多媒体关键技术
多媒体关键技术
上节课主要介绍了：
多媒体技术的定义
多媒体技术是计算机技术、通信技术、音频技术、视频技术、图像压缩技术、文字处理技术等多种技术的一种综合技术。简单地说，多媒体技术就是把声、文、图、像和计算机结合在一起的技术。
多媒体计算机的定义
MPC，就是多媒体计算机，全称为Multimedia Personal Computer。相对于一般的PC(个人计算机)，多媒体计算机增加了一些多媒体部件(包括硬件和软件)，使得计算机具有多媒体处理能力。
多媒体技术在教育与培训方面的应用
CAI计算机辅助教学，CAL—计算机辅助学习，CBI—计算机化教学，CBL—计算机化学习，
CAT—计算机辅助训练，CMI—计算机管理教学
多媒体技术六个发展方向
(1)  高分辨化，提高显示质量。
(2)  高速度化，缩短处理时间。
(3)  简单化，便于操作。
(4)  高维化，三维、四维或更高维。
(5)  智能化，提高信息识别能力。
(6)  标准化，便于信息交换和资源共享。
本节课内容
多媒体的关键技术
1. 音频、视频数据压缩/解压缩技术
研制MPC需要解决的关键问题之一是要使计算机能适时地综合处理声、文图信息。选用合适的数据压缩技术，有可能将字符数据量压缩到原来的1/2左右，语音数据量压缩到原来的1/2-1/10，图像数据量压缩到原来的1/2-1/60。
当前常用的压缩编码/解压缩编码国际标准JPEG和MPEG。
静像数据压缩标准 JPEG(Joint Photo一graphic Experts Group)，直译为联合摄影术专家组，其中联合是指几个国际组织的联合。它是从1986年正式开始制订的。
当时由两个国际组织联合支持，其一,是国际标准组织 ISO; 其二,是国际电报电话咨询委员会 CCITT。到 1987年 l1月，国际电工委员会 IEC也参加合作，因此说 JPEG是三个国际组织合作的成果。
虽然从 1986开始，经过许多次国际会议讨论和修改后，于1992年 7月 2日表决通过标准的第一部分，但是可能对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作进一步修改。JPEG是 ISO的标准,同时也CCITT的推荐标准。
JPEG是数字图像压缩的国际标准。它用于连续变化的静止图像，这里包括灰度等级和颜
两方面的连续变化。
JPEG包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种是有损压缩，它是以DCT(Discrete Cosine Transform)为基础的压缩方法。第二种为无损压缩，又称预测压缩方法。但最常使用的是第一种, 即DCT压缩方法，也称为基线顺序编解码(Baseline Sequential Codec)方法，因为这种方法的优点是先进、有效、简单、易于交流，因此应用广泛,是以DCT为基础的最基本、最重要的方法。
MPEG标准
运动图象压缩标准 MPEG(Moving Picture Expert Group)是目前国际上影响最大的技术标准之一。制定MPEG 标准的国际组织全称为ISO/IEC/JTC1/SC29WG11，简称MPEG 专家组。该组织成立于1988年，是国际标准化组织内就同一个技术问题开展工作的最大工作组，成员来自世界近30个国家，参加工作的专家近400人。
十多年来，该工作组制定了一系列国际标准，其中MPEG-1、MPEG-2已为人们所熟知，这两个标准制定，为 VCD、DVD 及数字电视等产业的发展奠定了基础。目前正在制定的MP
EG-4和MPE G-7 标准为多媒体数据压缩和基于内容检索提供了一个更为通用的平台，将对下一代视、音频系统和网络应用产生深远的影响。
MPEG标准概况
MPEG-1
什么是多媒体技术ISO的活动图像专家组（MPEG）在1991年11月提出了ISO/IECⅡ172标准草案，通称MPEG-1标准。
该标准于1992年11月通过，1993年8月公布。它是为工业级标准而设计的，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I等。MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits／s。标准速率为1.4Mbits/s。
MPEG-2　
1995年出台的MPEG-2（ISO／IEC 13818），它所追求的是CCIR601建议的图像质量，即为DVB、HDTV和DVD等制定的3Mbps-10Mbps的运动图像及其伴音的编码标准。
MPEG-2在NTSC制式下的分辨率可达720×486，MPEG-2还可提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道，以及一个重低音声道，和多达7个伴音声道（DVD可有8种语言配音的原因）。
同时，由于MPEG-2的出性能表现，已能适用于HDTV，使得原打算为HDTV设计的MPEG-3，还没出世就被抛弃了。对于最终用户来说，由于电视机分辨率限制，MPEG-2所带来的高清晰度画面质量（如 DVD画面）在电视上效果并不明显，倒是其音频特性（如重低音，多伴音声道等）更引人注目。
MPEG-4
MPEG专家组继成功定义了MPEG-1和MPEG-2之后，于1994年开始制定全新的MPEG-4标准。
MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，用于实现音视频（audio-visual）数据的有效编码及更为灵活的存取。
MPEG-4试图达到两个目标：一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒体通信的综合。据此目标，MPEG-4引入了AV（Audio／Visaul Objects）对象，使得更多的交互操作成为可能。
MPEG-7
网络应用最重要的目标之一就是进行多媒体通信。而其中的关键就是多媒体信息的检索和访问，这样MPEG-7就应运而生。MPEG-7是多媒体内容描述接口，与前述标准集中在音频/视频内容的编码和表示不同，它集中在对多媒体内容的描述。
MPEG 7的目标就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。针对这个问题MPEG-7于1998年10月提出。
MPEG-7将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。其正式的称谓是"多媒体内容描述接口"。
与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具有如下独特的优点：
（1）内容的交互性     
MPEG-4提供了基于内容的多媒体数据访问工具，如索引、超级链接、上下载、删除等。利用这些工具，用户可以方便地从多媒体数据库中有选择地获取自己所需的与对象有关的内容，并提供了内容的操作和位流编辑功能，可应用于交互式家庭购物，淡入淡出的数字化效果等。MPEG-4提供了高效的自然或合成的多媒体数据编码方法。它可以把自然场景或对象组合起来成为合成的多媒体数据。
（2）高效的压缩性
MPEG-4基于更高的编码效率。同已有的或即将形成的其它标准相比，在相同的比特率下，它基于更高的视觉听觉质量，这就使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。同时MPEG-4还能对同时发生的数据流进行编码。一个场景的多视角或多声道数据流可以高效、同步地合成为最终数据流。这可用于虚拟三维游戏、三维电影、飞行仿真练习等
（3）通用的访问性     
MPEG-4提供了易出错环境的鲁棒性，来保证其在许多无线和有线网络以及存储介质中的应用，此外，MPEG-4还支持基于内容的的可分级性，即把内容、质量、复杂性分成许多
小块来满足不同用户的不同需求，支持具有不同带宽，不同存储容量的传输信道和接收端。
这些特点无疑会加速多媒体应用的发展，从中受益的应用领域有：因特网多媒体应用；广播电视；交互式视频游戏；实时可视通信；交互式存储媒体应用；演播室技术及电视后期制作；采用面部动画技术的虚拟会议；多媒体邮件；移动通信条件下的多媒体应用；远程视频监控；通过ATM网络等进行的远程数据库业务等。
MPEG-4主要应用如下：
（1）应用于因特网视音频广播
由于上网人数与日俱增，传统电视广播的观众逐渐减少，随之而来的便是广告收入的减少，所以现在的固定式电视广播最终将转向基于TCP/IP的因特网广播，观众的收看方式也由简单的遥控器选择频道转为网上视频点播。视频点播的概念不是先把节目下载到硬盘，然后再播放，而是流媒体视频（streaming video），点击即观看，边传输边播放。
现在因特网中播放视音频的有：Real Networks公司的 Real Media，微软公司的 Windows
Media，苹果公司的 QuickTime，它们定义的视音频格式互不兼容，有可能导致媒体流中难以控制的混乱，而MPEG-4为因特网视频应用提供了一系列的标准工具，使视音频码流具有规范一致性。因此在因特网播放视音频采用MPEG-4，应该说是一个安全的选择。
（2）应用于无线通
  MPEG-4高效的码率压缩，交互和分级特性尤其适合于在窄带移动网上实现多媒体通信，未来的手机将变成多媒体移动接收机，不仅可以打移动电视电话、移动上网，还可以移动接收多媒体广播和收看电视。
（3）应用于静止图像压缩
静止图像（图片）在因特网中大量使用，现在网上的图片压缩多采用JPEG技术。MPEG-4中的静止图像（纹理）压缩是基于小波变换的，在同样质量条件下，压缩后的文件大小约是JPEG压缩文件的十分之一。把因特网上使用的JPEG图片转换成MPEG-4格式，可以大幅度提高图片在网络中的传输速度。
（4）应用于电视电话
传统用于窄带电视电话业务的压缩编码标准，如H261，采用帧内压缩、帧间压缩、减少象素和抽帧等办法来降低码率，但编码效率和图像质量都难以令人满意。MPEG-4的压缩编码可以做到以极低码率传送质量可以接受的声像信号，使电视电话业务可以在窄带的公用电话网上实现。
（5）应用于计算机图形、动画与仿真
MPEG-4特殊的编码方式和强大的交互能力，使得基于MPEG-4的计算机图形和动画可以从各种来源的多媒体数据库中获取素材，并实时组合出所需要的结果。因而未来的计算机图形可以在MPEG-4语法所允许的范围内向所希望的方向无限发展，产生出今天无法想象的动画及仿真效果。
（6）应用于电子游戏
MPEG-4可以进行自然图像与声音同人工合成的图像与声音的混合编码，在编码方式上具有前所未有的灵活性，并且能及时从各种来源的多媒体数据库中调用素材。这可以在将来产生象电影一样的电子游戏，实现极高自由度的交互式操作

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