1.4 多媒体技术的发展和应用

1.4.1 多媒体技术发展历程及前景

1.多媒体技术发展历程

多媒体技术不仅是时代的产物，也是人类历史发展的必然。多媒体技术是一门综合的高新技术，是在微电子技术、计算机技术、通信网络技术、大众传播技术等现代信息技术不断进步的条件下，由多学科不断融合、相互促进而产生出来的。多媒体技术的概念起源于20世纪80年代的初中期，但真正蓬勃发展起来是在20世纪90年代。随着科技的发展，多媒体技术的应用也越来越广泛。

（1）启蒙发展阶段

多媒体直接起源于计算机工业界、家用电器工业界和通信工业界对各自领域未来发展的预测。最早研究和提出多媒体系统的分别是计算机工业的代表IBM、Intel、Apple及Commodore公司，家用电器工业的代表Philips、Sony公司等。

1984年，美国Apple公司在研制Macintosh计算机时，为了增加图形处理功能，改善人机交互界面，创造性地使用了位映射（Bitmap）、窗口（Window）、图标（Icon）等技术，这一系列改进所带来的图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）深受用户的欢迎，同时鼠标作为交互设备的引入，配合GUI使用，大大地方便了用户的操作。

1985 年，Microsoft 公司推出了 Windows，它是一个多任务的图形操作环境。Windows使用鼠标驱动的图形菜单，是一个用户界面友好的多层窗口操作系统。

1985年，美国Commodore公司首先推出世界上第一台多媒体计算机Amiga系统。Amiga机采用Motorola公司生产的M68000微处理器作为CPU，并配置Commodore公司自己研制的三个专用芯片——图形处理芯片 Agnus8370、音频处理芯片 Paula8364 和视频处理芯片Denise8362，因此具有音响、动画和视频等功能。Amiga机具有自己专用的操作系统，能够处理多任务，并具有下拉菜单、多窗口、图符等功能。

1986年，荷兰Philips公司和日本Sony公司联合推出交互式紧凑光盘系统（Compact Disc Interactive，CD-I），同时还公布了所采用的 CD-ROM 光盘的数据格式，对大容量存储设备的发展产生了巨大的影响，后经过国际标准化组织（ISO）认可成为国际标准。大容量光盘的出现为存储声音、文字、图形、视频等高质量的数字化媒体提供了有效的手段，用户可以通过读取光盘中的内容来播放多媒体信息。

自1983年开始，美国无线电公司RCA研究中心就着手研究交互式数字视频系统（Digital Video Interactive，DVI），以计算机技术为基础，使用标准光盘存储和检索静态图像、活动图像、声音等数据。1989年，Intel公司把购买到的DVI技术开发成一种可普及的商品，又和IBM公司合作，在Comdex/Fall’89展示会上推出Action Media 750多媒体开发平台，平台硬件系统由音频板、视频板和多功能板三块专用插板组成，其软件是基于 DOS 系统的音频/视频支撑系统（Audio Video Support System，AVSS）。1991年，Intel和IBM又合作推出改进型的Action MediaⅡ，硬件部分采用更高程度的集成，集中在采集板和用户板两个专用插件上，软件采用基于Windows的音频视频内核（Audio Video Kernel，AVK），在扩展性、可移植性、视频处理能力等方面均大大改善。

（2）标准化阶段

随着多媒体技术的迅速发展，特别是向产业化方向发展，多媒体技术从以研究开发为重心转移到以应用为主。由于多媒体技术是一种综合性技术，其产品实用化涉及计算机、电子、通信、影视等多个行业的技术协作，产品的应用目标既涉及研究人员也面向普通消费者，涉及各个用户层次，因此标准化问题是多媒体技术实用化的关键。

1990年11月，由Microsoft公司会同多家产商召开了多媒体开发者会议，成立了多媒体计算机市场协会，其主要任务是对计算机的多媒体技术进行规范管理和制定相应的标准，并制定了多媒体个人计算机 MPC1.0 标准。该标准对计算机增加多媒体功能所需的软硬件规定了最低标准和量化指标等，为计算机整机、外设制造商、软件商提供了共同遵循的标准，促进了多媒体计算机及其软件的发展。随着计算机和多媒体技术的进一步发展，多媒体计算机市场协会于1993年和1995年先后发布了多媒体个人计算机标准MPC2.0和MPC3.0，其具体性能指标见表1-1。事实上，随着应用要求的提高，多媒体技术的不断改进，多媒体功能已成为新型个人计算机的基本功能，MPC的新标准也无继续发布的必要。

1992年，Microsoft公司推出Windows 3.1，不仅综合了原先的多媒体扩展技术，而且增加了多媒体应用软件和一系列支持多媒体的驱动程序、动态链接库及 OLE 技术，使得Windows 3.1成为事实上的多媒体操作系统。1995年8月，Microsoft公司又推出Windows 95操作系统，以其友好的界面、简便的操作和全面支持多媒体的功能，被越来越多的微机用户采用。1998年8月，Microsoft公司在Windows 95的基础上推出Windows 98操作系统，Windows 98性能稳定，操作简便，多媒体功能更强。在Windows 98之后，Microsoft公司又陆续推出了Windows 2000和Windows XP操作系统。

1996 年，Intel 公司为了适应多媒体技术的发展，将多媒体扩展（MultiMedia eXtension， MMX）技术加入到微处理器芯片Pentium Pro（Pentium Processor with MMX）中，其他公司也纷纷响应。多媒体个人计算机已逐步成为个人计算机的主流，个人计算机已步入多媒体时代。

目前多媒体计算机系统采用的是ISO和ITU联合制定的数字化图像压缩国际标准。具体有三个主要标准：

1）JPEG标准。该标准是联合图像专家组（Joint Photographic Experts Group，JPEG）建立的适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。该标准在1991年通过，成为ISO/IEC 10918标准。1998年，针对传统JPEG压缩技术的问题，开始制定下一代JPEG标准。2000年3月，确定彩色静态图像的新一代编码方式“JPEG 2000”的编码算法，12月公布JPEG 2000标准（ISO 15444）。

2）MPEG系列标准。为了制定有关运动图像的压缩标准，ISO建立了一个运动图像专家组（Moving Picture Experts Group，MPEG），从1990年开始工作。MPEG提交的MPEG-1标准用于数字运动图像，其伴音速率为1.5Mb/s的压缩编码，作为ISO/IEC 11172号标准，于1992年通过。MPEG-1的平均压缩率为50∶1。MPEG系列的其他标准还有MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和正在制定的MPEG-21。

3）H.26X标准。ITU推荐的H.261标准即p×64Kb/s方案，其标题是“64Kb/s视声服务用视像编码方式”，由ITU SG XV视频编码专家组负责制定。该方案确定于1988年，是一个面向可视电话和电视的视频压缩算法的国际标准，其中p是可变参数。P=1或2时只支持QCIF （Quarter Common Intermediate Format）分辨率（176×144）格式（每秒帧数较低的可视电话）；当p≥6时支持CIF（Common Intermediate Format）分辨率（352×288）格式（每秒帧数较高的活动图像电视会议）。另外，该系列的 H.262、H.263 等标准是面向不同速率应用的可视通信标准。

对多媒体计算机系统处理数字化声音，除MPEG标准中包含音频压缩的标准外，ITU也制定了一系列压缩标准，主要有：

1）16Kb/s ITU标准化方案G.728。用在64Kb/s的ISDN线路的可视电话上，带宽分配为语音16Kb/s，图像48Kb/s。

2）32Kb/s ITU标准化方案G.721。该标准目的是最终取代现有PCM电路传送方式，最初是面向卫星通信、长距离通信及信道价格很高线路的语音传输。目前，其应用领域还包括电视会议的语音编码，为提高线路利用率的多媒体多路复用装置，数字录音电话及高质量的语音合成器。

3）64Kb/s ITU标准化方案G.722。该标准面向7kHz带宽以语音和音乐为对象的标准化音响编码方案，应用领域是面向高质量语音通信会议。它具有三种工作模式，即64Kb/s、56Kb/s和48Kb/s。从工作方式上讲，可以利用64Kb/s全部传送7kHz语音信号，也可以利用56Kb/s （48Kb/s）传送语音，用另外8Kb/s（16Kb/s）传送辅助信号。

另外，ISO 对多媒体技术的核心设备——光盘存储系统的规格和数据格式颁布了统一的标准，特别是对流行的CD-ROM、DVD和以它们为基础的各种音频视频光盘的各种性能都有统一规定。

除对已有的标准进一步完善外，主要工作是降低实现成本，提高多媒体计算机软硬件质量，促进多媒体技术的普及。

（3）蓬勃发展阶段

随着多媒体各种标准的制定和应用，极大地推动了多媒体产业的发展。很多多媒体标准和实现方法（如JPEG、MPEG等）已做到芯片级，并作为成熟的商品投入市场。与此同时，涉及多媒体领域的各种软件系统及工具，也如雨后春笋层出不穷。这些既解决了多媒体发展过程必须解决的难题，又对多媒体的普及和应用提供了可靠的技术保障，并促使多媒体成为一个产业而迅猛发展。20 世纪 90 年代以来，微电子技术的发展使一大批像高清晰度电视（HDTV）、高保真音响（HiFi）、高性能录像机、光盘播放机等产品纷纷推出；数字化通信技术将传统的通信技术与计算机技术紧密地结合，形成高速通信网络，使信息传输与交换能力有惊人的提高；新一代计算机系统集成电路密度大幅度增加，运算速度显著提高，功能越来越强，特别是个人计算机的发展更加迅猛，产品更新换代周期越来越短，使个人计算机的功能和工作站相比已无明显的差距，其强大的图形处理功能及图像加工能力为计算机进行多媒体加工提供了基础。

蓬勃发展的代表事件之一是发展多媒体芯片和处理器。Intel公司具有MMX技术的奔腾处理器成为多媒体计算机的一个标准。除具有 MMX 技术的奔腾处理器外，还有 AGP、MPEG-2、AC-97、PC-98、2D/3D绘图加速器、Java Code（Processor Chip）等技术，也为多媒体大家族增添了风采。

蓬勃发展的另一代表事件是AC97杜比数字环绕音响的推出。在视觉进入3D立体视觉空间的境界后，对听觉也提出环绕及立体音效的要求。电影制片商在讲究大场景前，更会要求有逼真及临场感十足的声音效果。加上个人计算机游戏的刺激，将音效的需求带到颠峰。AC97 （Audio Codec 97）在此情况的推动下，由声霸卡（Sound Blaster）的创始者新加坡Creative公司，以及此领域的Analog Device、NS、Yamaha、Intel等公司主导生产。

随着网络电脑（Internet PC、NC）及新一代消费性电子产品，如电视机顶盒（Set-Top Box）、DVD、视频电话（Video Phone）、视频会议（Video Conference）等观念的崛起，强调应用于影像及通信处理上最佳的数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP），经过另一番的结构包装，以可由软件驱动组态的方式，进入咨询及消费性的多媒体处理器市场。

1996年，Chromatic Research推出整合MPEG-1、MPEG-2、视频、音频、2D、3D、电视输出等七合一功能的 Mpact 处理器，一举打响了其知名度，引起市场的高度重视，现已推出Mpact 2第二代产品，应用于DVD、计算机辅助制造（CAM）、个人数字助理（PDA）、蜂窝电话（Cellular Phone）等新一代消费性电子产品市场。继Chromatic后，Fujitsu、Matsushita、Mitsubishi、Philips、Samsung、Sharp等几大厂商也相继投入此市场。

多媒体处理器结合了DSP技术在数字信号处理方面的优势，并可发挥其在通信方面的优点。除了最初应用于网络PC的构想外，日本Sharp将其多媒体微处理器DDMP（Data-Driven Media Processor）应用于打印机、复印机、传真机及扫描器四合一的多功能打印机Camcoder中。Fujitsu也将其MMA（MultiMedia Assist）系列应用于汽车导航系统中，并将推出第二代甚至第三代。

与此同时，MPEG压缩标准得到推广应用。已开始把活动影视图像的MPEG压缩标准推广用于数字卫星广播、高清晰电视、数字录像机，以及网络环境下的电视点播VOD（Video On Demand）、DVD等各方面。虚拟现实技术也正向各个应用领域开拓。

2.多媒体技术发展前景

随着计算机技术的不断发展，低成本、高速度处理芯片的应用，高效率的多媒体数据压缩/解压缩产品的问世，高质量多媒体数据输入、输出产品的推出，多媒体计算技术必将推进到一个新的阶段。目前多媒体技术的发展已进入高潮，多媒体产品正走进千家万户。

从近阶段来看，多媒体技术研究和应用主要体现出以下特点。

1）家庭教育和个人娱乐是国际多媒体市场的主流。代表的产品有：视频光盘播放系统，如各种VCD和DVD机；集声、文、图、像处理于一体的功能强大的游戏机；交互式电视系统，用户可以按自己的要求选择电视节目（VOD）或从预先安排的几种情节中选择某一种情节让故事进行下去。

2）内容演示和管理信息系统（MIS）是多媒体技术应用的重要方面。目前，多媒体应用以内容演示和MIS为主要形式，这种情况可能会持续一段时间。

3）多媒体通信和分布式多媒体系统是多媒体技术今后的发展方向。目前的多媒体技术应用正从基于CD-ROM的单机系统向以网络为中心的多媒体应用过渡，随着高速网络成本的下降，多媒体通信关键技术的突破，在以Internet为代表的通信网上提供的多种多媒体业务会给信息社会带来深远影响。同时，将多台异地多媒体计算机连接起来，实现计算机支持协同工作（Computer Supported Cooperative Work，CSCW），更好地实现信息共享，提高工作效率，这种CSCW环境代表了多媒体应用的发展趋势。

从长远观点来看，进一步提高多媒体计算机系统的智能性是不变的主题。发展智能多媒体技术包括很多方面，如文字的识别和输入，汉语语音识别和输入，自然语言的理解和机器翻译，知识工程和人工智能等。已有的解决这些问题的成果已很好地应用到多媒体计算机系统开发中，并且任何一点新的突破都可能对多媒体技术的发展产生很大影响。