1.4 多媒体关键技术
1．4  多媒体关键技术
本节将从两个角度讨论多媒体关键技术，一是研制多媒体计算机系统要解决的关键技术，对此仅作一些简单的介绍；另一方面对多媒体应用的关键技术进行概述，具体内容将在后续章节中展开，这是学习的重点。
1．4．1  多媒体计算机系统要解决的关键技术
    1．视频、音频等媒体数据压缩／解压缩技术
    研制多媒体计算机需要解决的关键问题之一是要使计算机能实时地综合处理文、声、图
等多种媒体信息，然而，由于数字化的声音、图像等媒体数据量非常大，致使在目前流行的计算机产品，特别是个人计算机系列上开展多媒体应用难以实现，例如，未经压缩的视频图像处理时的数据量每秒约28MB，而播放一分钟立体声音乐就需要100 MB的存储空间。视频与音频信号不仅数据量需较大存储空间，还要求传输速度快。因此，既要对数据进行数据的压缩和解压缩的实时处理，又要进行快速传输处理。而对总线传送速率为150kb／s的IBMPC或其兼容机处理上述音频、视频信号必须将数据压缩200倍，否则无法胜任。因此，视频、
音频数字信号的编码和压缩算法是重要的研究课题。编码理论研究已有40多年的历史，技术日臻成熟。在研究和选用编码时，要注意两点：一是该编码方法能用计算机软件或集成电路芯片快速实现；二是一定要符合压缩编码／解压缩编码的国际标准。
    关于数字电视与数字电视机，随着数字电视(DTV)的开播，将给人们带来前所未有的高品质电视画面和逼真的环绕立声体效果。人类的生活质量将经历一次类似从马车向汽车转变的巨大变革。
  什么是数字电视？按照中国电子行业标准，数字电视是从电视信号的采集、编辑、传播、接收整个广播链路数字化的数字电视广播系统。与传统的模拟电视(TV)相比，其优点是可基本实现高保真传输，即图像、伴音质量与演播室效果无差异。而现有的模拟电视广播，模拟信号离发射塔越远，衰减越严重。同时由于可以采用数据压缩技术，传输一套模拟节目的频道可用来同时传输4～6套数字电视节目，大大降低发射、传输费用。
  数字电视节目的制作，数字电视节目根据内容的不同，采用不同制式摄制，其中大部分电影、电视连续剧和商业广告都先摄制在分辨率很高的胶片上，而现场演出或体育比赛实况则用高清晰度电视(HDTV)摄像机摄制。一般来说，有1080ｉ制式，即每帧画面有1080行
隔行扫描线，每行含有1920个像素，则一帧画面超过200万像素，(像素越多越清晰)，另有一种720Ｐ制式，即720行逐行扫描线，每行像素1280个，每帧画面近100万像素。另外还有720ｉ制式(720行隔行扫描)，还有480Ｐ制式(480行逐行扫描)。最终将出现设想中的具有数字电视最高分辨率水平的1080Ｐ制式(1080行逐行扫描)。无论哪种制式的数字电视节目摄制后，都必须经过数字化处理后用于播出。
  数字电视节目数据的压缩与传输，没有数字压缩技术，数字电视就不能产生。数字电视和其它数字视频系统采用MPEG-2压缩方案，用巧妙的算法对一幅画面进行分析；并经有效的方式对画面数据进行代码冗余处理。在数据的传输过程中，将根据节目的要求，采用不同制式用不同的带宽传输数据：例如体育比赛要求信息传输量大，速率更快，须采用(HDTV)制式占用一个带宽，而相同的带宽可以混输2～6套电影、戏剧等信息量少、速率慢的SDTV制式节目。电视台将根据节目类型、画面分辨要求，采用不同的制式、不同速率进行数据压缩播出，以此达到数据最佳传输效果。
  数字电视最终收看效果取决于数字电视机，不论电视台采用什么制式进行节目的制作或传输，新型的数字电视机将对数字信号自动处理，并显示接收到的节目。为能自动处理数字
信号，数字电视机必带有数字电视调谐器和解码器，有些电视机在加装一个单独模块或一个机顶盒后也能达到相同作用。美国消费电子协会最近界定了数字电视机标准，分为高清晰度电视(HDTV)，增强清晰度电视(EDTV)，标准清晰度电视(SDTV)三类。均采用16∶9或4∶3的屏幕宽高比，杜比数字音响。
  国内市场上的数字化彩电，最近国内市场出现了大量数字化彩电、数码彩电；都是在不改变现行的广播传输体制(模拟体制)前提下，将经过图像检波的视频信号、经过伴音鉴频的音频信号以及其它部分进行数字处理的广播电视接收机。由于不带数字电视调谐器、解码器或不能加装模块、机顶盒(即不能升级)，所以都只能是数字化彩电，不能称为数字电视机。1998年5月，长虹集团数字电视机样机才刚刚出现，而其它彩电厂商如康佳集团等力争三年后有数字电视机上市。
  要实现数字电视广播，首先要对电视信号的采集及传输体系的制式进行变更；其次对节目摄录设备、电视台广播设备、传输设备，用户中电视接收机全面更新换代。英、美两国1998年数字电视广播已进入部分家庭，其中美国宣布在2006年全部淘汰现有模拟电视系统，而我国中央电视台1995年才购买数字播出设备，1999年进行了试播。要在我国全面开
通数字电视广播业务需要500多亿资金投入建立数字电视台，需要更多资金进口昂贵的数字电视机(7000美元～100000美元每台)，显然是不现实的，因此我国的数字电视广播的开通还有一段漫长的路要走，而模拟电视系统将在相当长的时间内存在。
  2．多媒体专用芯片技术
    多媒体专用芯片基于大规模集成电路(VLSl)技术，它是多媒体硬件体系结构的关键技术，因为，要实现音频、视频信号的快速压缩、解压缩和播放处理，需大量的快速计算而实
现图像的特殊效果：如改变比例尺、淡人淡出等，图像的生成、绘制等处理以及音频信号的处理等，只有采用专用芯片进行处理，才能取得满意的效果。
    什么是多媒体技术多媒体计算机专用芯片可归为两类：一类是固定功能的芯片；另一类是可编程的数字信
号处理器DSP芯片。最早推出的固定功能的专用芯片是图像处理的压缩处理芯片，即将实
现静态图像的数据压缩／解压缩／算法做在一个专用芯片上，从而大大提高其处理速度。以
后，许多半导体厂商或公司又推出执行国际标准压缩编码的专用芯片，例如支持用于运动图
像及其伴音压缩的MPEG标准芯片，芯片的设计还充分考虑到MPEG标准的扩充和修改。
由于压缩编码的国际标准较多，一些厂家和公司还推出多功能视频压缩芯片，例如美国集成
信息公司(Integrated InformationTechnology)推出的视频压缩芯片VP(Video Processor)。而Intel
公司的750芯片，不仅为多媒体应用提供了足够的计算能力，而且已达到1BIPS(Billion
Lnstructions Per Second)的运算速度。还有高效可编程多媒体处理器，由于采用多处理器并行技术，计算能力可达到2BIPS。这些高档的专用多媒体处理器芯片，不仅大大提高了音、视频信号处理速度，而且在音频、视频数据编码时增加特技效果。
    除专用处理器芯片外，多媒体系统还需要其他集成电路芯片支持，如数模(D／A)和模数(A／D)转换器、音频、视频芯片、彩空间变换器及时钟信号产生器等。
  3．多媒体存储和检索技术
    从本质上说，多媒体系统是具有严格性能要求的大容量对象处理系统，因为多媒体的音
频、视频、图像等信息虽经压缩处理，但仍需相当大的存储空间，即使大容量的硬盘，也存储不了许多媒体信息。只有在大容量只读光盘存储器，即CD—ROM问世后，才真正解决了多媒体信息存储空间问题。在CD—ROM基础上，还开发有CD—I和CD—V，即具有活动影像的全动作与全屏电视图像的交互可视光盘。在只读CD家族中还有称为“小影碟”的
VCD、可录式光盘CD—R、画质和音质较高的光盘DVD以及用数字方式把传统照片转存到光盘，使用户在屏幕上可欣赏高清晰度照片的Photo CD。EVD(Enhanced Versatile Disk)意思是增强型多媒体盘片系统，俗称“新一代高密度数字激光视盘系统”，是DVD的升级产品，EVD产品的解像度是DVD的五倍，在声音效果方面则于国际上首次同时实现高保真和环绕声，一张EVD影碟目前可存储约一百一十分钟的影音节目，有关专家指出，EVD将震撼音效和亮丽画质完美结合，首次基于光盘实现了高清晰度数字节目的存储和播放。20世纪80年代初，一次写入型光盘问世，随后可读／写光盘被研制出来，使其具有同硬盘竞争的有利条件。现在，硬盘、光盘、大容量活动存储器以及网络存储系统的不断升级换代为
多媒体存储提供了便利的条件。
  4．多媒体输入／输出技术
    媒体输入／输出技术包括多媒体输入／输出设备、媒体显示和编码技术、媒体变换技术、
识别技术、媒体理解技术和综合技术。
  ①媒体变换技术 指改变媒体的表现形式，如当前广泛使用的视频卡、音频卡(声卡)
都属媒体变换设备。
  ②媒体识别技术  对信息进行一对一的映像过程。例如语音识别是将语音映像为一串字、词或句子；触摸屏是根据触摸屏上的位置识别其操作要求。
③媒体理解技术 对信息进行更进一步的分析处理和理解信息内容，如自然语言理解、图像语音模式识别这类技术。
    ④媒体综合技术  把低维信息表示映像成高维的模式空间的过程，例如语音合成器就
可以把语音的内部表示综合为声音输出。
    媒体变换技术和媒体识别技术相对比较成熟，应用较广泛。而媒体理解和综合技术目
前还不成熟，只在某些特定场合用。但这些课题的研究正在受到普遍重视。输入与输出技
术进一步发展趋势是：
  ①人工智能输入／输出技术  主要包括语音识别、语音合成、语言翻译、语言和文本间转换；图像识别和处理，图／文／表分离技术；笔式输入技术和智能推理技术等。围绕实用过程均需进一步解决压缩、集成和交互、同步等处理。
    ②外围设备控制技术 主要包括多媒体文件存储、数据格式转换、控制界面、外围设备
驱动程序、调板控制、高分辨率全彩显示、三维彩、声音效果处理、通信效果处理、多媒体窗口程序等。
    ③多媒体网络传输技术  主要包括网络管理技术、高速网络协议、开放式文件结构、视
像会议、不同网络间的传输技术、ISDN通信技术、传送等。多媒体信息传输对网络的基本要求是同步、不间断。
  5．多媒体系统软件技术
  多媒体系统软件技术主要包括多媒体操作系统、多媒体编辑系统、多媒体数据库管理技
术、多媒体信息的混合与重叠技术等。
    （1）多媒体操作系统
    多媒体系统要求该操作系统要像处理文本、图形文件一样方便灵活地处理动态音频和

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