数字新媒体概论的关键技术

3.1.2　数字新媒体的关键技术

1.数字信息获取与输出技术

数字媒体信息的获取是数字媒体信息处理的基础，其关键技术主要包括声音和图像等信息获取技术等，其技术基础是现代传感技术。数字媒体信息输入与获取的设备主要包括键盘、鼠标、光笔、跟踪球、触摸屏、语音输入和手写输入等输入与交互设备，以及适用于数字媒体不同内容与应用的其他输入和获取设备，如适用于图形绘制与输入的数字化仪，用于图像信息获取的数字相机、数字摄像机、扫描仪、视频采集系统等，用于语音和音频输入与合成的声音系统，以及用于运动数据采集与交互的数据手套、数据衣等等。

数字媒体信息的输出技术是将数字信息转化为人类可感知的信息，其主要目的是为数字媒体内容提供更丰富、人性化和交互的界面。主要的技术包括显示技术、硬拷贝技术、声音系统，以及用于虚拟现实技术的三维显示技术等等，且各种数字存储媒体也是数字媒体内容输出的载体，如各类光盘和其他数字出版物等。显示技术是发展最快的领域之一，平板高清显示器已经成为一种趋势和主流。三维显示技术也得到长足的进步，取得了突破性进展，已经能够实现真三维的立体显示。

由于数字媒体最显著的特点是交互性，很多技术与设备都融合了信息的输入与输出技术，特别是人机交互和数字终端技术，交互性和综合性成为其发展的主要趋势。

虚拟现实是人机交互技术发展的趋势。虚拟现实技术是直接来自应用的涉及许多相关学科的新的实用技术，是集计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能、传感与测量技术、语音处理与音响技术、网络技术等为一体的综合集成技术，对计算机科学和数字新媒体技术的发展具有重要的作用。虚拟现实技术主要的研究内容与关键技术包括动态虚拟环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等方面。虚拟现实作为一种新技术，它将在很大程度上改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。提高虚拟现实系统的交互性，逼真感和沉浸感是其关键所在。

2.数字信息存储技术

由于数字媒体对计算速度、性能以及数据存储的要求更高，数字媒体对象数据一般都非常大，具有并发性和实时性，所以数字媒体存储技术不仅要考虑存储介质，还必须考虑存储策略。数字媒体对存储技术的存储容量、传输速度等性能指标的高标准和高要求，促使数字媒体存储媒体以及相关控制技术、接口标准、机械结构等方面的技术飞速发展，高存储容量高速的存储新产品也不断涌现，并得到广泛的应用与普及，进一步促进了数字媒体技术及其应用的发展。目前在数字媒体领域中占主流地位的存储技术主要是磁存储技术、光存储技术和半导体存储技术。

磁存储技术由于其记录性能优异、应用灵活、价格低廉，在技术上仍具有相当大的发展潜力，其存储容量和存取速度也越来越高，仍将是数字媒体存储技术中不可替代的存储媒体。目前应用于数字媒体的磁存储技术主要有硬盘、硬盘阵列和磁带等。

光存储技术以其标准化、容量大、寿命长、工作稳定可靠、体积小、单位价格低及应用多样化等特点成为数字媒体信息的重要载体。蓝光存储技术的出现，使得光存储的容量成倍提高，在用作高清晰数字音像记录设备和计算机外存储器等方面有着很广阔的应用前景。

半导体存储器的应用领域非常广泛，种类繁多。目前在数字媒体，特别是移动数字媒体中普遍使用的半导体存储技术是闪存技术及可移动闪存卡，其发展的趋势是体积越来越精小，而存储容量越来越大。

3.数字信息处理与生成技术

数字媒体信息处理技术是数字媒体的关键，主要包括模拟媒体信息的数字化、高效的压缩编码技术，以及数字媒体信息的特征提取、分类与识别技术等。在数字媒体中，最具代表性和复杂性的是声音与图像信息。因此，相关的数字媒体信息处理技术的研发也是以数字音频处理技术和数字图像处理技术为主体。

数字音频处理技术首先是将模拟的声音信号变换成数字音频信号。由于数字化的音频信号数据量非常大，因此需要根据音频信号的特性，主要是利用声音的时域冗余、频域冗余和听觉冗余对其数据进行压缩。数字音频压缩编码技术主要有:一是基于音频数据的统计特性的编码技术，典型的是波型编码;二是基于音频的声学参数的编码技术;三是基于人的听觉特性的编码技术，其典型的技术是感知编码技术，成为以MPEG和Dolby AC-3为代表的标准商用系统。(www.xing528.com)

数字图像处理技术与数字音频处理技术一样，首先是将自然界的视觉信息转换成数字信号。原始图像数据也需要进行高效的压缩，主要是利用其空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余和视觉冗余实现数据的压缩。目前的图像压缩编码方法大致可分为三类:一是基于图像数据统计特征的压缩方法，主要有统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码、小波编码、神经网络编码等;二是基于人眼视觉特性的压缩方法，主要是采用基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓和纹理的编码等;三是基于图像内容特征的压缩方法，主要采用分形编码、模型编码等，也是新一代高效图像压缩方法的发展趋势。

数字媒体编码技术发展的另一个重要方向就是综合现有的编码技术，制定统一的国际标准，使数字媒体信息系统具有普遍的互操作性和兼容性。

数字语音处理技术也是数字音频处理技术的一个重要的研究与应用领域，特别是语音合成、语音增加和语音识别技术。同样，图像识别技术也是数字媒体系统中广泛应用的技术，特别是汉字识别技术和人类生理特征识别技术等。

计算机图形技术几乎在所有的数字媒体内容及系统中都得到了非常广泛的应用，它是利用计算机生成和处理图形的技术，主要包括图形输入技术、图形建模技术、图形处理与输出技术。计算机图形技术能够生成(绘制)非常复杂的图形，可根据计算机绘制图形的特点分为真实感图形绘制技术和非真实感(风格化)图形绘制技术。真实感图形绘制的目的是使绘制出来的物体形象尽可能地接近真实，看上去与真实感照片几乎没有任何区别。非真实感图形绘制是指利用计算机来生成不具有照片般真实，而具有手绘风格的图形技术。

计算机动画技术是以计算机图形技术为基础，综合运用艺术、数学、物理学、生命科学及人工智能等学科和领域的知识来研究客观存在或高度抽象的物体的运动表现形式。计算机动画经历了从二维到三维，从线框图到真实感图像，从逐帧动画到实时动画的过程。计算机动画技术主要包括关键帧动画、变形物体动画、过程动画、关节动画与人体动画、基于物理模型的动画等技术。目前，计算机动画的主要研究方向包括复杂物体造型技术、隐式曲面造型与动画、表演动画、三维变形、人工智能动画等。

4.数字传播技术

数字传播技术为数字新媒体传播与信息的交流提供了高速、高效的网络平台，也是数字新媒体所具备的最显著的特征。数字传播技术全面应用和综合了现代通信技术和计算机网络技术，“无所不在”(ubiquitous)的网络环境是其最终目标，人们将不会意识到网络的存在，而能随时随地通过任何终端设备上网，并享受到各项数字新媒体内容服务。

数字传播技术主要包括数字通信网、计算机网络和无线移动技术，其基础技术是各类调制技术、差错控制技术、数字复用技术、多址技术等。IP技术的广泛应用是数字传播技术的发展趋势。IP技术是综合业务的最佳方案，能把计算机网络、广播电视网和电信网融合为统一的宽带数字网或互联网。众多的信息传递方式和网络在数字传播网络内将合为一体。同时，数字无线传播技术的发展是实现无所不在网络环境的关键之一，而成为数字传播技术中发展与应用的一种趋势。

NGN是下一代网络技术的代表，其基于分组的网络，利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术，支持通用移动性，其业务相关功能与其传送技术相独立。NGN是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等数字媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。支撑NGN关键技术主要是IPv6、光纤高速传输、光交换与智能光网、宽带接入、城域网、软交换、3G和后3G移动通信系统、IP终端、网络安全等技术。

5.数字信息管理与安全技术

数字媒体数据库技术、信息检索技术与信息安全技术是对数字媒体信息进行高效的管理、存取、查询，以及确保信息安全性的关键技术。数字媒体数据库是数字媒体技术与数据库技术相结合产生的一种新型的数据库。目前研究的途径主要有:一是在现在数据库管理系统的基础上增加接口，以满足数字媒体应用的需求;二是建立基于一种或多种应用的专用的数字媒体数据库;三是研究数据模型，建立通用的数字媒体数据库管理系统。第三种途径是研究和发展的主流与趋势，但难度很大。

数字媒体信息资源的检索技术趋势是基于内容检索技术。基于内容的检索突破了传统的基于文本检索技术的局限，直接对图像、视频、音频内容进行分析，抽取特征和语义，利用这些内容特征建立索引并进行检索。其基础技术包括图像处理、模式识别、计算机视觉、图像理解技术，是多种技术的合成。目前基于内容检索的技术主要有基于内容的图像检索技术、基于内容的视频检索技术，以及基于内容的音频检索技术等。计算机视觉、数字图像处理和模式识别技术，包括心理学、生物视觉模型等科学技术的新发展和综合运用，将推动图像检索和图像理解获得突破性进展。

数字媒体信息安全主要应用的技术是数字版权管理技术和数字信息保护技术。数字媒体信息安全的主要目的在于传输信息安全、知识产权保护和认证等。数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向，是一种有效的数字产品版权保护和认证来源及完整性的新型技术。数字水印技术是一个新兴的研究领域，现有技术也需要改进和提高。