第01章绪论

多媒体原理与应用设计黄东军著中南大学信息科学与工程学院2016-03-01第一章绪论欢迎来到“多媒体原理与应用设计”课堂。

多媒体技术是一门应用广泛的学科，随着数字计算与移动互联网的兴起，多媒体技术正迎来新的发展机遇。

本教程是面向计算机科学与技术、软件工程、数字媒体、通信工程、电子信息工程、物联网工程、信息安全等专业的多媒体技术专业性教程。

这一定位使得本教程重点强调技术原理的学习与研究，它以揭示技术内幕为基本出发点。

同时，本教程也十分重视多媒体技术的实际应用，通过程序设计和系统开发，引导读者深化对原理与技术的理解，并将它们付诸应用。

本章首先介绍多媒体技术的相关概念，描述其应用场景，分析多媒体技术的系统构成，从而为后续学习与研究提供概念基础。

1.1 基本概念1.1.1 媒体及其分类（1）媒体多媒体领域的第一个概念无疑是媒体。

媒体是一个使用频率很高的词，在当今社会，强大的媒体系统对社会生活有着广泛而深刻的影响。

从语义上看，媒体（Media）就是指信息的载体，其本质是信息传播的技术和手段。

人们每天都在收听广播，收看电视，阅读报刊杂志，获取各种时政消息、财经报道、娱乐新闻等等，因此广播、电视、报刊杂志是非常典型的媒体。

不过，这三类媒体已经伴随人类很长时间了，所以，人们常常把这三种媒体称为传统媒体（如图1-1所示）。

图1-1 传统媒体：广播、电视和报刊杂志然而，随着计算机、通信和数字技术的兴起，人们越来越依赖互联网、PC、移动终端等手段获取信息。

基于互联网、PC和移动终端技术的数字媒体技术被称为新媒体，如图文网站、博客、微博、微信、智能手机App、移动电视、网络视频等等。

需要指出的是，媒体这个词也指专门从事信息传播工作的组织或个人，如报社、电视台、传媒公司、门户网站、社交网站等等，人们常说要学会与媒体打交道，就是在这个语境下使用的概念。

我们强调，本教程所研究的多媒体技术指技术范畴的媒体，至于作为社会组织、管理者和运营者的媒体，则不是本书直接研究的对象（但是存在密切联系）。

（2）媒体的分类深化对媒体的认识需要了解媒体的分类。

国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）早在1990年就对媒体进行了详细划分。

图1-2是ITU的标志与位于瑞士日内瓦的总部大楼。

图1-2 ITU标志（左）与设在瑞士日内瓦的总部大楼（右）ITU把媒体分为五大类。

第一类是感觉媒体（Perception media）。

感觉媒体是指直接作用于人的感觉器官、从而为人的感知系统所接受的信息形态或媒体形式。

感觉媒体主要有文字、声音、图形、图像、动画、视频等形态。

声音是听觉媒体，而文字、声音、图形、图像、动画、视频等则属于视觉媒体。

视觉信息占人类接受信息总量的90%，其次是听觉信息，约占9%。

此外，还有嗅觉、味觉、触觉媒体等媒体形式。

实际上，感觉媒体是一个基于人的感官功能来对外部刺激进行分类的概念，它反映了外界信息的多样性，也反映了人类认知系统在功能上的适应性、复杂性。

需要指出的是，多媒体技术的基本目标就是产生大量的、丰富多彩的感觉媒体，并通过多种自然的、同步的技术手段刺激人的感官，从而实现对信息的丰富体验（fully experience）。

目前，多媒体技术主要涉及听觉和视觉媒体，但嗅觉、味觉、触觉媒体也在逐渐进入应用系统，例如，在一些虚拟现实、游戏、仿真等应用中，触觉甚至嗅觉、味觉媒体也开始得到应用。

第二是表示媒体（Representation media）。

人们可以听到声音、看到文字和图像，但是在计算机等硬件系统内部，声音和图像是看不见摸不着的。

所谓表示媒体，就是指感觉媒体在电子设备、计算机、网络等系统内部的存在形式，即编码形态的媒体。

例如，人们熟知的计算机系统中的ASCII码、国家标准汉字字符集的区位码、字符的点阵码等等，还有我们将深入学习的音频、图像与视频编码，都属于编码媒体。

编码是信息技术的核心，这一认识极为重要。

因此，在本教程中，我们将主要讨论和研究音频、图像、视频等媒体的编码形态。

本教程的一个主要特点就是围绕多媒体数据形态这个核心展开讨论。

我们试图强调，对多媒体技术人员、研究开发人员来说，理解和掌握多媒体编码技术是最为关键的任务。

第三是表现媒体（Presentation media）。

表现媒体是指将编码形式的媒体显示成感觉媒体的设备或技术。

表现媒体包括显示器、投影仪、打印机、绘图仪、有源或无源音箱等等。

正是借助表现媒体，人们的感官有了接收多媒体信息的技术途径。

需要注意的是，在多媒体领域，人们也把键盘、鼠标、摄像机、麦克风等这类用于将感觉媒体转换成编码媒体的输入设备或技术也归结为表现媒体。

所以，表现媒体实际上就是指多媒体系统的输入、输出设备。

表现媒体与前面的感觉媒体、表示媒体大不相同。

无论是像鼠标这样的简单输入设备，还是像打印机那样的复杂输出设备，表现媒体都是包含了多种机械和电子技术的设备实体，而声音、图像、动画、视频等感觉媒体以及编码形态的媒体则属于信息和数据范畴。

严格地讲，多媒体技术包含了上述这些硬件系统的工作原理和实现方法，但是，从开发与应用的角度看，硬件系统比较稳定，而软件则更加灵活，因此，本教程会更加注意多媒体软件的学习和研究。

第四是存储媒体（Store media）。

存储媒体这个概念很直观，就是指用于存放表示媒体（即编码形态的媒体）的设备或技术，如内存、寄存器、磁盘、磁带、光盘、USB盘等等。

存储媒体也属于实体性的设备或技术，是为编码形态的媒体数据服务的。

第五是传输媒体（Transmission media）。

传输媒体是指用于传送表示媒体的设备或技术，如双绞线、电缆、光纤等，甚至包括用于直接传播声音的空气、传播无线电信号的电磁波。

电磁波比较特殊，尽管也是看不见摸不着，但确实是一种物质存在，本质就是电磁场。

从系统的角度看，计算机网络，特别是互联网，已经成为媒体传播的主要手段，因此，多媒体技术也需要以网络技术为基础，结合媒体内容的特性，研究如何有效地传输媒体数据，这导致了分布式多媒体技术的发展。

本教程将开辟相当篇幅研究多媒体的网络传输。

了解媒体的分类很有意义。

至少，当人们从事一种媒体技术工作时，需要明确自己的工作处于什么层面，主要与什么类型的媒体打交道，与其他媒体技术的关系是什么。

例如，从事版面设计工作（包括平面媒体视觉设计、Web页面视觉设计、手机App界面设计、桌面应用UI 设计等）的技术人员，实际上主要与感觉媒体打交道，他们考虑的核心问题是字体、图像、色彩、声音、布局、内容编排等可视化方式对受众的心理作用，因此，有效和灵活地运用感知心理学是关键。

又例如，从事图像和视频处理研究的技术人员，主要是同编码形态的媒体，也就是表示媒体打交道，他们应当深刻理解各种媒体数据的编码原理，懂得不同编码形式之间的转换，懂得编码对传输、存储和显示过程产生的影响。

这也是本教程为什么致力于研究多媒体数据编码形态的原因之一。

但是，大部分媒体工程技术人员并不是只同一种媒体技术打交道，而是需要综合应用多种类型的媒体技术来达到自己的目标，这就需要了解各种媒体技术的特性以及它们之间的相互关系。

例如，高级Web应用系统开发人员需要同时理解媒体的感知特性、编码属性、存储方式、显示模式和传输方法。

可以看出，多媒体技术学科正是为实现这类综合应用而发展起来的。

以上我们详尽分析了媒体这个概念，下面来讨论多媒体的含义。

1.1.2 多媒体（1）起源首先，我们回顾一下多媒体这一概念的兴起。

多媒体（Multimedia）这个概念最早是由美国电影制片人、艺术家、流行音乐家Goldsteinn创造的。

1965年6月，Goldsteinn在他位于纽约市格林尼治谷（Greenwich Village）的音乐工作室创造了一个可视化音乐环境。

他在听众周围用手工方式围绕着唱机同步播放幻灯片、电影、动画，并在房间顶部安装了一面带有灯饰帘子的球状镜子，他试图利用多种元素来表现音乐的形象特征。

Goldsteinn给他的可视化音乐环境取了一个名字，叫Lightworks。

Lightworks通过多种媒体手段诠释音乐的意境，给人以耳目一新的感觉。

很快，Lightworks引起了巨大的反响，《生活》杂志将其描述为新的声光概念的起源；有些评论甚至预言它将取代迪斯科舞厅、电视、电影等所有东西；《纽约先驱报》则分析了该系统的本质，认为它试图在同一时刻唤起两种以上的感觉器官来接收信息，实现了一种更丰富的体验。

Goldsteinn随后在《新闻日报》等媒体上正式使用了Multimedia这个词。

可以说，Goldsteinn 当年所定义的多媒体系统的概念直到今天仍然是确定无疑的，多媒体的目的就是要满足人类感觉系统的多样性需求，实现一种更丰富的应用体验。

从Lightworks创造多媒体概念开始，最初的多媒体技术基本上是在传统的影音与视听行业中发展的。

例如，成立于1965年的著名的杜比实验室有限公司在1966发明了一种重要的降噪技术，特别是在1976年提出的杜比5.1环绕立体声标准，对业界产生了深远影响。

日本索尼公司在1975年发明了视频磁带，并与Philips公司独立发展出激光唱盘技术，从而树立起多媒体技术发展史上的一个重要里程碑。

1979年，Sony又推出了一种新颖的被称为“随身听”的卡带音频播放器，风靡一时。

这些都是影音与视听工业的杰出成就。

几乎与影音与视听行业蓬勃发展的同时，计算机科学与技术也在迅速发展。

最重要的事件是，Gordon Moore等创建了Intel公司（1968），Bill Gates创立了Microsoft公司（1975），而稍后Steven Jobs创建了Apple公司（1977）。

由于计算机在数字化信号处理上的巨大优势，很快就出现了将模拟信号转换成数字信号的浪潮。

随着数字化浪潮的兴起，人类终于迎来了数字媒体新时代。

在最初的数字化浪潮中，Apple公司在1983年推出Macintosh个人计算机系统中首次引入位图（bitmap）的概念，创建了世界上第一个图形界面操作系统。

随后又进一步通过在计算机中引入声卡和CD-ROM驱动器，确立了多媒体计算机（Multimedia PC）的基本标准。

Microsoft 公司在1985年开始发布Windows操作系统，采用类似Apple公司Macintosh系统的窗口图形界面。

到1990年推出3.0版本时，Windows操作系统进一步把支持多媒体和网络作为该操作系统的重要目标，被称为软件技术的一次革命。

在经历了Windows 3.1、Windows 3.2到1995年8月推出Windows 95之后，Microsoft基本确立了在桌面多媒体操作系统的支配地位。