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探索多媒体计算机技术:发展趋势与应用实例
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更新于2024-07-06
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多媒体技术及应用教程是一本专门针对多媒体计算机技术及其在设计、开发和应用领域的教材。该教程由李知菲教授编写,旨在为计算机专业的学生提供全面的教育,同时也适合其他相关专业选修。课程内容涵盖了多媒体计算机的基础概念,如定义、分类、发展现状和未来趋势,以及视频和音频信号的获取、处理和输出技术。 课程的核心内容包括多媒体数据压缩编码的基本算法,介绍了一系列国际标准,如JPEG、MPEG等,这对于理解和构建高效的多媒体系统至关重要。此外,书中详细探讨了多媒体计算机的硬件和软件系统架构,如何将通信和多媒体技术整合到CPU芯片中的实例,展示了技术融合的前沿进展。 多媒体技术的应用领域广泛,如多媒体数据库、基于内容检索技术,这涉及到信息组织和高效查找能力;多媒体创作工具和同步技术,强调了创作过程中的协调与互动;而多媒体通讯和分布式多媒体系统则涉及网络环境下的多媒体传输和协作,例如视频会议、交互式电视技术和CSCW(计算机支持的协同工作)系统。 学习本课程前,学员需要具备一定的基础知识,如数字逻辑电路、操作系统、计算机原理等。对于深入理解,还推荐学习数字信号处理、数字图像处理、数字音频信号处理、模式识别和计算机视觉等相关课程。教师期望学员能够掌握多媒体的关键技术,理解其理论基础,并能够运用这些知识去设计、开发和实现多媒体系统,以及开发多媒体应用项目,如创建多媒体网站或制作多媒体作品。 通过学习这个教程,学员不仅可以了解多媒体技术的前沿动态,还能提升分析问题和解决问题的能力,为未来在信息技术领域的发展打下坚实基础。这是一门既理论性强又实用的课程,有助于推动计算机产业的创新和应用。
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自学难重点
本章的重点是:
· 什么是黑白全电视信号?
· 什么是彩色全电视信号?
· 彩色空间表示及其转换;
· 黑白视频信号获取器的工作原理和实现技术;
· 数字式锁相和数字式解码技术;
· 彩色视频信号获取器的工作原理和实现技术;
· 视频信号的实时处理方法。
本章的难点:
· 彩色视频信号获取器的设计和实现;
· 视频信号实时处理的方法及其实现。
本章小结
本章详细阐述了视频信号的获取,实时处理以及显示输出技术,它是多媒体计算机
关键技术之一。
1、为了使同学能够深入掌握上述关键技术,我们首先给同学讲述了一些基础知
识:
什么是黑白电视信号;颜色的基本概念;彩色空间的表示方法;彩色空间的转
换公式;彩色全电视信号。
2、 在此基础上我们进一步给同学讲述,把视频信息获取到计算机中的方法和
实现技术:
黑白视频信号获取器的工作原理和实现;数字式锁相和数字式解码;彩色视频
信号获取器的设计和实现以及视频信号获取器的诊断和驱动软件。
3 、同时还讲述了视频信息实时处理问题:
视频信号实时处理的基本概念;采用查找表 LUT (Look Up Table)的视频信号
实时处理的方法;基于 DSP(Digital Signal Processor )的视频信号快速处理器,以及
流水线结构的图像处理机。
4 、最后给同学介绍了视频信号显示输出问题:
显示技术的基本概念;视频显示技术的原理与实现;图像文件格式及其转换。
课后习题
1、什么是黑白全电视信号 ?
2、什么是彩色全电视信号 ?
3、为什么选用 YUV 彩色空间?它与 RGB 彩色空间的关系如何 ?
第三章音频信息处理
课前思考
多媒体技术的特点是交互式地综合处理声文图信息。在多媒体系统中,语音和
音乐是不可少的。没有音频的视频是不可接受的。音频和视频同步,使视频图像更
具真实性。娓娓动听的音乐和解说,使静态图像变得更加丰富多彩。可视电话、电
视会议中的声音更为重要。传统计算机与人交互是通过键盘和显示器,人们通过键
盘或鼠标输入,通过视觉接收信息。然而听觉也是一个重要的信息通道。声音是人
们最熟悉最习惯的传递信息方式。为计算机增加音频通道,使人机交互像人与人交
流那样自然友好,这是人类的美好愿望。从第一台计算机诞生以来,专家们就为之
付出了巨大的努力。设计师为计算机安上了 "嘴巴 "(扬声器),让计算机奏乐、讲
话;还为计算机装上了 "耳朵 "(麦克风),让计算机听懂、理解人的讲话。网络专家
还期望分布在不同地点的计算机成为 "顺风耳 ",实现音频实时传播。人们期望以最自
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然的方式与计算机交互,要求计算机不仅能处理文字、数字,还应能处理声音和图
像。
本章共分九个小节,第一节 综述了多媒体中音频信号处理应用和处理技术;第二节
和第三节分别介绍了音频编码算法和部分音频编码的国际标准,这是本章的重点;
第四节介绍了计算机话语输出的研究;第五节扼要介绍了音乐合成 MIDI 技术;第六
节介绍了立体声模拟的一些基础知识;第七节介绍了音频基于内容检索的初步研究
成果;第八节简单介绍了语音识别的研究现状;第九节列举了音频卡的现状和发
展。
课前思考 3.1 节(多媒体中音频信息)
这一节是概述课,综述了多媒体中音频信号处理应用和处理技术,如:
多媒体中音频处理技术的应用领域?什么是模拟音频和数字音频?它们的特点
是什么?什么是音频信息的数字化?什么是采样和量化?量化的过程?常用的音频
采样频率有哪些?音频信号处理的特点?
带着这些问题,学习本章的 3.1 节。
课前思考 3.2 节(音频的编码基础)
音频编码的目的在于压缩数据。在多媒体音频数据的存储和传输中,数据压缩
是必须的。通常数据压缩造成音频质量的下降、计算量的增加。因此,人们在实施
数据压缩时,要在音频质量、数据量和计算复杂度等三方面进行综合考虑。
为了实现音频数据压缩,多方面的专家致力于算法的研究,众多的企业致力于
芯片和产品的研制,国际标准化组织也先后推出一系列建议。高质量高效率的音频
压缩技术广泛地用于多媒体应用、音像制品、数字广播、数字电视等领域。
音频编码的分类?数据的压缩必然引起音频质量的降低,那么如何评价编 /解码
器的优劣呢?音频有几种基本的编码算法?什么是人耳的掩蔽效应?通过学习本节
就可以找到答案。
课前思考 3.3 节(音频编码标准)
当前编码技术发展的一个重要方向就是综合现有的编码技术,制定全球的统一
标准,使信息管理系统具有普遍的互操作性并确保了未来的兼容性。国际上,对语
音信号压缩编码的审议在 CCITT 下设的第十五研究组进行,相应的建议为 G 系列,
多由 ITU 发表。
国际电报电话咨询委员会( CCITT )和国际标准化组织( ISO)先后提出一系列
有关音频编码的建议。
带着下面的问题学习本节:音频编码有哪些国际标准?其中典型算法的基本原
理是什么?
课前思考 3.4 节(计算机言语输出)
从科学研究到日常生活,计算机已渗透到了人类生活的方方面面。在现代社会
中,人们愈来愈借助计算机来完成各项事务。在这种形势下,如何让计算机能够智
能化地与人通讯,使人机交互更加自然方便成为了现代计算机科学的一个重要研究
课题。而自然语言,这一人类生活中使用最广泛的通信方式,自然成为了人机交互
方式的理想选择。计算机言语输出所要研究和解决的问题,就是如何利用计算机输
出流利的自然语言,使计算机具备说话的能力。
计算机言语输出是一门跨学科的前沿技术它涉及到下列相互独立的各个领域:
自然语言理解、语言学、语音学、信号处理、心理学、声学等。它将言语理解与语
音生成技术结合在一起,使计算机具备说话的能力。
到目前为止,人们向计算机输入信息的主要途径是通过键盘和鼠标,而计算机
反馈信息的输出方式是。这种单调的信息输出方式,特别是在的情况下。长时间地
注视显示屏容易使人们产生疲劳感,并且将会降低人们获取信息和理解信息的能
力。这种枯燥单一的交互方式影响了计算机的应用。
另一方面,在现代社会中,信息传输在人们的各项事务中起着十分重要的作
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