多媒体计算机技术：助推计算机技术发展

§1.2.1 多媒体技术是计算机技术发展的必然

1.多媒体技术对计算机技术的影响

多媒体技术的出现，将计算机的普及和应用推向了一个新的发展阶段。具有多媒体功能的计算机被称为多媒体计算机，其中最广泛、最基本的是多媒体个人计算机MPC（Multimedia Personal Computer）。随着多媒体技术的发展，极大地改变了使用计算机的方式，它不但为人们提供了方便使用的途径，比较友好的交互式界面，而且还为人们提供了充分发挥创造力的环境。人们可利用计算机能交互、综合处理多媒体信息的能力，充分发挥想象力，去做各种各样的事情，诸如信息服务、文艺创作、生产、办公管理等等。因此多媒体技术的发展对计算机技术产生了巨大影响，这主要体现在如下几个方面：

（1）在技术上，国际计算机专家们预测90年代到21世纪计算机技术应用和发展的四大方向是多媒体计算机技术、开放系统、微型化和网络计算机技术，而多媒体计算机技术与通信技术的结合将从根本上改变现代社会的信息处理和传播方式，是信息高速公路的基础。

（2）在信息处理的观念上，多媒体计算机技术集成处理文、图、声、视等多种信息，给人们提供了一种用计算机技术来表现、传播和处理具备“视”、“听”完整信息的数字处理方法，使人们能用“眼睛看”和“耳朵听”来接收信息，多媒体计算机技术使计算机更加贴近人类的观念。

（3）在计算机的使用方法上，多媒体计算机技术提供了方便使用计算机的途径，给用户提供了更多的参与感和发挥自己创造力的环境。

（4）在计算机的应用领域上，多媒体计算机技术表现信息的生动性和完整性，已经把计算机的应用从人们的工作领域拓宽到了生活领域，使计算机更加深入地改变人们的生活、娱乐、交往、工作等各个方面。

对多媒体技术的研究涉及到计算机技术的许多领域。多媒体技术汇集了计算机体系结构，计算机系统软件，视频音频信号的获取、处理、特技以及显示输出等技术。从对信息的处理、数据的压缩与解压缩技术、硬件的体系结构到多媒体操作系统等软件系统；从开发多媒体应用的创作工具、动画技术、数据库技术等，到与网络技术相结合，应用电子邮件、多媒体视频会议系统，甚至是提供计算机支持协同工作（CSCW）环境（Computer Supported Collaborative Work）等，都成为各国专家研究的热门课题。

2.多媒体技术是计算机技术发展的必然

多媒体计算机技术之所以能迅速发展，有两个主要原因：

（1）多媒体使计算机适应了人们实际使用的需要

在计算机发展的初期，人们是用数值这种媒体承载信息，也就是用0和1两种符号表示信息，计算机的使用非常不便，只能局限在极少数计算机专业人员中使用，50年代～70年代，出现了高级程序设计语言，可以用文字（如英文）作为信息的载体，进行输入与输出就直观、容易得多，计算机的应用也扩大到一般的科技人员，但还不能普及到更广泛的人员中。这是由于人们在日常生活中进行相互交往，所交换的信息媒体是多样化的，包括声音、文字、图形、图像等多种形式，处理多种媒体上的信息是获得和传递信息的客观需要，在以往的技术水平还不能满足这种需要时，人与计算机的对话是一个比较繁琐、生硬的过程，因此，从80年代开始，人们就致力于研究将声音、图形和图像作为新的信息媒体输入输出计算机，使计算机的应用更为直观、容易。多媒体计算机技术的发展进一步为人类实现自然的信息交互方式提供了条件，使得人们可摆脱那些单调枯燥的应用程序和设备，进入一个具有充分表现力，有声有色的多媒体应用世界。

（2）计算机及其相关技术的高速发展为多媒体技术的发展奠定了基础

近年来超大规模集成电路的密度和速度飞速提高，极大地提高了计算机系统的处理能力；各种专用芯片技术和并行处理技术的迅猛发展，为视频、音频信号的处理创造了条件；压缩/解压缩技术及各种压缩/解压缩芯片的发展进一步为存储、传输视频和音频信号奠定了基础；作为多媒体信息主要存储载体的CD-ROM光盘近年来在容量和速度上也获得了迅速的发展，成本大幅度下降；网络的普遍使用及技术的不断更新，也为多媒体信息远距离的传输创造了条件。

因此，无论从计算机技术发展的角度，还是从普及计算机应用，拓宽计算机处理信息的类型来看，利用多媒体技术是计算机技术发展的必然趋势，多媒体将成为90年代和21世纪计算机发展的主流。多媒体技术、计算机通讯网络技术、面向对象的编程方法将构成新一代信息系统的三大支柱，三者的完美结合将为人类提供全新方式的计算机应用环境。

§1.2.2 多媒体计算机技术的组成

多媒体计算机技术涉及面相当广泛，涉及到许多成熟发展的传统学科，如图像处理技术、声音处理技术、视频处理技术以及三维动画技术等，它是一门跨学科的综合性技术。根据多媒体数据的特点，可以把多媒体计算机技术归纳成以下几个主要方面：

1.各种媒体的处理和信息压缩技术

各种媒体的处理技术除了可以借鉴和继承各个分支学科的原有技术，如超文本技术、计算机图形学、图像处理、动画等的原理和方法而外，主要还有：音频技术（音频采样、压缩、合成及处理、语音识别等）、视频技术（视频数字化及处理）、图像技术（图像处理及图像、图形动态生成）。

音频技术发展较早，主要包括四个方面：音频数字化、语音处理、语音合成及语音识别。其中音频数字化目前是较为成熟的技术，多媒体声音卡就是采用此技术而设计的，数字音响也是采用了此技术取代传统的模拟方式而达到了理想的音响效果。

音频处理包括范围较广，但主要方面集中在音频信息的压缩技术上，采用语音压缩算法可将声音数据压缩若干倍。语音合成是指将正文合成为语言播放，目前国外几种主要语音的合成水平均已到实用阶段，汉语合成也有突飞猛进的发展，实验系统正在运行，在音频技术中难度最大最吸引人的语音识别技术，虽然目前只是处于实验研究阶段，但是其广阔的应用前景，一直受到人们普遍的关注。

视频技术虽然发展时间较短，但是产品应用范围已经很大，并已进入家庭。视频技术包括两个方面：视频数字化和视频编码技术。视频数字化是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号，使得计算机可以显示和处理视频信号，且视频数宇化后的色彩、清晰度及稳定性也有了明显的改善。

视频编码技术是将数字化的视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带中或在电视上播放。对于不同的应用环境有不同的技术可以采用，从低档的游戏机到电视台广播级的编码技术都已成熟。

图像压缩是计算机处理图像和视频以及网络传输的重要基础。图像压缩技术包括：图像压缩和动态视频压缩。目前ISO制订了三个压缩标准，即JPEG、MPEG和P×64.JPEG是静态图像的压缩标准，适用于连续色调彩色或灰度图像。当图像压缩20倍左右时，眼睛基本看不出失真。MPEG算法适用于动态视频的压缩算法，它除了对单幅图像进行编码以外还利用图像序列中的相关原则，将帧间的冗余去掉，这样大大提高了图像的压缩比例。通常保持较高的图像效果压缩比可以到100倍。MPEG算法的缺点是压缩算法复杂，实现很困难。P×64（符合CCITT的H.261建议）是用来压缩音频和活动视频图像的标准，其应用目标是利用多媒体通信，进行文件会议、可视电话会议和视频电视会议。

图像压缩技术与视频技术及网络技术相结合的应用前景十分可观，如远程图像传输系统、动态视频传输系统——可视电话、电视会议系统、家用CD视盘机等等。所有这些技术和产品的发展将对本世纪到21世纪的社会进步产生重大影响。(www.xing528.com)

2.多媒体计算机系统技术

多媒体计算机系统对CPU运算速度、存储器容量（内存、外存）和信息传输速率（内部总线和网络的带宽）以及显示系统、磁盘驱动器、用户输入系统、输入/输出端口等的规格均有很高的要求。例如著名计算机图形学专家，美国SGI公司总裁Jim Clark著文称，多媒体处理器要有每秒10亿次浮点运算.速度才能处理一些高级的绘制图形的功能，即使在如此高速的条件下，对某些复杂绘制算法的内部循环运算，可能仍需一些专用硬件来处理。由此可见，高速计算机硬件平台是交互式多媒体计算机系统的基础，否则就无法处理同时产生的多媒体数据流。对多媒体计算机系统硬件平台的要求有两种发展方向，一种是应用于专业领域的高档计算机平台，至少是高档图形工作站：另一种是应用于普通型的个人计算机MPC，主要用于家庭或办公室多媒体用户。

对系统软件的最根本要求是设计一个完全满足多媒体技术要求的、独立的、能适应不同硬件平台的多媒体操作系统。目前，仍采用对已有PC机和工作站的操作系统进行改造的技术路线，主要解决两个问题：一是保证实时性；二是满足多媒体计算机功能模型的要求，如果操作系统无实时性功能，那么即使硬件速度较快也无法构成集成的多媒体计算机系统。同时，操作系统还必须支持多媒体计算机的多媒体计算功能模型，以满足实际多媒体应用问题的要求。

3.多媒体数据库技术

靠多种外设录入计算机的多媒体信息在多数情况下需以数据库的形式存储在计算机里。因为数据库可以把各种多媒体信息以适当的逻辑结构集成为一体，除了能管理传统的数值、文字、日期、逻辑型数据外，还能管理音频、视频、静态图像等多媒体信息的数据库系统，被称为多媒体数据库系统。

由于多媒体数据的类型不同，表示方式也各不相同。当用数据库技术支持多媒体应用时，需要将多媒体数据对象的各种表示的固有特性（例如是否采用编码形式或结构形式等）映射到相应的表示形式，如正文文件、图像参数文件、图像数据文件、图像结构表等等。多媒体数据库应能处理数据对象的各种表示方式，而不同对象的表示形式、存取方式、绘制方法各不相同，因此多媒体数据库还应包括处理不同对象的相关方法库。多媒体数据库与方法库应紧密相关联，以便进行数据对象的组合、分解和变换等操作。另外，为了管理数据对象方便，应建立数据对象的说明，以便于定义数据对象的二级属性。数据对象、数据对象的说明以及对象相关联的方法是多媒体数据的三个组成成分。

多媒体数据库系统管理任何一种媒体信息，都需要解决媒体信息的录入、存储和输出等问题，例如为了使计算机能处理静态图片，必须解决图像的录入技术、图像的压缩还原技术、图像的数据库存储技术、图像的显示打印技术等技术难题。因此，多媒体数据库技术也是多媒体技术的重要组成部分。

4。多媒体网络通信技术

多媒体数据的分布性以及计算机支持的协同工作等应用领域均要求在计算机网络上传递声像数据，近几年来由于网络通信技术发展十分迅速，综合业务数字网ISDN（包括窄带N-ISDN和宽带B-ISDN）的发展使得建立多媒体网络系统和进行多媒体通信成为可能。

所谓多媒体网络系统，就是将多个多媒体计算机连接起来以实现多媒体通信和共享多媒体数据的计算机网络系统，它可以是局域网，也可以是广域网，但由于多媒体计算机技术的固有的特点，多媒体网络系统也具有其相应的特征：

①网络中进行多媒体通信和共享多媒体数据的节点必须是多媒体计算机，即应该能综合、集成、实时地处理文字、图形、声音、活动视频图像等多种媒体。

②网络必须具有较大的带宽和传输速率，以确保能高速实时地传输大容量数据的文字、图形、声音、活动视频图像等多种媒体数据。

近年来由于数据压缩技术的发展及相应产品的推出，为多媒体信息网络传输提供了基本条件。电话网的传输速度虽然较慢，但图像压缩技术使电话网传输图像成为可能，与视频技术结合还可以半动态传输小窗口的视频图像。目前在9600波特率的电话网上可以实现每秒一帧的小窗口视频图像的传输。

真正解决多媒体的传输问题需要更高速的网络支持。目前光纤网FDDI和双绞线网络已达到100Mbit/秒的速度，新的300Mbit/秒～500Mbit/秒的网络也已出现，这些新技术的发展和成熟将会对多媒体网络通信技术的发展及应用奠定坚实的基础。

就目前技术水平而言，实现可视电话和电视会议系统在ISDN网上，通常可以达到每秒10～15帧的效果，主要应用的压缩算法是P×64。在普通基于同轴电缆的以太网上可以实现视频的全动态传输。

多媒体网络系统是多媒体计算机技术、网络计算机技术和通信技术的综合体现，将广泛应用于多媒体会议系统、多媒体电子邮箱、协作设计、远程教学、远程医疗诊断和广播出版业等方面。

§1.2.3 多媒体计算机技术的现实意义

多媒体计算机技术拓广了计算机的信息处理范围，不再局限于文本数据，把文字、视频、声音综合在一起，集成了计算机、电视、录像、光盘存储和电子印刷等多项技术。有关专家普遍认为多媒体技术是一个具有带动性的技术，它将引起计算机的下一场革命。由于它综合了多方面的技术成果，对人类社会生活和许多领域都具有推动作用，例如多媒体信息的传递，促进了通讯网络的发展；为出版行业开辟了新的前景；促进了教育方式的变革等等。多媒体与信息高速公路的结合，将对人们的思维方式产生极其深远的影响。因此多媒体技术具有以下现实意义：

1.极大地改善了人机接口，使人们以接进自然的方式来使用计算机，减轻了过去那种使用计算机的许多额外负担，不必再花大量的时间去熟悉繁多的操作命令。同时改变了人们接受信息的方式，变被动接受为主动接受。可以预计，随着多媒体技术的发展，不远的将来，多媒体将给计算机领域特别是桌面办公系统带来新的活力。多媒体将是计算机上最普及的人机接口，多媒体用户接口MMUI将会取代图形用户接口GUI，并得到广泛应用。

2.将文字、图像、声音集于一体，达到视听一体化。全面拓宽了计算机的应用领域，丰富了人们通过计算机所接触的信息量，增强了人们对信息的感受和领悟。多媒体的各种媒体信息的组合文档输出，具有极其丰富的表现力，真正做到“所见即所得”。

3.多媒体利用数据压缩技术，大容量的光盘存储技术，高速宽带网络技术，可以实现多种媒体信息的实时传送和处理，满足各种部门办公文档的需要，从而有可能实现办公自动化的无纸世界。

4.在教育培训方面，多媒体技术有力地促进了计算机辅助教育（CBE）和计算机辅助教学（CAI）的发展，丰富和推动了桌面出版与显示系统的实际应用。特别是多媒体会议系统的出现，使得相距很远的人们，能以类似面对面的方式进行交流，消除了地域上的障碍，大大提高了工作效率。

5.多媒体技术与数据库技术、通讯技术、专家系统和知识信息处理系统结合可开发出更好的具有一定智能的决策支持系统，使计算机辅助决策表现得更为形象直观，同时也开拓提高了决策思维的角度。

6.多媒体技术对计算机体系结构也将产生深远影响。多媒体技术的发展要求各种更高层次的技术手段，如大容量存储器、数据的实时压缩与解压缩、宽带传输网络。实时多任务操作系统等，这些都大大优越于传统计算机体系。多媒体技术的发展已经大大加快了它们的进程，促使计算机体系结构走上新台阶。