多媒体技术——概念标准应用与发展

多媒体计算机技术———概念、标准、应用与发展

一、多媒体计算机技术的概念

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(Mｕlｔime ｄｉa Peｒｓonal Compuｔｅr，简称ＭPC)。具备多媒体功能的计算机系统即是多媒体计算机系统。其基结构如图１示。 @@I１;图 1 多媒体计算机系统的结构@＠多媒体计算机技术的发展不仅对计算机技术产生了巨大的影响,而且已经并将更大地改变人们和工作的方式,这主要体现在如下几个方面:

●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(Mｕltimedia Cｏｍputing)、开放系统(Oｐen Sｙsteｍ)、缩小化(Doｗnsｉzing)和网络计算机技术（Nｅｔwork Cｏmputｉng）。其中最具革命性的就是多媒体计算机技术。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传播方式,是信息高速公路的基础。

●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。人类接收和传播信息的两种主要方式是用＂眼睛看"和用＂耳朵听＂,所以可看见的媒体,如文字、图形、图像、动画等,和可听见的媒体,如声音等的完美结合才能完整、自然地表达和让人类最大程度地接收信息。多媒体计算机技术使计算机更加贴近人类的观念。

●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。

●在计算机的应用领域上,多媒体计算机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。

●正因为多媒体计算机技术具备上述特征,多媒体计算机从一开始就形成了一个新兴的产业———多媒体计算机产业,并在现代产业的支柱信息产业中占据重要地位,具有巨大的市场。

普通的计算机只能处理可看见的媒体,所以多媒体技术的重点是要使计算机能很好地处理可听见的信息,如声音，所以声音是多媒体最基本、最重要的要素。而同时具有视（动态)、听特性的媒体、如视频、全活动影像（Ｆｕll-moｔion Mｏｖiｅ）等,就是多媒体的核心要素,要使计算机能处理声音、视频等媒体信息，就需要在计算机上增加一些能处理它们的硬件设备,如声音卡、视频卡等。处理音频和视频媒体的软硬件技术就是多媒体技术的关键技术,主要包括数据压缩技术、处理音频和视频的专用芯片和多媒体核心软件技术。数据压缩和解压缩技术数字化的声音、图像和视频的数据量是非常巨大的,如以ＣD音质声音(44.1KHz,1６Ｂｉt采样的立体声)每秒所占的数据量就为176KB；一幅64０×480的2５6色彩色图像所占的数据量约为300KB，而同样大小的24Bｉｔ真彩色图像所占的数据量将达９０0KB！巨大的数据量不但要求大容量的存储设备,更主要的是影响了数据的传输和运行。如动态视频要求每秒播放25/30帧图像,这样为在６4０×48０的窗口中播放256色、具ＣD音质的全动视频。就要求每秒处理９MB的数据。而计算机的数据处理能力是有限的,如IBM PC/AT机的IＳA总线的数据传输率最高只有５MB／秒。因此，在多媒体计算机技术要求能实时地综合处理文、图、音、视等媒体数据与多媒体涉及的巨大数据流量和计算机数据处理和传输能力的局限之间存在巨大的矛盾。解决这一矛的唯一有效方法就是采用一定的数据压缩编码算法对巨量的音、视频数据进行数据压缩。常用的压缩编码算法有ＰＣM(Pｕlse Ｃode Ｍoｄulａtion）、统计编码（哈夫曼、算术、香农-弗诺)、变换编码(K-L、DＣT、ＦＦＴ、FWT变换等）、插值和外推编码、游程编码等。一些国际学术组织已制定了一些压缩编码标准，主要有ＪＰEG(Ｊoｉnt ＰhotogrａphｉｃExpertｓGrouｐ)标准、电视电话/会议电话Ｐ×６4bit／s(CCIＴT H.2８１）标准以及MPEG（MovinｇPicture Eｘpｅｒts Ｇroｕｐ)标准等。音频/视频处理专用芯片专用芯片不仅集成度高、大大提高处理速度,而且有利于产品的标准化。对于需要大量的快速、实时进行音/视频数据的压缩／解压缩、图像处理(缩放、淡入/淡出、划像等）、音频处理(滤波、去噪等)等处理的多媒体计算机技术来说,音频/视频处理的专用芯片显得尤为重要。多媒体计算机专用芯片主要有两类，即固定功能的芯片和可编程的处理器。前者功能单一,主要用于图像数据的压缩处理;后者功能灵活，可进行编程设计,是发展的主流。此外,VRAM、A/Ｄ、

D／A转换芯片、数字声音处理器(Dｉgital Sｏuｎd Pｒocesｓoｒ)等也是多媒体计算机技术所必不可少的。多媒体计算机软件核心多媒体应用系统能否充分调度多媒体硬件,发挥其功能,真正达到多种媒体的同步协调,主要取决于多媒体计算机软件核心,即视频/音频支撑系统AＶSS（Auｄio/Ｖideo Support Syst ｅm）和视频/音频核心AVK(Audiｏ／Ｖidｅｏ Keｒnel)。对ＭPC而言,AVＳS就是多媒体操作系统,如W ｉｎdows3．1;AVK就是多媒体视频工作平台,如Microsｏft Vｉｄeo for Wiｎｄｏｗs、Quick Ｔiｍｅ等。

二、MPC标准与多媒体技术发展趋势

由于多媒体计算机技术是因实际需要而产生发展起来的，最初各厂商都独自生产自己的多媒体产品,现在市场上也存在多种不同标准的多媒体集成一体机或多媒休集成系统，著名的有MPC标准、Apｐlｅ公司的Maｃｉｎtosh系统(其操作系统是Ｓystem 7.0，数字视频平台为Ｑuick Tｉｍe)、Cｏm-mｏｄｏre公司的Amiga系统（其多媒体描述语言为Amigａ Vｉｓiｏn）、Phiｌiｐs/Soｎｙ公司开发的CD－1系统(其操作系统是ＣD-RTOS,Ｃｏmｐacｔ Disk Rcal Tiｍe ＯｐeｒaｔinｇSysｔem)、Ｉntel／IBM公司合作开发的DＶI系统(其核心是ＡVSＳ，即Ａudio／Ｖｉdｅo Suppｏrt System)和AVK,即Aｕｄｉｏ/Vｉde ｏ Kernel）等。但其中发展最快、得到大部分厂商支持的是MPC标准。

世界几家较大的多媒体计算机厂商,包括Micro-sofｔ,ＩBM,Pｈilips,NＥC等于1９９０年成立了多媒体计算机市场协会(Multiｍｅdiａ PC Ｍａrkｅtｉｎg Cｏunciｌ,INC)，以进行多媒体标准的制定和管理,该组织制定的标准也即是MＰＣ(Mｕlｔiｍeｄｉa ＰＣ,多媒体个人计算机)标准。1991年该组织根据当时的PＣ机发展水平制定了多媒体PC机的基本标准即MPＣ标准，对多媒体ＰＣ机及相应的多媒体硬件规定了必需的技术规格，要求所有使用ＭＰC标志的多媒体产品都必须符合该标准的要求。随着计算机和多媒体产品性能的不断提高,多媒体计算机市场协会１9９3年5月对MPＣ标准中的大部分规定进行了更新,发布了多媒体PC机的新标准,即ＭPC ２标准,原来的ＭＰC标准被称为MPC 1标准。现在,计算机和多媒体产品有了进一步的发展,更名为多媒体PC机工作组(Ｔhｅ Mulｔimediａ PC Worｋing Groｕp）的多媒体计算机市场协会1９９5年6月份公布了最新的多媒体PＣ机标准，即MPＣ 3标准。MＰC 1标准规定了PC机多媒体的基本要求，提供了多媒体PC机的基本框架;ＭPＣ 2更新了ＭPＣ１,进一步扩展了多媒体ＰC机的结构,使多媒体计算机技术逐步标准化;MPC3并不是用以替换MPC２的，它只是对多媒体PC机的表现能力有了更高的要求,为多媒体技术的广阔应用打开了大门。MPC1,MＰC２和MＰC３的要点比较。下面我们结合MＰC3标准,分计算机平台、CD-ROＭ驱动器、声音卡、视频播放、系统软件等几方面来讨论多媒体PC机的发展现状和趋势。计算机平台我们把多媒体计算机系统中除多媒体功能所必须的硬件外的基本主机系统称为计算机平台,对计算机平台的要求包括对CPU、内存、显示系统、磁盘驱动器、用户输入系统、输入／输出端口等的规格要求。

多媒体涉及的数据量是非常庞大的，而多媒体信息表现的生动性和实时性有要求计算机能迅速,甚至是实时地处理这些庞大的媒体数据,所以多媒体技术对计算机平台的要求是很高的,这包括要求高档次的CP Ｕ,足够的内存,快速的大容量存储设备,显示性能好而快的显示设备等，这种要求的结果是多媒体系统的价格昂贵,另一方面,如果不是专业领域的应用,人们在使用多媒体时往往并不一定要求十全十美的效果,比如游戏娱乐、商业展示、普通教育培训等，这时候人们注意的是多媒体的价格。所以,对多媒体计算机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,至少是高档工作站;另一种是应用于普通型的个人计算机，MPC标准是一种普及型的多媒体标准,主要使用于家庭或办公室多媒体用户,它所要求的计算机平台是PＣ机的主流机型。

ＭPC 1、MPC ２与MPC 3要点比较: ＭPC 3对PC机ＣＰU的要求是主频为７5MＨz的Penｔium级微处理器,这对一般硬件为基础的多媒体声频和视频处理来说是足够了,但是对使用软件播放MＰEG影像却显得稍微逊色,所以可以预料90/10０MＨz Ｐentiuｍ级微处理器是多媒体ＰC机ＣPＵ的发展方向。ＭPC3要求的8MB内存对以Wｉndows 3.1级别以下的16位多媒体操作系统来说是可以满足需要的,但随着wi ｎｄows NＴ、OＳ/２ Waｒp、Wｉnｄows ９5等3２位操作系统的推出和流行，16MB内存将是不久的将来的基本要求。计算机的显示系统直接影响着多媒体的表现效果和速度,MPC标准对它的要求也是不断提高。MPC3要求计算机显示系统具备颜色空间的转换和缩放功能,视频图像子系统在视频允许时可进行直接帧存