储成 MPEG文件

2 ）数字采集卡（或 1394 卡） IEEE 1394 ：是一项视频数据传输的串行接口标

准，由苹果公司首创，称为 Firewire（火线）。相当于一个数据传输接口，不具备视频信号采集功能。1394卡的特点：数据传输速率快。数字采集卡主要有以下三类：① 带有硬件 CODEC（编解码器）的 1394卡

速度快、质量高， 价格昂贵。② 带有软件 CODEC 的 1394卡

价格低，但速度慢。③ OHCI 1394卡（开放主机控制器接口）

是 PC 的标准接口卡，价格低，品种多

顶博 PCI IEEE1394 控制卡 天敏 VC4000 视频采集卡

3 ．显卡

作用：将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息，传送到显示器上显示。显卡一般插在主板的 PCI扩展插槽中，现在有些主板上集成了显卡。

常见的显卡的输出接口 ：

① VGA 视频图形阵列接口：将转换好的模拟信号输出到 CRT 或者 LCD 显示器中。 ② DVI 数字视频接口：视频信号无需转换，信号无衰减或失真。 DVI-D 接口：只能输出数字信号 DVI-I 接口： 可输出模拟或数字信号 ③ HDMI 高清晰多媒体接口：将多媒体数字信息输出到液晶电视机或数字投影仪。

显卡功能示意图

1.2.3 多媒体存储设备

CD 类型 特 点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 存放数字化的文字、图形、图像和声音等CD-I 存放数字化的文字、图形、声音、静止图像和动画等

CD-I FMV 存放数字化的电影、电视等节目卡拉 OK CD 存放数字化的卡拉 OK节目Video CD 存放数字化的电影、电视等节目Photo-CD 主要存放的是照片和艺术品

1 ． CD 系列 （ 1 ） CD 类型 CD原指激光唱盘，即 CD-DA ，用于存放数字化的音乐节目。

（ 2 ） CD 盘的结构 1 ）盘片的结构 CD 盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳酸脂衬垫组成。 CD 盘的外径为 120 mm ，中间孔的直径为 15mm ，厚度为 1.2mm ，重量为 14克～ 18克，记录数据的区域为 35.5mm宽，激光唱盘分 3 个区：导入区、导出区和声音数据记录区。 2 ）光道的结构 CD 盘光道是螺旋型道的，光道长度大约为 5 公里，角速度不同，线速度恒定，内外光道的记录密度相同，随机存储特性较差，控制比较复杂。

（ 3 ）信息记录的原理

（ 1 ） CD-ROM ：凹坑的边缘来记录“ 1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录“ 0” 。

（ 2 ） CD-R ：在反射层下多了一个记录层，由涂有特殊性质的有机染料构成，这种有机染料在激光的作用下会发生变化，从而达到记录数据的目的。由于记录层感光染料的变色过程是不可逆转的，所以 CD-R只能一次性写入数据。

（ 3 ） CD-RW ：可擦写光盘，目前主要有磁光盘和相变光盘两种。

磁光盘：由磁介质组成，铁磁介质在外磁场的作用下具有一定的方向性，这种方向性在激光束的热力作用下可发生翻转，方向的正负代表了二进制的“ 0”和“ 1”，这种可翻转特性使信息是可擦除的。

相变光盘：利用激光使记录介质在结晶态和非结晶态之间的可逆相变结构来记录数据和擦除数据。相变型兼容性好，目前市场上的 CD-RW基本上都属于相变型光盘。

数字视频光盘（ Digital Video Disc ， DVD ）主要用来存放视频节目 ，通过采用更短波长的激光源 ，加大光学读出头的数值孔径（ NA） ，加大光盘的数据记录区域 ，采用两个面来记录数据以及采用新的数据编码和调制算法等手段提高存储容量。

DVD盘的类型 存储容量(GB)

MPEG-2 Video播放时间 (分钟 )

单面单层 (DVD-ROM) 4.7 133

单面双层 (DVD-ROM) 8.5 240

单层双面 (DVD-ROM) 9.4 266

双层双面 (DVD-ROM) 17 480

单层双面 (DVD-R) 7.6 215

单层双面 (DVD-RAM) 5.2 147

CD 系列 DVD

激光源的波长 780 nm 635/650 nm

光学读出头的数值孔径 (NA) 0.45 0.6

最小凹凸的长度 0.83um 0.4um

光道间距 1.6um 0.74um

光盘的数据记录区域 86 cm2 86.6 cm2

2 ． DVD

3．蓝光光盘（ Blu-ray Disc ，简称 BD 盘）：由一片厚度为 1.1mm的记录层和厚度仅为 0.1mm 的透明保护层复合而成。采用波长为 405nm蓝紫色激光，所以称为蓝光光盘。 BD 的 NA 比 DVD 大 1.42倍，进一步减小了信息记录凹凸坑的长度，缩短了光道间距，提高了记录密度。通常单层蓝光光盘的容量在 25GB左右，最高可达 200GB。

4．存储卡（或闪存卡）：存储卡是利用闪存（ Flash Memory）技术来存储信息的一种存储器，一般作为数码相机、掌上电脑和 MP3等小型数码产品的存储介质。通过相应的读卡器可以将存储的数据传输到计算机中，读卡器一般都通过 USB接口连接到计算机。

明基 2X BD-R 25GB 蓝光盘 79￥

HP SD卡(8GB)210￥

三星MMC Micro卡(2GB) 180￥ SANDISK SM卡

(128MB) 停产雷克沙 CF 卡

(8GB/300X)880￥)

索尼Memory Stick

(8GB) 680￥

奥林巴斯 XD卡(2GB)150￥

飚王 SCRS026 SD读卡器

SD/SDHC/MMC 15￥

)

川宇 C235高速 32 合一读卡器

SDHC/SD/MMC II/RS MM22￥

川宇 C203A XD读卡器 19￥

川宇 C201A CF读卡器CF 闪存卡 /MD记忆卡 22

￥

川宇 C204A MS读卡器 18￥

1.3 多媒体软件系统

1.3.1 多媒体软件

1 ．多媒体操作系统

具备对多媒体数据和多媒体设备的管理和控制功能，如多媒体Windows平台。

2 ．多媒体驱动程序 是多媒体计算机系统中直接和硬件打交道的软件，

完成设备的初始化，控制各种设备操作 。

3 ．多媒体素材制作软件 完成各种图像、图形、动画和声音等素材的制作。

4 ．多媒体创作软件 （ 1）编程语言： V B、 VC++和 Delphi （ 2）多媒体创作工具

5 ．多媒体播放软件6．多媒体转换软件

创作工具软件 特点

Authorware 基于图标和流程线

Director 基于时间线，类似电影制作

Tool Book 基于卡片，类似电子书

Powerpoint 幻灯片演示

播放器软件 主要播放的文件

Windows Media Player WMV和 ASF文件

RealOne Player RM和 RMVB文件

QuickTime Player MOV文件

Flash Player SWF文件

ShockWave Player DCR和 DXR文件

多媒体元素 典型产品 特点

图形

AutoCAD 主要用于二维及三维绘图设计FreeHand 矢量图形制作工具。属于平面图形设计软件CorelDRAW 矢量图形制作工具软件Illustrator 矢量图形制作软件

图像Photoshop 图像处理软件ACDSee 数字图象处理软件我形我速 图像处理和浏览软件

动画

二维

Flash 网页多媒体制作软体

Animator Studio

平面动画制作软件

三维 3ds Max 三维动画和建模软件。Maya 三维动画制作软件。Cool 3D 三维动画效果制作软件

声音Adobe Audition 数字音频处理软件Sound Forge 数字音频处理软件

视频Premiere Pro 视频编辑软件Movie Marker 视频处理软件绘声绘影 视频编辑软件

多媒体素材制作软件

1.3.2 多媒体应用系统的设计流程