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分为四部分:一为多媒体的表示和计算(声音,图象和数字电视媒体等),二为多媒体的存储(cd和dvd存储器的存储原理等),三为多媒体网络应用(多媒体网络应用的特点,因特网等)四为多媒体网络编辑语言(超文本标记语言和javascript语言的使用等)

**部分多媒体的表示和计算

第1章 多媒体技术概要

1. l 多媒体是交互式信息传播媒体

1. 2 多媒体涉及的几个概念

1. 2. 1 超文本的概念

1. 2. 2 超媒体的概念

1. 2. 3 标准通用标记语言(SGML)

1. 2. 4 超文本标记语言(HTML)

1. 2. 5 虚拟现实造型语言(VRML)

1. 3 多媒体与网络

1. 4 多媒体与光盘存储器

1. 5 多媒体的技术研究与应用开发

练习与思考题

第2章 数字声音及MIDI简介

2. 1 声音与听觉器官

2. 2 声音信号数字化

2. 2. l 从模拟过渡到数字

2. 2. 2 模拟信号与数字信号

2. 2. 3 声音信号数字化

2. 2. 4 采样频率

2. 2. 5 采样精度

2. 2. 6 声音质量与数据率

2. 3 声音文件的存储格式

2. 4 声音工具

2. 5 声日质量的度量

2. 6 电子乐器数字接口(MIDI)系统

2. 6. 1 MIDI简介

2. 6. 2 频率调制(FM)合成声音

2. 6. 3 乐音样本合成声音

2 6. 4 MIDI系统

2. 6. 5 MIDI消息

2. 6. 6 MIDI音序器和标准MIDI文件

2. 6. 7 合成器的多音调和多音色

2. 6. 8 通用MIDI(GM)

练习与思考题

参考文献和站点

第3章 话音编码

3. l 话音编码概要

3. 1. 1 话音波形的特性

3. 1. 2 三种话音编译码器

3. 2 脉冲编码调制(PCM)

3. 2. 1 PCM的概念

3. 2. 2 均匀量化

3. 2. 3 非均匀量化

3. 2. 4 u律压扩

3. 2. 5 A律压扩

3. 3 PCM在通信中的应用

3. 4 增量调制与自适应增量调制

3. 4. 1 增量调制(DM)

3. 4. 2 自适应增量调制(ADM)

3. 5 自适应差分脉冲编码调制

3. 5. l 自适应脉冲编码调制(APCM)的概念

3. 5. 2 差分脉冲编码调制(DPCM)的概念

3. 5. 3 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)

3. 5. 4 G. 721 ADPCM编译码器

3. 6 G. 722 SB-ADPCM编译码器

3. 6. 1 子带编码(SBC)

3. 6. 2 子带-自适应差分脉冲编码调制(SB-ADPCM)

3. 7 线性预测编码(LPC)的概念

3. 8 GSM编译码器简介

练习与思考题

参考文献和站点

第4章 无损数据压缩

4. 1 香农-范诺与霍夫曼编码

4. 1. l 香农-范诺编码

4. 1. 2 霍夫曼编码

4. 2 算术编码

4. 3 RLE编码

4. 4 词典编码

4. 4. 1 词典编码的思想

4. 4. 2 LZ77算法

4. 4. 3 LZSS算法

4. 4. 4 LZ78算法

4 4. 5 LZW算法

练习与思考题

参考文献和站点

第5章 彩色数字图像基础

5. l 视觉系统对颜色的感知

5. 2 图像的颜色模型

5. 2. l 显示彩色图像用RGB相加混色模型

5. 2. 2 打印彩色图像用CMY相减混色模型

5. 3 图像的三个基本属性

5. 3. l 分辨率

5. 3. 2 像素深度

5. 3. 3 真彩色. 伪彩色与直接色

5. 4 图像的种类

5. 4. l 矢量图与点位图

5. 4. 2 灰度图与彩色图

5. 5 r(伽马)校正

5. 5. l r的概念

5. 5. 2 y校正

5. 6 JPEG压缩编码

5. 6. 1 JPEG算法概要

5. 6. 2 JPEG算法的主要计算步骤

5. 6. 3 应用JPEG算法举例

5. 7 图像文件格式

5. 7. 1 BMP文件格式

5. 7. 2 GIF文件格式

5. 7. 3 JPEG格式

5. 7. 4 PNG格式

5. 8 图像文件后缀-览表

练习与思考题

参考文献和站点

第6章 颜色的度量体系

6. l 颜色科学简史

6. 2 描述颜色的几个术语

6. 2. l 什么是颜色

6. 2. 2 色调

6. 2. 3 饱和度

6. 2. 4 亮度

6. 2. 5 颜色空间

6. 3 颜色的度量体系

6. 4 Munsell颜色系统

6. 5 Ostwald颜色系统

6. 6 CIE颜色系统

6. 6. l 颜色科学史上的两次重要会议

6. 6. 2 CIE 1931 RGB

6. 6. 3 CIE 1931 XYZ

6. 6. 4 CIE 1931 xyY

6. 6. 5 CIE 1960 YUV和CIE YU'V'

6. 6. G CIE 1976LUV

6. 6. 7 CIE 1976LAB

6. 6. 8 CIELUV LCh和CIELABLCh

练习与思考题

参考文献和站点

第7章 颜色空间变换

7. 1 该用什么颜色空间

7. 1. l 颜色空间的分类问题

7. 1. 2 颜色空间的变换问题

7. 1. 3 什么颜色空间适合我

7. 2 计算机图形颜色空间

7. 2. 1 RGB, CMY和CMYK

7. 2. 2 HSV和RGB

7. 2. 3 HSL/HSB和RGB

7. 2. 4 HSI和RGB

7. 3 设备无关的颜色空间

7. 3. 1 CIE XYZ和CIELAB

7. 3. 2 CIE XYZ和CIELUV

7. 3. 3 CIE XYZ和RGB, BT. 601, BT. 709

7. 4 电视系统颜色空间

7. 4. l 电视系统的颜色空间

7. 4. 2 European Y'U'V'

7. 4. 3 American Y'l'Q'

7. 4. 4 SMPTE-C RGB

7. 4. 5 ITU-R BT. 601 Y'ChCr

7. 4. 6 ITU-R BT. 709 Y'CbCr

自20世纪90年代开始, 美国. 加拿大和欧洲等许多**大学都纷纷开设了多媒体技术方面的课程. 为配合教学改革, 积极采用现代教育技术, 提高学生的主动性. 创造性和各方面的能力, 在1998 1999学年的秋季学期, 清华大学计算机科学与技术系面向全校研究生试行开设了“多媒体技术基础与应用”网上课程, 并于1999一2000学年的秋季学期作为正式的网上课程面向全校开放. 为利用网上教材便于更新的特点, 本课程中文部分的教学材料一直放在网上. 任何感兴趣的读者都可以免费访问和下载. 尽管如此, 还是收到许多读者发来的邮件, 要求把电子版教材转换成传统形式的书面教材. 为满足这个愿望, 本教材就是在网上教材的基础上改编而成的.

一. 增加六章新内容

本教材第1版的内容于1999年定稿, 2000年8月第1次印刷. 由于多媒体技术发展迅速, 自1999年以来网上教学材料已经多次更新和补充. 根据*近几年的教学和科研实践, 笔者对第1版的书面教材做了删改, 选择了*近几年更新和补充的部分教学材料, 经过改编作为第2版教材. 第2版教材保留了第l版教材中的大部分内容, 删除了第1版教材中的第6章“图像文件格式”的大部分内容和第19章“使用Javascript”, 但它们的电子版将继留在教学站点上. 第2版教材增加了6章, 三个方面的内容.

颜色科学方面的两章:颜色的度量体系和颜色空间变换. 颜色科学基础对理解和开发多媒体技术有很大帮助. 例如, 理解和开发图形. 图像和电视技术都需要有比较系统和深入的颜色科学基础. 在基于图像内容检索方面, 颜色是一个非常重要的特征.

小波技术方面的两章:小波与小波变换和小波图像编码. 小波分析是近十几年才发展起来并迅速应用到图像处理和语音分析等众多领域的一种数学工具, 是继110多年前的傅立叶(Joseph Fourier)分析之后的又一个重大突破, 无论是对古老的自然学科还是对高新技术应用学科都产生厂强烈冲击.

Web语言方面的两章:可扩展标记语言(XML)和可扩展超文本标记语言(XHTML). XML是万维网协会( W3C)**的一个开放标准, 是构造Web上的文档和数据的通用格式, 它有着越来越广泛的应用前景. XHTML是用XML重写的HTML版本, 是新一代的Web标准. 这些标准将为日益增长的多媒体网络应用. 多媒体移动通信和多媒体电子出版业等产生深远的影响.

二. 教材的组织结构

为保持多媒体技术基础课程内容的完整性, 第2版教材仍由多媒体计算. 多媒体存储. 多媒体应用和内容编辑语言等四个相对独立的模块组成:(l)多媒体的表示和计算共9章(第2~13章), 主要介绍声音. 图像和数字电视媒体的基本知识和编码方法. (2)多媒体的存储共3章(第14~16章), 主要介绍CD和DVD存储器的存储原理和多媒体在存储器中的存放格式. (3)多媒体网络应用共4章(第17~20章), 主要介绍多媒体网络应用的特点. 因特网. 多目标广播和多媒体通信系统的基础知识. (4)多媒体内容编辑语言(第21~23章), 主要介绍超文本标记语言( HTML). 可扩展标记语言(XML)和可扩展超文本标记语言(XHTML)的基础知识.

第1~23章后面都有思考题和练习题. 这是为帮助读者加深对基础知识的理解而设计的, 答案都可在书本中找到. 第2~23章后面都有参考文献和站点. 列出它们有两个目的:(1)表示在编写本教材时参考过他们的文章和访问过他们的站点. (2)更重要的是为读者提供进一步的学习指南. 然向, 书上提供的网址有可能发生变化, 这是很自然的.

三. 教材的使用建议

多媒体技术是一门新兴的计算机应用学科, 多媒体技术课程是一门比较新的课程. 许多兄弟院校在课程建设方面都有很多很好的经验值得借鉴. 在学习他们成功经验的基础上, 通过近几年的教学实践, 为使用和打算使用本教材的老师和同学提出如下建议供参考.

1. 有所教有所不教

在编写本教材过程中笔者已经注意到, 国外有些信息技术学院从人大学到研究生毕业每年都开设有内容不同. 深浅不同的多媒体课程, 既有广度又有深度. 考虑到我们目前的多媒体课程教学计划(如果有的话也)只安排在一个学期内, 面对内容多而不浅的多媒体技术, 教师应该采用有所教有所不教的策略, 学生应该采用有所学有所不学的策略.

本教材由四个相对独立的模块组成, 如果把每一个模块都展开, 那就相当于厚厚的几本书. 因此不一定在一个学期里把本教材的内容全部教完, 可针对任课教师自己的兴趣和专年. 学生已有的基础和专业方向等情况, 有的放矢地选择其中的部分内容. 对于不作为**的教学内容, 如果有需要, 学生自己就会主动去钻研.

2. 教材作为参考书

对于信息技术课程的教材来说, 写进书面教材的内容通常是比较成熟的. 即使刚刚出版的教材, 其内容也不见得新. 大学教材不是产品的说明书, 也不是产品的使用手册, 其主要内容应该是多媒体的基本原理和技术. 据我观察, 许多大学的多媒体课程内容是当前*新的技术, 教师都有自己编写的教学提纲和材料, 而把正式出版的教科书列为必要的参考材料加以**. 这不是说书面教材不重要, 而是用通过教授新技术来带动基本原理的学习. 其结果是学的内容先进, 学的基础扎实.

本教材并23章, 比较系统地介绍多媒体技术的基本理论. 笔者有意使本教材覆盖多方面的重要技术, 努力选取相对比较新和实用的技术, 力图对多媒体技术原理解释清楚和准确. 因此可把手教材作为多媒体技术课程的起点, 在此基础上教授*新的技术.

3. 用课程设计驱动

凡任课教师都知道, 教一本书不等于开设一门课程. 为更好地激励学生学习基础理论的积极性, 设计了两个课程设计供背景不同的学生选用, 以此带动技术基础的学习.

(1)具有中等难度的“多媒体网页设计与制作”. 其目的主要是培养学生熟练地使用多媒体计算机和网络未获取知识. 汗展科学研究和国内外学术交流的技能. 该设计要求使用Web开发了具和多媒体制作软件来完成. 对于暂时没有网络环境的学校也完全可以采用.

(2)“使用MATLAB语言实现小波图像分解与重构”. MATLAB(Matrix Laboratory)是当今国际公认的***的数学软件之一, 在多媒体计算和其他领域中, 其强大的功能越来越受到广大师生和科技工作者的青睐. 安排该课程设计的目的主要是为了理解小波变换的原理和应用, 同时也让学生自己去学会一种新的数学工具, 培养学生的科学研究能力. 虽然现用的这个课程设计内容显得比较简单, 但可根据学生的程度提高难度.

4. 用评估系统引导

评估系统是一个无形的指挥棒, 可以引导学生的学习方向. 教授本教材是“多媒体技术与应用”课程中的一个部分, 而课程设计是本课程的另一个重要组成部分. 因此该课程的评估原则上采用“基础知识书面开卷考试约占50%, 课程设计约占50%”的方法, 但对不同专业的学生拟在评估标准或者在所占分数的比例上加以调整.

四. 衷心感谢

衷心感谢谢霄艳在攻读硕士学位期间为本课程编写和出版了《多媒体技术基础实验指南》, 感谢她为开设“多媒体技术基础与应用”网上课程所做出的重要贡献, 衷心感谢张磊博士和我们课题组的其他博士生与研究生为本教材所做的贡献, 衷心感谢使用本教材的梅传军等老师和学生给予我们热情的鼓励和提出的宝贵建议.

特别感谢中国科学院院士张线教授和实验室领导的直接指导, 没有他们在各方面的支持是不可能编写这本教材的.

林福宗

清华大学计算机科学与技术系

能技术与系统****实验室

电子邮件地址:linfz@mail. tsinghua. edu. cn

2002年7月15日

为配合教学改革, 积极采用现代教育技术, 提高学生的主动性. 创造性和各方面的能力, 在1998一1999学年的秋季学期, 计算机科学与技术系面向全校研究生试行开设了“多媒体技术基础与应用”课程, 并于1999一2000学年的秋季学期作为正式的网上课程面向全校开放. 本教材即是在此基础上编写而成的. 本教材的大纲是在参考美国. 加拿大和欧洲的多所大学*近几年在因特网上有关多媒体课程的教学大纲的基础上拟定的.

本教材的内容由以下4个部分组成:

**部分多媒体的计算(第1~10章):主要介绍声音. 图像和数字电视媒体的基本知识和压缩编码的方法.

第二部分多媒体的存储(第11~13章):主要介绍CD和DVD存储器的存储原理和多媒体在存储器中的存放格式.

第三部分多媒体网络应用(第14~17章):主要介绍多媒体网络应用的特点. 因特网. 多目标广播和多媒体通信系统的基础知识.

第四部分多媒体网反编辑语言(第18~19章):主要介绍超文本标记语言(HTML)和JavaScript清言的使用.

本教材的每章后面都有“练习与思考题”和“参考文献和站点”. 此外, 为更好地理解教材中所介绍的内容, 还为同学设计了一个有中等难度的作业——多媒体网页设计与制作, 以培养学生熟练地使用多媒体计算机和网络来获取知识. 开展科学研究和国内外学术交流的技能.

“多媒体网页设计与制作”要求使用因特网开发工具来完成, 对于暂时没有网络环境的读者也完全可以做. 在20世纪90年代中期, 多媒体制作主要围绕光盘存储器, 大多数多媒体编辑工具也是围绕这个目的开发的. 但随着网络技术的飞速发展, 多媒体制作需要从以光盘为**转向以网络为**, 这是一个方向. 制作的多媒体内容不仅可以在网络上传输, 而且也可以牙储在光盘上. 如果把极其宝贵的资源按照过去的方式做在光盘上, 也许还要花费大量的人力和物力制作网络版的多媒体内容.

本课程的评估方法原则上采用“基础知识书面考试约占50%十多媒体网负设计与制作约占50%”. 对于不同专业的学生, 拟在评估标准或在所占分数的比例上加以调整.

在编写本教材的过程中, 虽然阅读了大量的文献资料, 也曾做过许多具体的实际工作, 但本书的内容仅仅是根据当前的认识水平选定的. 本教材共有19章, 当然它不可能包罗万象, 有些读者需要的内容可能没有反映在教材中, 而有些读者已经熟悉的内容又可能出现在教材中. 按需选用是很自然的事, 现在干什么都要按需. 虽然对本教材作了几次修改和补充, 但总觉得还有很多要修改和补充的地方, 留下很多的遗憾. 衷心希望读者不吝惜自己的智慧, 提出宝贵的批评和建议.

衷心感谢中国科学院院士张钹教授的指导和支持. 还要感谢为开设“多媒体技术基础与应用”课程做出过努力的老师和学生.

林福宗

2000年1月20日

本教材的内容参考了美国、加拿大和欧洲等**大学有关多媒体课程的教学大纲之后拟定的。在第1版的基础上,删改了部分章节,增加了小坡变换、颜色科学、XML和HTML方面的内容。为保持多媒体技术基础课程内容的完整性,本教材仍由4个部分组成:①多媒体的表示和计算(第2~13章),主要介绍声音、图像和数字电现媒体的基本知识和编码方法。②多媒体的存储(第14~16章),主要介绍CD和DVI)存储器的存储原理和多媒体在存储器中的存放格式。③多媒体网络应用(第17~20章),主要介绍多媒体网络应用的特点、因特网、多目标广播和多媒体通信系统的基础知识。④多媒体内容编辑语言(第21~23章),主要介绍超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)和可扩展超文本标记语言的基础知识。每章后面附有“思考和练习题”,第2章~第23章后面还附有“参考文献和站点”。