计算机多媒体技术基础知识

随着计算机技术的飞速发展，现在人们使用的计算机，基本上都是多媒体计算机，所以我们有必要掌握一些多媒体和多媒体计算机的基本知识。

9.1.1 多媒体技术

什么是多媒体？什么又是多媒体技术呢？我们先从多媒体的一些概念着手，逐步了解、理解和掌握多媒体的有关技术、多媒体计算机的组成，以及多媒体工具的使用。

1.媒体与多媒体

媒体（Medium）是表达、存储和传播信息的一种载体。由于表达、存储和传播的形式不同，媒体有各种不同的形式，例如文字、语音、音乐、图形、图像、动画和视频等。

2.多媒体及其基本元素

多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两种以上不同类型信息媒体的技术，例如电影，它将文字、语音、音乐、视频等多种媒体形式集成在一起。

多媒体的信息媒体有文本、声音、图形、图像、动画、视频影像和虚拟现实等。

①文本：指中文文字或西文字符。通过键盘或数字笔等输入设备，可以将文本信息输入计算机，形成文本文件。与其他媒体形式相比，文本的数据量是最小的。txt文件和doc文件是最常见的文本文件格式。

②声音：又称音频，包括语音、音乐及各种声响。借助声卡，可以将声音信息输入到计算机中，形成各种格式的音频文件。音频的数据量比文本大，但比图像和视频的数据量小得多。

③图形：指用线条勾画出来的图案，通常是由计算机绘制出来的一些基本的几何图形构成，所以也称矢量图。

④图像：由扫描仪、数码相机、摄像机等输入设备，捕捉实际的场景画面而产生的真实的数字图像。计算机上处理图像的最基本形式是位图。

⑤动画：动画是一种动态的图画。动画生成时，将一系列人工绘制的图画，按一定的顺序排列，以一定的速度连续播放，产生动态的画面效果。

⑥影像：由摄像机等输入设备捕捉自然界的实际景物，形成一段连续的图像画面。影像实际上是由许多幅活动的图像序列组成的，其中的每一幅图像称为一个帧，帧是构成视频信息的最基本单位。影像又称视频媒体，电影、电视、VCD等都是视频媒体。视频信息可以输入到计算机中形成视频文件，但其数据量要比声音、图形和图像大得多。

⑦虚拟现实：虚拟现实是利用计算机和其他专门的硬件和软件设备产生的一种境界仿真。例如，仿真一种游戏或一次冒险行动，参与者可以通过感觉（视觉和听觉等）与仿真的内容交互对话。

3.多媒体技术

（1）多媒体技术的定义

计算机能综合处理多种媒体信息的技术。媒体信息的形式有文本、图形、图像、音频和视频等，使多种媒体信息建立逻辑连接，形成的一个具有交互性的系统。例如，交互式视频游戏就是一种典型的多媒体技术产品。

（2）多媒体技术的主要特征

①同步性：在多媒体技术中，涉及的各种媒体之间必须同步协调地运作。比如，在电影播放过程中，要求多媒体技术必须支持对文字、声音和活动视频图像等媒体的实时同步处理，使声音、文字和活动视频图像在播放时不出现停顿或前后不一致现象。

②集成性：多媒体技术将多种不同的媒体有机地集成在一个系统中。

③交互性：多媒体系统有一个友好的图形用户界面，让用户通过键盘、鼠标和触摸屏等输入设备实现与系统的交互。比如，多媒体用户自动付费系统。

（3）多媒体主要技术

①媒体设备的控制和媒体信息的处理与编码技术。

②多媒体系统技术。

③多媒体信息的组织与管理技术。

④多媒体通信网络技术。

⑤多媒体人机接口与虚拟现实技术。

⑥多媒体应用技术。

多媒体技术的应用为整个社会的发展带来了极大好处，为人们的工作学习带来了极大方便。例如，电子出版物不仅能存储文本、图形、图像、动画、音频和视频等多媒体信息，还具有能长期保存、检索快和存储容量大的特点，一张光盘甚至可以存储几百本书。

视频会议系统是多媒体技术的又一个典型应用，它是一种分布式的多媒体信息管理系统，通过计算机技术与网络通信技术的结合，实现虚拟会议。它的优点是：使人们能进行远距离实时的信息交流；能传送与会者的音频和视频信息，使他们之间的交流更为直观和真实；能使与会者共享各种信息和数据资源，更好地开展协同工作。

9.1.2 多媒体计算机

目前广泛使用的PC绝大部分是多媒体计算机，它与一般的计算机有何不同之处呢？

1.多媒体计算机的概念

多媒体计算机（Multi-media Personal Computer，MPC）是指具有能捕获、存储并展示包括文字、图形、图像、声音、动画和活动影像等信息处理能力的计算机。

一个完整的多媒体计算机硬件系统，除了应具有一般计算机基本的硬件设备外，还应该包括：

①功能强、处理速度快的中央处理器（CPU）。

②高速大容量的存储空间，例如，高速大容量的内存、硬盘等。

③音视频信号的输入输出接口设备，例如，高分辨率显示接口与设备、可处理音响的接口与设备、可处理图像的接口与设备、可存储大量数据的光盘驱动器、音频卡、图形加速卡、视频卡，用于MIDI的设备、串行设备、并行设备和游戏杆的输入输出端口等。

2.多媒体计算机的特点

具有较强的音频和视频处理能力是多媒体计算机最主要的特点。

（1）音频处理能力

录制和重放声波信号、编辑声波信号和播放音乐和合成计算机音乐等功能。

（2）图形、图像处理能力

产生丰富形象逼真的图形、显示逼真生动的彩色静止图像，和实现一定程度的二维动画等功能。

（3）数字化技术

与一般的模拟方式相比，多媒体计算机还具有使用数字化技术的特点，使用数字化技术不仅能适合数字计算机进行加工和处理，还能使数字信号不存在衰减和噪声干扰问题，尤其在复制和传送过程中不会因噪声的积累而产生衰减。

9.1.3 计算机多媒体技术在网络教育中的作用(www.chuimin.cn)

多媒体技术的典型应用除了前面提到的娱乐游戏、电子出版物和视频会议系统外，还有教育和培训。

1.多媒体技术对网络教学的影响

由于多媒体信息具有形象生动的特点，将计算机多媒体技术应用于教学中，使教学的科学性和艺术性充分结合。多媒体教材以其图文声像并茂的方式提供知识、提供示范、练习、讨论以及边演示边讲解的启发式教学方法，使教学更具趣味性和启发性，使学生能得到更丰富和全方位的学习信息，为学生提供了逼真、生动的学习和交流环境。

2.利用计算机多媒体技术进行网络教育的优点

以网络、多媒体技术构建的计算机网络远程教学，为人们开辟了便利、有效和快捷的学习方式，为教学带来了前所未有的进步，利用计算机多媒体技术进行网络教学的优点包括如下几方面：

①突破了教学的空间限制：学生可以不受课堂地点的限制进行学习。有Internet的地方就可以上网学习，打破了校园界限、地区界限、甚至国家界限。

②突破了教学的时间限制：学生可以不受上下课的限制，只要自己愿意，任何时候都可以上网学习。

③最大限度地利用教学资源：学生能在网上共享教学资源，例如，下载课件，观看优秀教师的上课录像，接收来自不同国家、不同教师的指导，甚至共享世界各地图书馆的资料等。

在Internet网络环境中，多媒体网络教学、多媒体远程教学实际上创建了一个虚拟的教室，不仅实现了传统的教与学，还可以为教师和学生提供实时或非实时的交互功能，大大提高了教学效果。

9.1.4 多媒体存储设备与接口设备

一个完整的多媒体计算机硬件系统，除了应具有功能强、处理速度快的中央处理器外，还应具有大容量的存储空间和音频和视频信号的输入输出接口。光存储系统是目前计算机中最常见的大容量外存设备，而音频卡和视频卡是最基本的音视频信号的输入、输出接口设备。

1.光存储设备

光存储技术是一种通过光学方法写入和读出数据的数字化存储技术，其读写数据的原理是：写入数据时，激光聚焦成高能量的写入光束照射在光盘存储介质上，在盘片表面产生一个个凹坑，来标记写入二进制数据；读出数据时，光束照射到凹凸不平的光盘表面上，根据反射率的不同，读出二进制数据。

光存储系统由光盘盘片和光盘驱动器组成。目前常用的光盘有只读型光盘（CD-ROM或DVD-ROM）、一次写型光盘（CD-R或DVD-R）和可重写型光盘（CD-RW或DVD-RW）三大类。

光盘的优点是记录密度高、存储容量大，一般CD格式的光盘存储量为650～800MB， DVD格式的光盘存储量可达4.7～17GB；数据传输速率高，约为50～400Mb/s甚至更高；可长期保存信息，信息的存储寿命长达30年以上。

2.音频接口

处理音频信号的设备是音频卡，又称声卡。目前大部分主板都集成声卡，也可以将独立的声卡插在主板的扩展槽中，以达到更佳的声音效果。

声卡处理的音频媒体有数字化声音（WAVE）、合成音乐（MIDI）、CD音频等。

声卡的主要功能是音频的录制与播放、音乐的合成与混音、文字语音的转换，并支持MIDI接口、CD-ROM或DVD-ROM接口、游戏接口等。实际上，声卡还具有将模拟的声音信号转换成数字信号的功能。例如，外界的声音（模拟声音信号）通过麦克风等声音输入设备输入到计算机中变成了数字信号。

除了声卡外，音频设备还包括功放机、音箱、话筒、耳机、音频采样卡、合成器、多媒体控制台、数字调音台等。

3.视频接口

为了使计算机能输入和处理视频信号，必须在计算机上安装视频卡，来完成视频处理任务。视频接口卡有：

①视频采集卡：可以将录像机、模拟摄像机和激光视盘等保存的模拟视频信号转录到计算机中；也可以通过数码摄像机、数码相机等设备，将现场的图像实时输入计算机中。

②视频回放卡：将采集到的数字视频信号，在计算机屏幕上显示，重现视频影像的内容和声音。

③视频压缩卡：由于采集到的数字视频信号数据量庞大，可使用视频压缩卡压缩数据。

④视频监控卡：捕捉摄像头或数码摄像机等设备拍摄的信息，并以MPEG格式存储到计算机中。

⑤DV卡：可将数码摄像机拍摄的视频信息采集到计算机中。

⑥电视卡（TV卡）：在PC的扩展槽中安装了电视卡，在计算机上可收看电视节目。

目前，视频采集卡集视频的采集、压缩和回放于一身，能完成对视频信号及图像的捕捉、数字化、冻结、压缩、存储、输出、放大、缩小等任务。

为了得到满意的视频影像，通常还可以使用视频处理软件，对采集到的视频信号进一步编辑和处理，例如复制、删除、更改视频音频格式等。

4.多媒体输入输出（I/O）设备

随着多媒体计算机的广泛使用，除了声卡和视频卡，还有其他一些常用的多媒体I/O设备，以方便用户输入和输出多媒体信息。

①笔输入：使用数字笔，可以让用户使用习惯的书写方式，将汉字输入计算机中，为不熟悉拼音等汉字输入码的用户带来了极大方便。常见的笔输入设备有手写板、手写笔和数字化仪等。

②触摸屏：触摸屏是一种定位设备，当用户的手指在触摸屏上触摸时，触摸屏的控制器根据用户触摸的位置，确定用户的输入信息。它大大改善了人与计算机的交互方式，使不熟悉键盘的用户也能高效地进行人机对话。

③扫描仪：扫描仪是一种能把文档、照片、图形和图像等书面资料经过数字化后，送入计算机中的一种设备。

④数码相机：数码相机的关键部件是感光元件CCD。其表面的光敏单元，能根据照射到的光量大小，产生不同强度的电压信号，输入到数/模转换器，变换成图像的像素值。

⑤数码摄像机：数码摄像机的工作原理与数码相机类似，主要用于获取动态视频信息。

⑥虚拟现实的三维交互工具：为了使人类能与虚拟环境交互，必须借助于专门的三维交互工具，把信息输入到计算机中，同时虚拟系统也向用户提供反馈信息。

虚拟现实系统中的输入输出工具，主要包括跟踪探测设备、手持数字化设备和立体显示设备等，是多媒体发展的未来方向之一。

5.多媒体输入输出（I/O）接口

①并行接口：简称并口。并行接口采用25芯双排插座，一次传输8个二进制位（即1个字节），速度比串行接口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mb/s。主要用于连接打印机，因此也称为“打印口”。并行接口也可连接扫描仪、外置存储等设备。

②2VGA接口：即视频图形阵列接口。VGA是显卡上输出模拟信号的接口，主要连接显示器。

③3USB接口：即通用串行总线接口。USB具有较高的数据传输速率（USB1.1为12Mb/s，USB2.0为480Mb/s，USB3.0可达4.8Gb/s），并支持热插拔等特点，已成为一种常用的接口方式。可用于连接鼠标、键盘、移动存储、打印机、扫描仪、读卡器、数码相机等设备。

④SCSI接口：即小型计算机系统接口，主要连接高速的SCSI设备，如具有SCSI接口的硬盘、打印机、扫描仪等。

⑤IEEE 1394接口：也称“火线”接口。1394接口传输速度快，支持热插拔和同步传输等优点。主要连接数码相机、数码摄像机、高速硬盘、DVD驱动器等。

⑥HDMI接口：即高清晰度多媒体接口。HDMI接口可同时传送音频信号和视频信号，数据传输率可达5Gb/s。例如，将电脑中的影片传送到大屏幕电视机上播放就可以通过HDMI接口实现。

⑦SATA接口：即串行高级技术附件接口。SATA接口一次传输1个二进制位，使连接电缆数目变少、效率变高；另外SATA接口具有极快的传输速度，例如SATA-3传输速率高达6Gb/s，并支持热插拔。主要连接串行硬盘、串行DVD驱动器等。