教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材多媒体技术基础及应用(第2版)钟玉琢沈洪冼伟铨田淑珍编著清 华 大 学 出 版 社北京

内 容 简 介本书从研究、开发和应用角度出发，讲述多媒体计算机的定义、关键技术、现状及发展趋势；音频信息和视频信息的获取和处理技术；多媒体数据压缩编码技术及现行编码的国际标准；多媒体计算机硬件和软件系统结构；超文本和超媒体技术；多媒体计算机的应用技术： 多媒体电子出版物的创作、多媒体会议系统、多媒体数据库及基于内容检索。

本书可作为普通高等院校本科生“多媒体技术基础及应用”课程教材，也可供其他大专院校及从事多媒体计算机技术研制、开发及应用人员学习参考。版权所有，翻印必究。举报电话： 010\|627829891390110429713801310933

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(教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材)

ISBN 730207402XⅠ. 计…Ⅱ. 吴…Ⅲ. 计算机网络-电视大学-教材Ⅳ. TP393中国版本图书馆CIP数据核字 （2003） 第092472号出版者： 清华大学出版社地址： 北京清华大学学研大厦

http://www.tup.com.cn邮编： 100084

社总机： 01062770175客户服务： 01062776969

责任编辑： 马瑛珺

印装者： 

发行者： 新华书店总店北京发行所

开本： 185×260印张： 字数： 千字

版次： 2005年月第版2005年月第次印刷

书号： ISBN 7302

印数： 1～0000

定价： 0.00元

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我们正处在跨越世纪的门槛上，人类社会在一股股变革性力量的推动下发生着根本性的变化。知识经济时代的到来向我们显示，一个国家最重要的资源已经不再是土地、劳动力或资本，而是其国民的知识和创造力；国与国的竞争虽然常常表现为政治、经济或军事实力的较量，但归根到底已是一场教育和科技的竞争。换言之，国家的综合实力将主要由其国民的教育水平来决定。一时间，世界各国的校长们、跨国企业的巨头们乃至许多的政府首脑们都在纷纷议论21世纪的教育，以迎接知识经济的挑战。中华民族有着蜿蜒几千年的文明，为在世界民族之林重振雄风，再展辉煌，发出了时代的特强音：实施科教兴国，提高全民素质。从中央领导到广大群众，都对教育提出了更高的要求，寄予了更大的希望，同时也给予了更多的支持。人们在这方面的思想观念和实践探索正在以空前的速度发展着。

中国的高等教育已经走完了一个世纪的路程。已经过去的20世纪正是它从无到有、从小到大、由产生到发展的一段百年历史。中国人民在短短的数十年构筑了资本主义国家好几百年才形成的高等教育体系，涌现出一批高水平的学校，培养了一大批高层次优秀人才，取得了辉煌的成就。但是在新时期，教育不适应现代化建设需要的矛盾不断显露，我国劳动者受教育水平普遍较低的现象无法面对新世纪的机遇和挑战，我国高等教育的发展现状也难以满足广大人民群众空前强烈的受教育愿望。一代伟人邓小平早在十年前就一针见血地指出，我们的最大失误是教育，一是放松了对青少年的思想道德教育，二是教育规模发展不够快。现在看来，这两个问题依然是症结所在。一个12亿人口的泱泱大国，高等学校的毛入学率仅10%左右，实在很不相称。我国的高等教育已经面临着大力发展、高速发展、从根本上改变落后状态的紧迫问题。

令人欣慰和鼓舞的是中国有一所全世界最大的大学——中国广播电视大学，上百万的学生遍布在960万平方公里的辽阔土地上。它突破传统教育在空间上的限制，不断减弱时间上的束缚，以覆盖面广、全方位为各类社会成员提供教育服务的优势，成为中国高等教育体系中的一个重要组成部分。二十多年来，它为实现高等教育大众化，为提高我国劳动者的整体素质，为变巨大的人口包袱为巨大的人力资源，以形成浩浩荡荡的高水平建设大军，发挥了不可磨灭的作用。最近，中央电大又有重大改革举措，进一步面向社会开展了“开放教育”等项试点工作，在教育思想、招生对象、培养模式、管理机制方面进行新的探索。尤其引人注目的是中央电大与国内的一些重点高校形成了紧密的合作关系，携手为我国现代远程教育开拓新路。重点高校有学科和教学上的优势，它们的加盟有利于电大提高教学质量、办出特色；而中央电大有很丰富的教育资源，有完整的办学系统，有一支富有经验的教学与管理队伍，特别是有较强的社会服务意识和人才市场意识，这对于需要进一步向社会开放的普通高校而言，又有许多值得学习和借鉴之处。我们完全有理由相信，中央电大和重点高校的结合，不仅可以在现阶段实现优势互补、资源共享，而且有可能成长出一种符合我国国情发展教育的最具潜力的新型教育模式。

现在摆在我们面前的这套中央广播电视大学本科(专科起点)“计算机科学与技术”专业教材，就是中央电大和清华大学合作的产物。在开放教育试点启动之际，在计算机及其网络技术日新月异、其爆炸式发展和神话般应用使人们眼花缭乱、不知所措之时，在我国至少缺乏数十万计算机软件及网络技术人才的当口，这套教材像雪中送炭，像清风送爽，终于在人们的企盼和惊喜中问世了。它确实及时和解渴。教材的编者是清华大学计算机系一批学术水平高、教学经验丰富的教授，他们以知识、能力和素质的全面训练为目标，将教材的先进性、实用性和可读性融为一体。教材纲目清楚，重点突出，深入浅出，便于自学。书中每章有小结，章章有习题，有的还配有实验指导和习题解答，不仅对计算机专业的学生适用，其他专业的学生也可以从此入门。清华大学的老师们还准备为这套教材制作多媒体导读光盘和网络辅导教材，指明教学基本要求，区分应该熟练掌握和只需一般了解的内容，并进行重点难点分析和讲解。这全套的教材称得上是难得的好书。

对于中国广播电视大学我是颇有感情的，不只是因为它过去的功绩和带给人们未来的曙光，还因为我本人20年前也曾参与过中央电大《电子技术基础》课程的教学工作。那时我收到许多电大学生热情洋溢的来信，强烈感受到他们对知识与教育的渴求，感受到他们学习的艰辛和坚韧不拔的毅力，同时也感受到了广大学生对我的信任和鼓励。当年的电大学生如今多数已成为我国经济建设和社会发展中的骨干，一些人后来获得了博士学位，有的已成为我国重点大学的教授。中央电大的成功实践已在社会上赢得了很好的声誉，而当前扩大教育规模、构建终身学习体系的社会呼唤又给电大今后的发展提供了新的难得的机遇。近年来，信息网络与多媒体技术突飞猛进，也使电大的远程教育形式跃上了现代化的新台阶。这次中央电大和清华大学合作，共同在计算机专业开放教育改革试点中付出了辛勤的劳动，播下了希望的种子。我期待着中央电大有更多的创新，更大的发展，更加充满活力。我也殷切希望电大的学生们为中华民族的强盛而自强不息，学有所成。

努力吧，中国广播电视大学一定能成为中国教育界一颗璀璨的明珠。清华大学副校长、教授前言

《多媒体技术基础及应用》一书是为普通高等院校计算机科学与技术专业本科生及专升本学生专门编写的教材。

应用多媒体技术是20世纪90年代计算机的又一场革命。21世纪将是信息化社会，以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重不断增长，多媒体技术及其产品是当今世界计算机产业发展的新领域。为适应多媒体技术迅速发展的需求，1992年清华大学首次为全校研究生开设“多媒体计算机技术”选修课，当时我们编写了一本《多媒体计算机技术》作为该选修课的教材，1993年5月由清华大学出版社出版。从1997年开始我们为清华大学计算机系本科生开设了“多媒体技术及其应用”选修课。由于计算机技术、多媒体技术以及通信技术的迅速发展，我们深感原来教材内容有些陈旧，想把近几年讲课增补的内容及近几年的科研成果编写到新教材中。

《多媒体技术基础及应用》教材编写从研究、开发和应用的角度出发，并按照普通高等院校本科生的培养目标，从理论上重视培养基础知识，提高分析问题的能力；在实践与实用性方面，加强实验和实用性的教学，注重培养学生解决实际问题的能力。

本教材共分7章，第1章概述多媒体计算机的定义、关键技术、现状及发展趋势；第2章和第3章介绍了音频视频信息的获取和处理技术；第4章较详细地讲述了多媒体数据压缩编码技术及现行编码的国际标准；第5章讲述了多媒体计算机硬件和软件系统结构；第6章讲述了超文本和超媒体问题；第7章介绍了多媒体计算机应用技术，包括多媒体电子出版物的制作、多媒体会议系统、多媒体数据库和基于内容检索。

为了适应普通高等院校本科自学学习的特点，在每一章开头编写了该章的要点，在每一章的最后编写了该章小结和习题。为了使同学自学方便，我们又编写了一本自学辅导和实验教材，《多媒体技术基础及应用——辅导与实验》，由清华大学出版社出版。辅导与实验教材内容分为两部分，第一部分是各章辅导材料，每章内容有本章要点、重点与难点内容分析、本章小结、例题详析和习题。在重点与难点内容分析中，对各章的重点和较难理解的内容进行了较深入的分析和讨论。“例题详析”选择了具有代表性的例题进行分析讨论，“习题”部分编制了大量各种类型的习题。在附录部分给出了各章习题的解答过程和参考答案。第二部分是实验内容，列出了每个实验的名称、实验目的与实验要求、实验预备知识、实验的内容和步骤、实验过程和结果以及思考题。在实验附录部分给出了实验思考题的解答过程和参考答案，辅导与实验教材对电大的同学以及其他人员学习多媒体技术均是一本较好的参考书。

本教材由钟玉琢、沈洪、冼伟铨、田淑珍编写，参加编写工作的还有蔡连红、李树青、史元春、王艺梅及梁其程老师等。

在编写过程中，我们参考了不少国内同行编写的多媒体计算机教材，还有清华大学计算机系的论文及科研成果报告。但是多媒体计算机技术正处在蓬勃发展阶段，新的文献资料我们搜集得还不完整。限于作者水平，书中不足和错误之处，恳请读者给予批评指正。

本书编写过程中得到作者所在单位及其研究组其他成员的大力支持，在此表示衷心的感谢。

钟玉琢〖〗2004年5月1日目录

前言

第1章多媒体计算机概述1

本章要点1

1.1多媒体计算机的定义和关键技术1

1.1.1多媒体计算机的定义及其关键技术1

1.1.2利用多媒体是计算机技术发展的必然趋势2

1.1.3在多媒体计算机发展史上卓有成效的公司和系统3

1.2多媒体技术促进了通信、娱乐和计算机的融合6

1.2.1多媒体技术是解决常规电视数字化及高清晰度电视

切实可行的方案6

1.2.2用多媒体技术制作DVD及影视音响卡拉OK机7

1.2.3多媒体家庭网关9

1.3多媒体计算机技术的发展和应用11

1.3.1多媒体数据库11

1.3.2多媒体通信12

1.3.3多媒体创作工具及其应用13

1.3.4多媒体计算机的发展趋势13

小结14

习题15

第2章音频信息的获取与处理17

本章要点17

2.1数字音频基础17

2.1.1模拟音频和数字音频17

2.1.2音频的数字化18

2.1.3数字音频的文件格式19

2.1.4音频信号的特点20

2.1.53D音频

2.2声卡的组成与工作原理21

2.2.1声卡的功能、技术指标与分类21

2.2.2声卡的组成和布局24

2.2.3声卡的工作原理

2.2.4SPDIF数字音频接口

2.2.5音频卡的发展和改进

2.3音频编码基础和标准28

2.3.1音频编码的基础28

2.3.2音频编码标准31

2.4音乐合成和MIDI规范40

2.4.1音乐合成40

2.4.2MIDI规范42

*2.5语音识别51

2.5.1语音识别的发展和分类51

2.5.2汉语语音识别系统的工作原理及其应用53

小结56

习题57

第3章视频信号的获取与处理59

本章要点59

3.1彩色空间表示及其转换59

3.1.1颜色的基本概念60

3.1.2彩色空间表示61

3.1.3彩色空间的转换及其实现技术63

3.1.4彩色全电视信号64

3.2视频信息获取技术67

3.2.1视频采集卡的功能简介68

3.2.2视频采集卡的工作原理71

3.2.3彩色全电视信号的数字锁相和数字解码77

3.2.4视频采集卡的安装和使用81

3.3图像文件格式及其转换85

3.3.1静态图像文件格式85

3.3.2动态图像压缩编码文件格式92

小结95

习题96

第4章多媒体数据压缩编码技术98

本章要点98

4.1多媒体数据压缩编码的重要性和分类98

4.1.1多媒体数据压缩编码的重要性98

4.1.2多媒体数据压缩编码的可能性99

4.1.3多媒体数据压缩方法的分类100

4.2量化102

4.2.1量化原理102

4.2.2标量量化器的设计103

4.2.3矢量量化105

4.3统计编码105

4.3.1统计编码原理——信息量和信息熵106

4.3.2哈夫曼(Huffman)编码107

4.3.3算术编码110

4.4预测编码114

4.4.1预测编码的基本原理115

4.4.2自适应预测编码117

4.4.3帧间预测编码119

4.5变换编码121

4.5.1变换编码的基本原理121

4.5.2最佳的正交变换——K\|L变换122

4.5.3离散余弦变换(DCT)131

4.6多媒体数据压缩编码的国际标准135

4.6.1静态图像压缩编码的国际标准(JPEG)135

*4.6.2MPEG1标准151

4.6.3MPEG2标准

4.6.4MPEG4标准

4.6.5MPEG7标准

4.6.6MPEG21标准

小结171

习题171

第5章多媒体计算机硬件及软件系统结构173

本章要点173

5.1数字视频交互式(DVI)多媒体计算机系统185

5.1.1DVI系统中的视频音频引擎(AVE)185

5.1.2DVI软件系统中的音频视频子系统(AVSS)193

*5.1.3在窗口系统环境下开发的AVK205

5.2将多媒体和通信功能集成到CPU芯片中210

5.2.1集成的设计原则211

5.2.2Trimedia媒体处理器、参考板及其软件开发环境223

5.2.3将多媒体和通信功能集成到CPU芯片中——Phenix芯片和

MMX技术233

小结251

习题251

第6章超文本和超媒体254

本章要点254

6.1概述254

6.1.1基本概念254

6.1.2典型的超文本系统255

6.2超文本和超媒体系统的组成和结构259

6.2.1超文本和超媒体的组成要素259

6.2.2超媒体和超文本系统结构模型261

6.3超文本和超媒体的文献模型265

6.3.1概述

6.3.2ODA模型

6.3.3HyTime模型

6.4超文本与超媒体存在的问题及发展前景266

6.4.1超文本与超媒体存在的问题266

6.4.2超文本与超媒体发展的前景267

小结267

习题268

第7章多媒体计算机的应用技术269

本章要点269

7.1多媒体电子出版物的创作269

7.1.1多媒体电子出版物的概述269

7.1.2多媒体电子出版物的创作流程273

7.1.3多媒体电子出版物创作示例276

7.2多媒体会议系统280

7.2.1视频会议系统的结构及标准280

7.2.2综合业务多媒体终端的设计和实现288

7.2.3多点控制单元(MCU)294

7.2.4视频会议系统的服务质量(QoS)及资源管理302

7.2.5视频会议系统的安全保密310

第*7.3多媒体数据库及基于内容检索314

7.3.1多媒体数据库315

7.3.2多媒体数据库的基于内容检索324

小结343

习题344

参考文献345