數字媒體技術及相關應用

余濤濤

武漢輕工大學數學與計算機學院，湖北武漢，430023

數字媒體技術及相關應用

余濤濤

武漢輕工大學數學與計算機學院，湖北武漢，430023

數字媒體在大學中屬于一門工學學科門類，但是它的應用領域很廣，可以認為是一門交叉學科。因為它不但涉及到計算機方面有關知識——計算機的軟件使用、數據的數字化處理，而且涉及到傳媒藝術方面相關知識。本文文主要對數字媒體在計算機方面的相關技術以及其未來發展趨勢作簡要探討。

數字媒體；數字媒體技術；數字媒體研究內容；數字媒體發展趨勢

數字媒體是以信息數字化技術為根據，依據當今藝術與信息傳播理論，將信息傳播技術應用到社會中各個方面的一門新興的綜合交叉學科。數字媒體的形式非常多，有文字、圖像、音視頻、動畫等。數字媒體采用數字化處理的形式，即信息的采納、存取、處理過程基本用數字形式處理。隨著網絡技術的發展與應用，數字媒體在人們的日常中不可或缺。數字媒體分為感覺媒體 (Perception)、表示媒體 (Presentation)、顯示媒體 (Display)、存儲媒體(Storage)和傳輸媒體(Transmission)等。

1 數字媒體及數字媒體技術

1.1 數字媒體的概念

在《數字媒體技術發展白皮書》中，國家相關部門已經簡單的介紹了什么是數字媒體：數字媒體是將信息進行數字化，再以網絡以及各種電子設備為主要傳播載體，將數字化的信息發放給接受者的整個過程。數字媒體具有數字化、交互性、多樣性、趣味性、集成性、技術與藝術融合這些特征。

1.2 數字媒體的分類

感覺媒體(Perception)是指直接作用于人的感官（多指視覺、聽覺），從而能使人產生直接感覺的媒體。比如文字、聲音、圖形、圖像、視頻等。在計算機的多媒體信息技術中，媒體一般指感覺媒體。

表示媒體（Presentation）是人為研究出來的，傳送感覺媒體的一種媒體，借助這一媒體，我們可以更加方便地存儲、傳送數據。常見的表示媒體有語言編碼、條形碼、語言編碼、圖象編碼以及文本編碼。

顯示媒體（Display），是一種用來顯示感覺媒體的工具，用于通訓中，使電信號和感覺媒體進行轉換。顯示媒體分為兩類：輸入顯示媒體（如話筒、錄音筆、攝像機）、輸出顯示媒體（如揚聲器、顯示器、打印機）。

存儲媒體（Storage）即存放感覺媒體數字化后的代碼的媒體稱為存儲媒體。將感覺媒體數字化后，需要一些工具來存放，以便使用。簡單的說，存儲媒體指的是存放某種感覺媒體的工具。例如紙張、紙帶、磁帶、磁盤、光盤等。

傳輸媒體 (Transmission)即用于傳輸數字化之后的某些媒體的工具。常見的傳輸媒體有絞線、電纜、光纖等。

1.3 數字媒體技術的概念

數字媒體技術是指用計算機技術來編輯文字、聲音、圖像、視頻等媒體信息的一種軟技術，其包括實現數字媒體（通常指感覺媒體）的表示、儲存、編輯、傳送、管理等各個環節。使用數字媒體技術可以使抽象的信息具體化，以便于人們的感知、管理和傳播。數字媒體技術通常可分為數字媒體表示技術、存儲技術、顯示應用技術和管理技術等。

2 數字媒體技術研究的主要內容

2.1 數字信息獲取與輸出技術

2.1.1 圖像獲取與處理

通常意義上的的圖像獲取指的是，使用某種技術將物體變成圖像的整個過程。而在多媒體技術中，圖像獲取指的是將目標通過圖像獲取設備轉化成數字圖像信息的整個過程。其目的是為了能在計算機上對圖像進行后期處理。計算機圖形技術以其快速、準確、規范的優點，成為計算機輔助設計的重要內容。計算機圖形技術包含圖像處理、模式識別和計算機圖形學。圖像處理研究對圖像的大小變化、壓縮存儲等。模式識別主要研究如何從圖像中分辨出其中內容。計算機圖形學則是使用算法將圖形轉化為顯示器支持形式的科學。

2.1.2 聲音采集與處理

聲音采集與處理是指采集聲音的模擬信號，再將模擬信號通過相關進行處理，轉化為數字音頻信號。當前主要的數字音頻壓縮編碼技術主要有三種：

一是基于音頻數據的統計特性進行編碼，波形編碼是其中常用的編碼技術，其目標是使重建語音波形與原波形的形狀一樣，不能產生變形。

二是基于音頻的聲學參數進行編碼，這樣在減少數據的情況下，還可以使新音頻與舊音頻特性一樣。

三是基于人的聽覺特性進行編碼，這張編碼壓縮率較高，并且符合人的聽覺系統，較為友善，在日常的數碼產品中應用廣泛。

2.1.3 人機交互

人機交互，是一門研究系統與用戶之間的信息交流處理的學科。其中系統是指種種機器以及計算機化的系統和軟件。人機交互界面則是指其中與用戶操作有關的部分。為了用戶與系統交流、操作更加方便，需要人機交互界面非常良好、友善。人機交互技術順應而生。

2.1.4 三維顯示技術

即虛擬現實技術。虛擬現實技術是指利用計算機技術進行仿真模擬。虛擬現實技術涉及仿真技術、計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術網絡技術等多種技術，是一門交叉性的前沿學科，在當前研究領域十分火熱。

虛擬現實技術(VR)通常由計算機生成的一個或多個實時動態三維立體圖像來模擬環境，通過視覺、聽覺、力覺、運動乃至是嗅覺和味覺等感知來與參與者互動，而與參與者的互動信息由計算機進行處理，并對用戶的要求作出實時響應，并用傳感設備反饋到用戶的五官。

2.2 數字信息存儲技術

數字媒體對象不光數據量及多，還具有并發性和實時性的特點，所以數字媒體對設備的功能的要求非常高。而數字媒體的相關需求使得存儲技術、傳輸技術的進展火速，產品儲容量和速度日新月異，而硬件技術的高速進步反過來刺激了數字媒體技術及其應用的發展。

2.3 數字傳播技術/數字通訊技術

多媒體數據的分布性十分廣，并且經常需要多部計算機進行協同工作，計算機網絡上的數據傳播技術十分重要，信息咨詢、教育培訓、醫療服務、軍事指揮等多種應用都需要基于網絡的多媒體數據傳輸。近些年來，網絡通信技術發展十分迅速，多媒體網絡系統逐步建立，多媒體通信也得到實現，并普遍用于遠程會議、電子郵箱、網絡教學、遠程醫療診斷和電子出版等方面。

多媒體應用系統的最大難題是對巨大的多媒體信息數據所進行的采集、存儲、傳輸，特別是許多情況下還得對其進行實時處理。一般的計算機是無法勝任這個工作。因此，為了使多媒體技術在現實生活中得到廣泛的應用，需要解決這個問題。當前主要有兩種解決手段：

一種是積極地開發、采用新的技術手段增加設備的存儲容量和通訊帶寬，比如CD．ROM、可擦寫光盤系統以及云儲存技術。事實上，光盤、移動硬盤已成為當前用戶在多媒體外部存儲設備上的首要選擇，而進幾年發展起來的云儲存這種技術也在網絡得到了應用；

另一種方法就是對數據進行有效的壓縮，即對圖像、視頻和音頻等數據進行壓縮，這種方法不但可以解決大數據量的存儲問題，還可以有效的解決傳輸頻帶寬度不足的問題?？梢哉f沒有數據壓縮技術的發展，就沒有多媒體技術在現實中的應用。

2.4 多媒體管理系統

當前社會上及大多數人都采用多媒體操作系統這種工具來管理自己的多媒體數據。多媒體操作系統必須滿足多媒體技術的要求，并能在不同硬件平臺工作。目前，采用較多的是對已有PC機和工作站的操作系統進行改造，來解決這個問題，在保證實時性的同時滿足多媒體計算機功能模型的要求，如果操作系統無實時性功能，那么即使硬件速度再快也不是一個合格的多媒體計算機系統。同時，操作系統為了滿足實際多媒體應用問題的要求，還必須支持多媒體計算機的多媒體計算功能模型，例如PC機上的Windows系列操作系統從Windows-xp、Windows-7、Windows-8直到Windows-10的多媒體功能就在不斷地增強。

多媒體系統軟件的重點是音頻視頻子系統和內部核心程序的設計。研究多媒體系統軟件核心是一關鍵技術，該技術可以使計算機對聲、文、圖等多媒體信息進行混合處理，并解決多媒體信息的時空同步問題。在這方面，美國Commodore公司為其Amiga系統研究的Amiga操作系統以及著作語言Amiga Vision，Philips和Sony公司開發CD--RTOS，Intel／IBM公司開發的AVSS以及AVK等，都是多媒體系統軟件核心的典型例子。

2.5 數據庫技術

在處理結構化數據如文字、數值等信息媒體方面，傳統數據庫管理系統已獲得巨大成功。但是，在當今應用領域中存在著大量的聲音、圖像等信息媒體，傳統的數據庫管理系統難以處理，因此能夠支撐多媒體應用領域的多媒體數據庫應運而生。計算機以數據庫的形式儲存著多種靠外設錄入計算機的多媒體信息，多媒體數據庫系統以適當的邏輯結構把各種多媒體信息集成為一體，除了能管理傳統的數值、文字、邏輯型數據外，還能管理音頻、視頻、圖像等新型多媒體信息。

多媒體數據庫系統管理媒體信息，需要解決媒體信息的錄入、存儲和輸出等問題，例如為了使計算機能處理音頻，必須解決音頻的收集技術、音頻的壓縮還原技術、音頻的數據庫存儲技術、音頻的播放技術等技術難題。因此，多媒體數據庫技術也是多媒體技術的重要組成部分。

數據對象、數據對象的說明以及對象相關聯的方法是多媒體數據的3個組成部分。由于多媒體數據的類型、表示方式各不相同，當用數據庫技術支持多媒體應用時，需要將各種多媒體數據對象的固有特性映射成相應的表示形式。由于不同對象的表示形式、存取方式、繪制方法等各不相同，因此多媒體數據庫還應包括處理不同對象的相關方法庫。為了數據對象的組合、分解和變換等操作方便。此外，為了方便數據對象的管理，多媒體數據庫應與方法庫的方法密切相關，并建立一個數據對象的描述，以確定二次數據對象的屬性。

3 數字媒體技術主要應用領域與發展趨勢

3.1 主要應用領域

計算機涉及到當今社會的各個方面，各行各業都離不開計算機，而多媒體技術的發展使得這一情況更加突出。多媒體系統不僅涉及到傳統的計算機本來的各應用領域，也涉及到了其他產業（消費性電子產品、通信、傳播、出版、商業廣告及購物、文化娛樂、各種設計領域）。今天的各類軟件都或多或少地加入了多媒體元素，各行各業使用多媒體節目的頻率也越來越多，而DVD播放設備、電視點播服務也使得多媒體進入了平民百姓的日常生活之中?？偟膩碚f，多媒體技術已成功地應用于以下的幾個主要領域：

3.1.1 信息咨詢服務領域

在信息咨詢服務系統方面，國內主要應用在飯店、旅游、房地產及產品展示等行業，信息咨詢系統具體包括有賓館酒店查詢系統、旅游信息咨詢系統、展品信息查詢系統、實時交通信息查詢系統、圖書情報檢索系統、房地產交易咨詢系統等。

3.1.2 教育服務領域

多媒體教學、網絡教學、遠程教學等向世人說明了多媒體在教育教學工作中的重要性。多媒體計算機輔助教學(CAI)在教育上給人類開拓了一個嶄新的領域，CAI的界面更為豐富多彩，極大地改善了單一文字教學的局面，做到聲、文、圖并茂。多媒體教學可以讓人看到豐富的教學資源，看到悅目娛心的背景圖像，看到形象生動的動畫演示，增強了學習興趣，提高了學習效果。多媒體技術可以通對用戶的感官進行刺激，提高了學習效果，其效果以往的教學方法所無法比擬的。

3.1.3 聲像編輯領域

多媒體聲像編輯包括用多媒體計算機制作電視節目、動畫片、廣告性電影、電視劇、聲像藝術作品和CD多媒體節目等。多媒體聲像編輯系統可以存儲聲像等多媒體信息，編輯、回放這些信息，重排其次序，增刪其內容等，最后形成一個多媒體文檔、報告或出版物。

專業的聲像藝術作品包括影片剪接、文本編排、音響、畫面等特殊效果的制作等?，F在通過多媒體系統使業余愛好者也有機會制作出許多本來只有專業人員才能夠設計的聲像藝術品。而專業藝術家則可以通過多媒體系統的幫助，增進其作品的品質，制作出更好的作品。

多媒體技術在新聞技術中也得到了應用。隨著科學技術的發展，多媒體技術與新聞技術結合在一起，形成了多媒體新聞。與電視新聞等傳統新聞技術比，它的品質更高，更加生動活潑，更加真實感強，也具有更高的新聞時效性，更好的可選擇性、可重復性。

多媒體技術在電視監控工程中同樣得到了應用。用多媒體計算機的有關的軟件獲取、播放、錄制監控現場的視頻圖像、聲音，并進行實時警報。有的還使用了視頻圖像監控。例如這個監視系統：以一幅正常圖像為基準，一旦新獲取的圖像與正常圖像比較有一定程度的差異，表明此處有異常發生，系統可以立即發出報警信息，讓工作人員立刻進行處理。

3.1.4 娛樂領域

運動模擬系統、虛擬現實游戲、大屏幕電影和游戲(基于交互式的聲音視覺支持)都是在娛樂中應用多媒體技術的例子。與傳統的TV或電影相比，它們更能提供讓人投入的娛樂感受。在家電方面，多媒體娛樂系統，包括卡拉OK、立體聲音響、錄像和放像系統、家庭應用系統等，已經得到了用戶的接受。而多媒體計算機游戲和網絡游能使游戲者通過與計算機的交互或互動身臨其境、進入角色，達到更好的娛樂效果，故大受歡迎。此外，數字照/攝像機和數字電視的到來，為人類的娛樂生活開創一個新局面。

3.1.5 多媒體網絡通信領域

多媒體通信也是多媒體技術的在現實中的應用。Intemet的高速發展，使得以多媒體數據通信、網絡銀行、遠程會議、網絡教學、電視節目點播為代表的多媒體網絡通信系統得到廣泛應用。人們在網上可以方便地瀏覽各種信息資源，查閱各種信息資料，收發電子郵件，打IP電話，進行網上購物、網上辦公、網上學習、娛樂、聊天交友等，“秀才不出門，便知天下事”不在是什么難事。多媒體網絡通信的發展對人類生活、學習和工作產生了深刻影響，人們已經無法離開多媒體網絡通信。

3.2 發展趨勢

多媒體技術的發展日新月異，但總的來說，多媒體技術正朝一下兩個方面發展：一是與網絡的聯系與依靠更加緊密，二是多媒體終端更加智能，并且各個終端走向統一的趨勢更加明顯。進入21世紀后，由于技術的進步，特別是信息化步伐加快，進入信息化社會不可避免。而這種轉變過程，不僅僅是技術的轉變，還是思想的轉變，更是一個實踐推動的過程。數字化技術將我們的日常工作帶入了一個新的領域，讓人們可以用更快的速度處理文件，以更快的節奏進行工作，因特網就是在這種情況下，不知不覺地改變了我們的生活。

從目前的計算機技術以及多媒體技術的發展情況來看，數字化社會將會在不久的將來實現。如今，移動通訊業務的各種多媒體實現，使得人們對數字多媒體芯片技術的要求越來越高，而在未來的3C時代，各種電子化裝置的多媒體將不會像現在一樣的多，而是會進一步合一，人們對數字多媒體芯片技術的性能也會越來越重視，因此數字多媒體芯片技術是多媒體技術革命中的重點。

4 結語

多媒體技術的發展可以推動計算機、社會的發展。正確掌握多媒體技術發展不僅是科研人員的主要任務，也是我們因該關注的重點，它對應用多媒體技術和推動市場開發有著極大的好處。隨著多媒體技術的發展，概念認識的“啟蒙”階段已經過去，許多人已了解了多媒體技術的主要涵義，并對其概念和應用有了初步認識。同時，在社會中規范化的多媒體研究體系已初步形成。多媒體技術正朝著更友善的人機交互，以及更大的規模、更多的人使用的信息存取服務，并為人類創造出一個在更完美的未來的方向上發展。

[1]林琳.從游戲神話電視劇的發展看中國數字媒體技術的進步——以《仙劍奇俠傳》電視劇和游戲系列為依據[J].影視制作.2013(04):79-83.

[2]陳治光.首屆“中國北京數字內容創新發展高峰論壇”成功舉行[J].科技潮.2007(10):32.

余濤濤/1994年生/男/湖北陽新人/本科/研究方向為數字媒體技術