多媒体数据压缩编码技术

多媒体数据压缩编码技术
多媒体数据压缩编码技术
1. 多媒体数据压缩的可行性
(1)多媒体视频信号存在空间冗余和时间冗余。

(2)人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率的感觉都存在着一定的界限。

２. 多媒体数据压缩方法
(1) 熵编码详细内容
熵编码在解压缩过程中重新构造出与原始数据完全一致的数据，因此是一种无损压缩方法。

它把已压缩的数据流看做是简单的数字序列，而忽略该数据的语义，因此熵编码适用于不考虑其自身具体特点的媒体。

(2) 源编码详细内容
源编码用于把原始数据中的相关数据与不相关数据分开的场合。

该方法要考虑原始数据的语义，通过消除不相关数据以达到对初始数据流的压缩。

源编码常常是有损方法，其原始数据流与已编码的数据流相似但不相同。

(3) 混合编码详细内容
混合编码是熵编码和源编码技术的组合，通常是几种不同的熵编码和源编码技术组织在一起构成一种新的混合编码
方法。

3.多媒体数据国际标准
(1) H.261 详细内容
由CCITT （国标电报电话咨询委员会）通过的用于音视频服务的视频编码解码器，主要适用于视频电话和视频电视会议。

它使用一帧中的有损压缩和用于帧间压缩的无损编码两种类型的压缩，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT （离散余弦变换）和DPCM 的混合方式。

2) JPEG 详细内容
JPEG （Joint Photographic Experts Group ）联合图像专家组，是一种基于DCT （离散余弦变换）的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO （国际标准化组织）和CCITT （国标电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。

用于连续色调、多级灰度、彩色/ 单色静态图像压缩
(3) 混合编码详细内容
MPEG 是Moving Pictures Experts Group （动态图像专家组）的英文所写，实际上是指一组由ITU 和ISO 制定发布的视频、音频数据的压缩标准。

包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统（视音频同步）三个部分。

MPEG 压缩标准是针对运动图像而设计的，基本方法是：在单位时间
内采集并保存第一帧信息，然后就只存储其余帧相对于第一帧发生变化的部分，以达到压缩的目的。

在多媒体数据压缩标准中，较多采用MPEG 系列标准，包括MPEG －1 、2 、4 。

流媒体技术及应用
1．流媒体技术原理
(1) 流媒体的概念内容扩展
流媒体是一种可以使音频、视频和动画等多媒体文件能在Internet 及Intranet 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。

(2) 关键技术－压缩编码技术内容扩展
压缩编码技术是流媒体技术体系中的关键技术。

压缩编码的基本原理是采用一定的编码方式，将文件的数据结构进行重组。

一方面去掉一些重复或占而不用的空间，以达到减小文件尺寸的目的；另一方面，将分成压缩包，形成数据流，将原有的多媒体文件转化为具有流格式的流媒体。

(3) 流式传输过程内容扩展
将文件分成一些小片段，当用户端发出请求后，由服
务器向用户连续、实时传送这些小片段，用户端利用解压设备（播放器）对压缩过的文件解压后进行播放和观看。

传输时遵循以下网络协议：
• 实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol) ：RTP 是用于Internet/Intranet 针对多媒体数据流的一种传输协议。

• 实时传输控制协议RTCP (Real-time Transport Control Protocol) ：和RTP 一起提供流量控制和拥塞控制服务。

• 实时流协议RTSP(Real-time Streaming Protocol) ：实时流协议RTSP 是由RealNetworks 和Netscape 共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP 网络传送多媒体数据。

• 资源预订协议RSVP ：由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。

RSVP 是Internet 上的资源预订协议，使用RSVP 预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS 。

(4) 流媒体系统的组成内容扩展
流媒体系统包括以下五个方面的内容：
• 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式
• 流媒体数据
• 服务器：存放和控制流媒体的数据
• 网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络
• 播放器：供客户端浏览器流媒体文件
2.流媒体技术的网络教育应用方案
流媒体技术对网络教学的最大贡献是实现了网上实时内容的同步传输和播放，从而可建立教师与学生、学生与学生之间实时交互的网络教学。

(1)实时同步教学方式的实现
(2)异步教学方式
流媒体技术综述
1概述
流媒体(Streaming Media)是一种新兴的网络传输技术,在互联网上实时顺序地传输和播放视/音频等多媒体内容的连续时基数据流，流媒体技术包括流媒体数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。

一般来说，流包含两种含义，广义上的流是使音频和视
频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭义上的流是相对于传统的下载－回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使时延大大减少。

在网络上传播多媒体信息主要有两种方式:下载和流式传输。

下载方式是传统的传输方式，指在播放之前,用户下载多媒体文件至本地,通常这类文件容量较大,依据目前的网络带宽条件,需要较长时间,并且对本地的存储容量也有一定的要求,这就限制了PDA等低存储容量设备的使用。

流式传输则把多媒体信息通过服务器向用户实时地提供,采用这种方式时,用户不必等到整个文件全部下载完毕,而只需经过几秒或几十秒的启动时延即可播放,之后，客户端边接收数据边播放。

与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助于保护多媒体数据的著作权。

2流媒体技术
2.1缓存技术
Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，实时A/V源或存储的A/V文件在传输中被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端
的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包有可能后到。

为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。

通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。

2.2流媒体传输流程
流媒体的具体传输流程如下：
（1）Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来。

（2）用HTTP从Web服务器检索相关数据，A/V播放器进行初始化。

（3）从Web服务器检索出来的相关服务器的地址定位A/V 服务器。

（4）A/V播放器与A/V服务器之间交换A/V传输所需要的实时控制协议。

（5）一旦A/V数据抵达客户端,A/V播放器就可以播放了。

2.3媒体系统结构
现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其体系结构的本质是相近的。

流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、捕捉和编
辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放器和ActiveX方式的插件）。

2.4流媒体传输协议
流式传输的实现需要合适的传输协议。

TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。

在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。

（1）实时传输协议RTP与RTCP
RTP是用于Internet/Intranet针对多媒体数据流的一种传输协议。

RTP被定义为在一对一或一对多传输的情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。

RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。

当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。

RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。

RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。

RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。

（2）实时流协议RTSP
实时流协议RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。

RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。

HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。

HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。

（3）资源预订协议RSVP
由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。

RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。

3流媒体发展现状
Internet/Intranet上使用较多的流媒体技术主要有RealNetworks公司的Real System，Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的QuickTime，它们是流媒体传输系统的主流技术，在这里介绍前两种。

3.1Real System
Real System由媒体内容制作工具Real Producer、服务器端RealServer、客户端软件（Client Software）3部分组成，其流媒体文件包括RealAudio，RealVideo，Real Presentation
和RealFlash4类文件，分别用于传送不同的文件。

Real System 采用SureStream技术，自动地并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松实现视音频和三维动画的回放。

Real流式文件采用Real Producer软件进行制作，首先把源文件或实时输入变为流式文件，再把流式文件传输到服务器上供用户点播。

由于Real System的技术成熟、性能稳定，美国在线（AOL），ABC，AT&T，Sony等公司和网上主要电台都使用Real System向世界各地传送实时影音媒体信息以及实时的音乐广播。

3.2Windows Media Technology
Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案，旨在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。

其核心是ASF（Advanced Stream Format）文件，ASF是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息的数据格式，通过分成一个个的网络数据包在Internet上传输，实现流式多媒体内容发布，因此，我们把在网络上传输的内容就称为ASF Stream。

ASF支持任意的压缩/解压缩编码方式，并可以使用任何一种底层网络传输协议，具有很大的灵活性。

Windows Media Technology由Media Tools，Media Server 和Media Player工具构成。

Media Tools是整个方案的重要组
成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流）；Media Server可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，同时具有多种文件发布形式和监控管理功能；Media Player则提供强大的流信息的播放功能。

流媒体技术已广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等，在企业一级的应用包括电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。

3.3流媒体技术在国内的现状
在国内，流媒体技术在国外成熟技术的基础上逐步扩大应用，诸如网上现场直播、网上教育系统、网上手术数字化直播系统等，他们的体系结构是类似的。

4结束语
流媒体技术广泛应用在多媒体新闻发布、网上演示、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、实时视频会议等互联网的信息服务领域，互联网的发展决定了流媒体市场的广阔前景，流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。

(岑斌,肖刚,程振波,周涛明摘自中国有线电视)
多媒体技术
多媒体技术是指把文字、音频、视频、图形、
图像、动画等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、获取、压缩/ 解压缩、编辑、存储等加工处理，再以单独或合成形式表现出来的一体化技术。

无损压缩
无损压缩指压缩后的数据经解压缩还原得到的数据与原始数据完全相同。

有损压缩
有损压缩指压缩后的数据经解压缩还原得到的数据与原始数据不完全相同。

流媒体
流媒体是一种可以使音频、视频和动画等多媒体文件能在Internet 及Intranet 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。

流式传输方式
流式传输方式是将多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，并附加上与其传输有关的信息，形成实时数据流，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。

多媒体教学应注意的问题
1.多媒体教学应具有教学的必要性
我们应纠正认为只有在教学过程中使用了多媒体计算机，才算得上是现代化的教学法的错误观念，如果生搬硬套多媒体计算机辅助教学，把本无必要的课堂教学也非用不可，结果一定是达不到应有的效果。

如在多媒体教学中存在一个很普遍的现象，即教师把所要讲的课堂内容的提纲展现在大屏幕上，然后坐在话筒前开始上课，整个教学过程中始终保持着这种“在会议上作报告”的形式，这样形式的多媒体教学的效果如何，是可想而知的。

因此，我们要根据教学内容的实际需要，充分发挥多媒体技术的优势，使之有助于突出教学重点，突出教学难点。

这是多媒体教学的精华所在。

2.运用多媒体进行教学内容要适量
运用多媒体呈现信息量的速度快，教师容易不自觉地加快课堂教学速度，忽视与学生思维节奏的合拍。

如果学生在这种快速的教学中思维跟不上教师的讲解，或信息呈现的速度无法完整地做笔记，则会影响学生对所学知识的复习和巩固。

如果传输知识的时间短于学生对其感知的时间，则是节奏过快，会造成学生感知的不充分，理解就不深刻，不透彻，从而对教材内容产生的疑问不断增加，最终失去学习的兴趣。

反之，如果节奏过慢会造成学生的情绪涣散，由于求知欲不能得到满足，同样会失去学习的兴趣。

多媒体呈现的容量也大，这就容易加大课堂练习，多媒
体成了代替教师向学生灌输知识的机器，变“人灌
”为“机灌”，甚至“人机共灌
”。

把学生当作接受信息的容器。

所以运用多媒体教学一定要做到内容适量，使学生有理解和记忆所学知识的余地。

充分发挥各种媒体的自身优势
每一种媒体都有自身的长处，对某种特定的教学和学习有效，不存在一种处处适用的全能媒体。

同样，每种媒体又不可避免地存在局限性，不利于某些教学和学习。

只有在某些特定的教学情境中，一种媒体会比另一种媒体更有效。

另外，还要从实际出发，考虑效益性，尽量以最小的代价取得最佳的效果。

由于多媒体设备与传统比较，价格仍是比较昂贵，因此，多媒体既不是一种全能的媒体，也不可能代替传统媒体。

现代媒体与传统媒体在教学中应相互补充，取长补短。

不能只一味追求高档，尤其避免出现高级设备低效益的现象出现。

发挥多媒体设备效用的对策
1.方法上引导，提高教师运用技能
新事物总有新面孔，即使是一台带有写字板的电脑，在外行人看来都是摸不着的东西。

有的教师习惯一支粉笔、一块黑板的教学模式，不习惯于用投影、电脑等现代化设施。

固然有惰性的因素，但主要的是不会用或用不好现代化的教学手段。

偶尔赶潮流，准备好了课件，可上课时，不小心触摸了不相干的按键，怎样切换也切换不过来，忙得满头大汗，出现了令人难堪的冷场。

下次他便再也不敢用课件了。

这就需要我们做好教师的培训工作，方法上进行引导，提高教师运用现代化设施的技能。

从抓青年教师培训入手，以青年教师的学习活动，带动中老年教师制作课件的积极性，使他们尽快地掌握操作多媒体设备的技能，最终对教学工作起到积极的推动作用。

2.制度上规范，改变教师传统习惯
现代化设施的运用，看上去使一堂课显得非常轻松、愉快，时间利用率高，效果好，几十分钟不知不觉就过去了。

但是，教师课前的准备就大大的增加了。

制作一张合格投影片平均需要20——30分钟。

制作一堂课的课件那就更不用说了，起码要用两天的时间。

所以，现代化手段固然千般好，许多教师还是不太愿意使用。

这也是使现代化设施闲置的主要原因。

对此，应制定相关制度，奖优罚劣，确保电教设备使用率在较高水平。

教学本来就是为学生更好地服务。

节约一个学生一分钟的时间，一个班就是几十分钟。

因此，固然
准备量大、时间长，但教学效果好，我们应该去使用它，发挥它最大的效用。

3.活动上促进，展示成果树立典型
很多教师已意识到使用现代化设施的优越性，在公开课、研究课上，都有意识地使用现代化设施。

而且，有没有使用电教手段，已成为评课的依据之一。

因此，借助各种活动，促进教师积极使用现代化设施，通过展示，树立典型。

参与活动的教师，以及观看活动的教师，在活动中领略了现代化设施的优越性，增强了使用现代化设施的欲望，从而在平常的教学工作中，形成了自学使用现代化设施的氛围。