近几年来,多媒体产品在各种计算机展览会上显得格外引人注目。多媒体这一术语,也逐渐地被计算机界人士经常提到。多媒体一词的具体含义是什么呢?
我们知道,在人类社会中,信息的表现形式是多种多样的,有文字、声音、图画、图像等等。这些统称为媒体。说到多媒体,人们从不同的侧重点出发给出了不同的定义。例如,APPLE公司认为:多媒体是文字、图形、动画、视频和音频的结合。SUN公司则认为:多媒体是传统的计算媒体—文字、图形、图像及分析等与视频、音频以及为了知识创建和表达的交互式应用的结合体。SGI公司的观点则是:多媒体是将正文、声音、图形、静态图像与计算集成在一起的技术。
一般地,我们可以给多媒体下这样的定义:多媒体是指能够同时抓取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息媒体的技术。这些信息媒体包括:文字、图形、动画和活动影像等。多媒体PC机是指具有多媒体功能的PC机。
一、多媒体的关键技术
多媒体计算机的关键问题是实时地综合处理声、文、图信息。
数字化的图像和声音信号的数据量是非常大的。一幅256色640×480中等分辨率的彩色图像,若要求以每秒30幅的速度播放,这样播放一秒钟的活动图像需要传送的信息量将近10MB。要在计算机中存放一小时的连续活动图像,需要36000MB的存储器容量。这是难以实现的。
信息压缩和光盘存储技术的出现,使计算机存放影像信息成为可能。
1.视频信息压缩技术有两种:静止图像存储信息压缩和活动图像存储信息压缩。前者用于存放单张画面,如照片、图片等。后者用于存放活动影像,它由一连串画面组成。各画面之间有变化,但一般情况下,相邻两幅之间的变化是不大的。利用该特性,可以压缩信息量。随着活动图像中相邻画面之间的不同情况,可以采用不同的信息压缩算法。经过压缩处理后,所需要的存储量一般只有原信息量的十分之一。
对于信息压缩技术的优劣评估有三个指标:第一是信息压缩比,即压缩前后信息的存储量之比;第二是速度,即压缩算法需要多少时间完成;第三是重现精度,即重现的图像与原图像相比有多大失真。要设计一个在这三方面都很好的算法是不容易的。为此需要根据不同的应用环境选择一种合适的压缩算法。
例如,Apple公司在Macintosh机system 7.0操作系统上扩充的Quick Time多媒体软件提供了三种压缩方案。第一种是基本压缩算法,是JPEG标准。JPEG的压缩比为10∶1,在MacⅡ上的运行时间为60秒,其重视质量较好。它的运行时间对静态图像是适宜的,但对运动图像就显得太慢了。另外两种算法都用于处理实时录像信息压缩,包括空间和时间上的压缩。其算法很简单,检测在一串运动画面的帧之间的重复部分,并去除该部分,用一个指针来代替它,因而计算速度很快。可以在一秒钟内处理15帧(每帧240×180个点)图像。压缩比可以高达25,但通常只有5~6。
多媒体计算机要快速、实时地完成上述压缩、解压缩,以及诸如图像的特技(改变比例尺,淡入淡出)、图像处理(图形的生成和绘制)、音频信息处理(抑制噪声,滤波)的功能,一定要用专用芯片。专用芯片一般有两种类型:一种是固定功能的芯片,如针对图像数据的压缩处理,SGS-thomson公司推出了STI3220,C-cube公司有CL550等。另一种是可编程的处理器,如集成信息公司的VP芯片和intel正在开发的下一代i750芯片等。
除了作为多媒体计算机核心的处理器外,多媒体系统还需要其它芯片的支持,包括VRAM,A/D,D/A变换器和音频处理器芯片等。
二、声音数据的处理
声音的数字化手段是采样,影响声音质量同时影响数字化声音文件大小的三个因素是a)采样频率:采样频率越高,音质越好,三个标准的采样频率是44.1kHz,22.05kHz,11.020kHz;b)每次采样的信息量:8位的采样将每个样本分为256等份,16位的采样则是65536等份,后者比前者音质好;c)通道数:通常分单通道和立体声两种。8位的采样频率为11.025kHz单声道声音每分钟占存储量为0.66MB,16位的采样频率为44.1kHz的立体声声音每分钟占存储量为10.58MB。由此可见存储容量问题不容忽视。这就需要在声音的保真与存储容量这一矛盾中根据需要选择平衡点。
三、多媒体光盘
多媒体PC机的处理对象是图形、文字、声音、动画等,要把这些内容都数字化后存起来,较经济的方法是用CD-ROM盘。目前一张5英寸光盘的价格约在2美元左右,一个光盘驱动器的价格为几百美元。
家电制造厂商SONY和PHILIPS公司共同研制的CD—I系统,公布了CD-ROM文件格式,这就是以后的ISO标准。该系统把高质量的声音、文字、计算机程序、图形、动画以及静止图像等都以数字形式存放在容量为680MB、5英寸的只读光盘上。
从目前的技术水平上看,多媒体光盘节目做成像电影电视那样的有连续活动图像的节目还有困难,但用不了多久这个问题将会解决。目前CD-ROM上只有动画(包括文字、声音、图像),但这里所说的动画的每一画面都可能是实际拍摄的数字化图像,而不是徒手画出来的,因此看起来像电影。
四、多媒体系统的软件
为了支持计算机对声、文、图多媒体信息的处理,特别需要解决多媒体信息的时空同步问题。一般多媒体计算机的软件由以下几部分组成:
1)与最低层多媒体硬件打交道的称为“驱动器”的低层软件部分,一般应常驻内存。
2)连接驱动器接口模块的软件,就是多媒体计算机的核心软件;即视频/音频支撑系统或视频/音频核心部件。
其它与多媒体有关的技术主要还有:
a)人工智能输入技术:如语音识别、语音合成、语言翻译、图像识别和处理、语言和文字之间的转换、图/文/表分离技术、笔式输入技术等。
b)外围设备控制技术:如调色板控制、高分辨率全彩色显示、三维彩色、声音效果处理、通信效果处理等。
多媒体技术的应用范围很广,作为最具影响的微型计算机多媒体系统,它的应用大体上可分为两个方面:交互式系统和动画制作。
交互式系统采用人机交互式对话的方式。对计算机中存储的影像信息进行查找,编辑以及实现每个通道同步播放等功能。这种功能对于产品广告宣传或计算机辅助教学无疑很具有吸引力;还可用在咨询服务、办公自动化、多媒体电子出版物等方面。
动画制作一直是CAD的一个分支。多媒体系统可以实现动画和活动图像的结合,可以将由计算机产生的图形可动画覆盖到由外设输入的活动图像上,也可以倒过来将活动图像叠加到图形或动画上。
Apple公司总裁曾说:多媒体系统将会如80年代的个人机一样改变90年代的人类世界。也有人预测,在90年代,一半以上的PC机将成为多媒体PC。由于多媒体符合当前应用需求的潮流,必然会成为90年代计算机发展的一大趋势。(郭岩)