数字媒体技术及相关应用

余涛涛

武汉轻工大学数学与计算机学院，湖北武汉，430023

数字媒体技术及相关应用

余涛涛

武汉轻工大学数学与计算机学院，湖北武汉，430023

数字媒体在大学中属于一门工学学科门类，但是它的应用领域很广，可以认为是一门交叉学科。因为它不但涉及到计算机方面有关知识——计算机的软件使用、数据的数字化处理，而且涉及到传媒艺术方面相关知识。本文文主要对数字媒体在计算机方面的相关技术以及其未来发展趋势作简要探讨。

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数字媒体是以信息数字化技术为根据，依据当今艺术与信息传播理论，将信息传播技术应用到社会中各个方面的一门新兴的综合交叉学科。数字媒体的形式非常多，有文字、图像、音视频、动画等。数字媒体采用数字化处理的形式，即信息的采纳、存取、处理过程基本用数字形式处理。随着网络技术的发展与应用，数字媒体在人们的日常中不可或缺。数字媒体分为感觉媒体 (Perception)、表示媒体 (Presentation)、显示媒体 (Display)、存储媒体(Storage)和传输媒体(Transmission)等。

1 数字媒体及数字媒体技术

1.1 数字媒体的概念

在《数字媒体技术发展白皮书》中，国家相关部门已经简单的介绍了什么是数字媒体：数字媒体是将信息进行数字化，再以网络以及各种电子设备为主要传播载体，将数字化的信息发放给接受者的整个过程。数字媒体具有数字化、交互性、多样性、趣味性、集成性、技术与艺术融合这些特征。

1.2 数字媒体的分类

感觉媒体(Perception)是指直接作用于人的感官（多指视觉、听觉），从而能使人产生直接感觉的媒体。比如文字、声音、图形、图像、视频等。在计算机的多媒体信息技术中，媒体一般指感觉媒体。

表示媒体（Presentation）是人为研究出来的，传送感觉媒体的一种媒体，借助这一媒体，我们可以更加方便地存储、传送数据。常见的表示媒体有语言编码、条形码、语言编码、图象编码以及文本编码。

显示媒体（Display），是一种用来显示感觉媒体的工具，用于通训中，使电信号和感觉媒体进行转换。显示媒体分为两类：输入显示媒体（如话筒、录音笔、摄像机）、输出显示媒体（如扬声器、显示器、打印机）。

存储媒体（Storage）即存放感觉媒体数字化后的代码的媒体称为存储媒体。将感觉媒体数字化后，需要一些工具来存放，以便使用。简单的说，存储媒体指的是存放某种感觉媒体的工具。例如纸张、纸带、磁带、磁盘、光盘等。

传输媒体 (Transmission)即用于传输数字化之后的某些媒体的工具。常见的传输媒体有绞线、电缆、光纤等。

1.3 数字媒体技术的概念

数字媒体技术是指用计算机技术来编辑文字、声音、图像、视频等媒体信息的一种软技术，其包括实现数字媒体（通常指感觉媒体）的表示、储存、编辑、传送、管理等各个环节。使用数字媒体技术可以使抽象的信息具体化，以便于人们的感知、管理和传播。数字媒体技术通常可分为数字媒体表示技术、存储技术、显示应用技术和管理技术等。

2 数字媒体技术研究的主要内容

2.1 数字信息获取与输出技术

2.1.1 图像获取与处理

通常意义上的的图像获取指的是，使用某种技术将物体变成图像的整个过程。而在多媒体技术中，图像获取指的是将目标通过图像获取设备转化成数字图像信息的整个过程。其目的是为了能在计算机上对图像进行后期处理。计算机图形技术以其快速、准确、规范的优点，成为计算机辅助设计的重要内容。计算机图形技术包含图像处理、模式识别和计算机图形学。图像处理研究对图像的大小变化、压缩存储等。模式识别主要研究如何从图像中分辨出其中内容。计算机图形学则是使用算法将图形转化为显示器支持形式的科学。

2.1.2 声音采集与处理

声音采集与处理是指采集声音的模拟信号，再将模拟信号通过相关进行处理，转化为数字音频信号。当前主要的数字音频压缩编码技术主要有三种：

一是基于音频数据的统计特性进行编码，波形编码是其中常用的编码技术，其目标是使重建语音波形与原波形的形状一样，不能产生变形。

二是基于音频的声学参数进行编码，这样在减少数据的情况下，还可以使新音频与旧音频特性一样。

三是基于人的听觉特性进行编码，这张编码压缩率较高，并且符合人的听觉系统，较为友善，在日常的数码产品中应用广泛。

2.1.3 人机交互

人机交互，是一门研究系统与用户之间的信息交流处理的学科。其中系统是指种种机器以及计算机化的系统和软件。人机交互界面则是指其中与用户操作有关的部分。为了用户与系统交流、操作更加方便，需要人机交互界面非常良好、友善。人机交互技术顺应而生。

2.1.4 三维显示技术

即虚拟现实技术。虚拟现实技术是指利用计算机技术进行仿真模拟。虚拟现实技术涉及仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术网络技术等多种技术，是一门交叉性的前沿学科，在当前研究领域十分火热。

虚拟现实技术(VR)通常由计算机生成的一个或多个实时动态三维立体图像来模拟环境，通过视觉、听觉、力觉、运动乃至是嗅觉和味觉等感知来与参与者互动，而与参与者的互动信息由计算机进行处理，并对用户的要求作出实时响应，并用传感设备反馈到用户的五官。

2.2 数字信息存储技术

数字媒体对象不光数据量及多，还具有并发性和实时性的特点，所以数字媒体对设备的功能的要求非常高。而数字媒体的相关需求使得存储技术、传输技术的进展火速，产品储容量和速度日新月异，而硬件技术的高速进步反过来刺激了数字媒体技术及其应用的发展。

2.3 数字传播技术/数字通讯技术

多媒体数据的分布性十分广，并且经常需要多部计算机进行协同工作，计算机网络上的数据传播技术十分重要，信息咨询、教育培训、医疗服务、军事指挥等多种应用都需要基于网络的多媒体数据传输。近些年来，网络通信技术发展十分迅速，多媒体网络系统逐步建立，多媒体通信也得到实现，并普遍用于远程会议、电子邮箱、网络教学、远程医疗诊断和电子出版等方面。

多媒体应用系统的最大难题是对巨大的多媒体信息数据所进行的采集、存储、传输，特别是许多情况下还得对其进行实时处理。一般的计算机是无法胜任这个工作。因此，为了使多媒体技术在现实生活中得到广泛的应用，需要解决这个问题。当前主要有两种解决手段：

一种是积极地开发、采用新的技术手段增加设备的存储容量和通讯带宽，比如CD．ROM、可擦写光盘系统以及云储存技术。事实上，光盘、移动硬盘已成为当前用户在多媒体外部存储设备上的首要选择，而进几年发展起来的云储存这种技术也在网络得到了应用；

另一种方法就是对数据进行有效的压缩，即对图像、视频和音频等数据进行压缩，这种方法不但可以解决大数据量的存储问题，还可以有效的解决传输频带宽度不足的问题。可以说没有数据压缩技术的发展，就没有多媒体技术在现实中的应用。

2.4 多媒体管理系统

当前社会上及大多数人都采用多媒体操作系统这种工具来管理自己的多媒体数据。多媒体操作系统必须满足多媒体技术的要求，并能在不同硬件平台工作。目前，采用较多的是对已有PC机和工作站的操作系统进行改造，来解决这个问题，在保证实时性的同时满足多媒体计算机功能模型的要求，如果操作系统无实时性功能，那么即使硬件速度再快也不是一个合格的多媒体计算机系统。同时，操作系统为了满足实际多媒体应用问题的要求，还必须支持多媒体计算机的多媒体计算功能模型，例如PC机上的Windows系列操作系统从Windows-xp、Windows-7、Windows-8直到Windows-10的多媒体功能就在不断地增强。

多媒体系统软件的重点是音频视频子系统和内部核心程序的设计。研究多媒体系统软件核心是一关键技术，该技术可以使计算机对声、文、图等多媒体信息进行混合处理，并解决多媒体信息的时空同步问题。在这方面，美国Commodore公司为其Amiga系统研究的Amiga操作系统以及著作语言Amiga Vision，Philips和Sony公司开发CD--RTOS，Intel／IBM公司开发的AVSS以及AVK等，都是多媒体系统软件核心的典型例子。

2.5 数据库技术

在处理结构化数据如文字、数值等信息媒体方面，传统数据库管理系统已获得巨大成功。但是，在当今应用领域中存在着大量的声音、图像等信息媒体，传统的数据库管理系统难以处理，因此能够支撑多媒体应用领域的多媒体数据库应运而生。计算机以数据库的形式储存着多种靠外设录入计算机的多媒体信息，多媒体数据库系统以适当的逻辑结构把各种多媒体信息集成为一体，除了能管理传统的数值、文字、逻辑型数据外，还能管理音频、视频、图像等新型多媒体信息。

多媒体数据库系统管理媒体信息，需要解决媒体信息的录入、存储和输出等问题，例如为了使计算机能处理音频，必须解决音频的收集技术、音频的压缩还原技术、音频的数据库存储技术、音频的播放技术等技术难题。因此，多媒体数据库技术也是多媒体技术的重要组成部分。

数据对象、数据对象的说明以及对象相关联的方法是多媒体数据的3个组成部分。由于多媒体数据的类型、表示方式各不相同，当用数据库技术支持多媒体应用时，需要将各种多媒体数据对象的固有特性映射成相应的表示形式。由于不同对象的表示形式、存取方式、绘制方法等各不相同，因此多媒体数据库还应包括处理不同对象的相关方法库。为了数据对象的组合、分解和变换等操作方便。此外，为了方便数据对象的管理，多媒体数据库应与方法库的方法密切相关，并建立一个数据对象的描述，以确定二次数据对象的属性。

3 数字媒体技术主要应用领域与发展趋势

3.1 主要应用领域

计算机涉及到当今社会的各个方面，各行各业都离不开计算机，而多媒体技术的发展使得这一情况更加突出。多媒体系统不仅涉及到传统的计算机本来的各应用领域，也涉及到了其他产业（消费性电子产品、通信、传播、出版、商业广告及购物、文化娱乐、各种设计领域）。今天的各类软件都或多或少地加入了多媒体元素，各行各业使用多媒体节目的频率也越来越多，而DVD播放设备、电视点播服务也使得多媒体进入了平民百姓的日常生活之中。总的来说，多媒体技术已成功地应用于以下的几个主要领域：

3.1.1 信息咨询服务领域

在信息咨询服务系统方面，国内主要应用在饭店、旅游、房地产及产品展示等行业，信息咨询系统具体包括有宾馆酒店查询系统、旅游信息咨询系统、展品信息查询系统、实时交通信息查询系统、图书情报检索系统、房地产交易咨询系统等。

3.1.2 教育服务领域

多媒体教学、网络教学、远程教学等向世人说明了多媒体在教育教学工作中的重要性。多媒体计算机辅助教学(CAI)在教育上给人类开拓了一个崭新的领域，CAI的界面更为丰富多彩，极大地改善了单一文字教学的局面，做到声、文、图并茂。多媒体教学可以让人看到丰富的教学资源，看到悦目娱心的背景图像，看到形象生动的动画演示，增强了学习兴趣，提高了学习效果。多媒体技术可以通对用户的感官进行刺激，提高了学习效果，其效果以往的教学方法所无法比拟的。

3.1.3 声像编辑领域

多媒体声像编辑包括用多媒体计算机制作电视节目、动画片、广告性电影、电视剧、声像艺术作品和CD多媒体节目等。多媒体声像编辑系统可以存储声像等多媒体信息，编辑、回放这些信息，重排其次序，增删其内容等，最后形成一个多媒体文档、报告或出版物。

专业的声像艺术作品包括影片剪接、文本编排、音响、画面等特殊效果的制作等。现在通过多媒体系统使业余爱好者也有机会制作出许多本来只有专业人员才能够设计的声像艺术品。而专业艺术家则可以通过多媒体系统的帮助，增进其作品的品质，制作出更好的作品。

多媒体技术在新闻技术中也得到了应用。随着科学技术的发展，多媒体技术与新闻技术结合在一起，形成了多媒体新闻。与电视新闻等传统新闻技术比，它的品质更高，更加生动活泼，更加真实感强，也具有更高的新闻时效性，更好的可选择性、可重复性。

多媒体技术在电视监控工程中同样得到了应用。用多媒体计算机的有关的软件获取、播放、录制监控现场的视频图像、声音，并进行实时警报。有的还使用了视频图像监控。例如这个监视系统：以一幅正常图像为基准，一旦新获取的图像与正常图像比较有一定程度的差异，表明此处有异常发生，系统可以立即发出报警信息，让工作人员立刻进行处理。

3.1.4 娱乐领域

运动模拟系统、虚拟现实游戏、大屏幕电影和游戏(基于交互式的声音视觉支持)都是在娱乐中应用多媒体技术的例子。与传统的TV或电影相比，它们更能提供让人投入的娱乐感受。在家电方面，多媒体娱乐系统，包括卡拉OK、立体声音响、录像和放像系统、家庭应用系统等，已经得到了用户的接受。而多媒体计算机游戏和网络游能使游戏者通过与计算机的交互或互动身临其境、进入角色，达到更好的娱乐效果，故大受欢迎。此外，数字照/摄像机和数字电视的到来，为人类的娱乐生活开创一个新局面。

3.1.5 多媒体网络通信领域

多媒体通信也是多媒体技术的在现实中的应用。Intemet的高速发展，使得以多媒体数据通信、网络银行、远程会议、网络教学、电视节目点播为代表的多媒体网络通信系统得到广泛应用。人们在网上可以方便地浏览各种信息资源，查阅各种信息资料，收发电子邮件，打IP电话，进行网上购物、网上办公、网上学习、娱乐、聊天交友等，“秀才不出门，便知天下事”不在是什么难事。多媒体网络通信的发展对人类生活、学习和工作产生了深刻影响，人们已经无法离开多媒体网络通信。

3.2 发展趋势

多媒体技术的发展日新月异，但总的来说，多媒体技术正朝一下两个方面发展：一是与网络的联系与依靠更加紧密，二是多媒体终端更加智能，并且各个终端走向统一的趋势更加明显。进入21世纪后，由于技术的进步，特别是信息化步伐加快，进入信息化社会不可避免。而这种转变过程，不仅仅是技术的转变，还是思想的转变，更是一个实践推动的过程。数字化技术将我们的日常工作带入了一个新的领域，让人们可以用更快的速度处理文件，以更快的节奏进行工作，因特网就是在这种情况下，不知不觉地改变了我们的生活。

从目前的计算机技术以及多媒体技术的发展情况来看，数字化社会将会在不久的将来实现。如今，移动通讯业务的各种多媒体实现，使得人们对数字多媒体芯片技术的要求越来越高，而在未来的3C时代，各种电子化装置的多媒体将不会像现在一样的多，而是会进一步合一，人们对数字多媒体芯片技术的性能也会越来越重视，因此数字多媒体芯片技术是多媒体技术革命中的重点。

4 结语

多媒体技术的发展可以推动计算机、社会的发展。正确掌握多媒体技术发展不仅是科研人员的主要任务，也是我们因该关注的重点，它对应用多媒体技术和推动市场开发有着极大的好处。随着多媒体技术的发展，概念认识的“启蒙”阶段已经过去，许多人已了解了多媒体技术的主要涵义，并对其概念和应用有了初步认识。同时，在社会中规范化的多媒体研究体系已初步形成。多媒体技术正朝着更友善的人机交互，以及更大的规模、更多的人使用的信息存取服务，并为人类创造出一个在更完美的未来的方向上发展。

[1]林琳.从游戏神话电视剧的发展看中国数字媒体技术的进步——以《仙剑奇侠传》电视剧和游戏系列为依据[J].影视制作.2013(04):79-83.

[2]陈治光.首届“中国北京数字内容创新发展高峰论坛”成功举行[J].科技潮.2007(10):32.

余涛涛/1994年生/男/湖北阳新人/本科/研究方向为数字媒体技术