多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)1.多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可行性(1)多媒體視頻信號存在空間冗余和時間冗余。(2)人眼對圖像的細(xì)節(jié)分辨率、運(yùn)動分辨率和對比度分辨率的感覺都存在著一定的界限。２.多媒體數(shù)據(jù)壓縮辦法(1)熵編碼具體內(nèi)容熵編碼在解壓縮過程中重新構(gòu)造出與原始數(shù)據(jù)完全一致的數(shù)據(jù)，因此是一種無損壓縮辦法。它把已壓縮的數(shù)據(jù)流看做是簡樸的數(shù)字序列，而無視該數(shù)據(jù)的語義，因此熵編碼合用于不考慮其本身具體特點(diǎn)的媒體。(2)源編碼具體內(nèi)容源編碼用于把原始數(shù)據(jù)中的有關(guān)數(shù)據(jù)與不有關(guān)數(shù)據(jù)分開的場合。該辦法要考慮原始數(shù)據(jù)的語義，通過消除不有關(guān)數(shù)據(jù)以達(dá)成對初始數(shù)據(jù)流的壓縮。源編碼經(jīng)常是有損辦法，其原始數(shù)據(jù)流與已編碼的數(shù)據(jù)流相似但不相似。(3)混合編碼具體內(nèi)容混合編碼是熵編碼和源編碼技術(shù)的組合，普通是幾個不同的熵編碼和源編碼技術(shù)組織在一起構(gòu)成一種新的混合編碼辦法。3.多媒體數(shù)據(jù)國際原則(1)H.261具體內(nèi)容由CCITT（國標(biāo)電報電話咨詢委員會）通過的用于音視頻服務(wù)的視頻編碼解碼器，重要合用于視頻電話和視頻電視會議。它使用一幀中的有損壓縮和用于幀間壓縮的無損編碼兩種類型的壓縮，并在此基礎(chǔ)上使編碼器采用帶有運(yùn)動預(yù)計的DCT（離散余弦變換）和DPCM的混合方式。2)JPEG具體內(nèi)容JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）聯(lián)合圖像專家組，是一種基于DCT（離散余弦變換）的靜止圖像壓縮和解壓縮算法，它由ISO（國際原則化組織）和CCITT（國標(biāo)電報電話咨詢委員會）共同制訂，并在1992年后被廣泛采納后成為國際原則。用于持續(xù)色調(diào)、多級灰度、彩色/單色靜態(tài)圖像壓縮(3)混合編碼具體內(nèi)容MPEG是MovingPicturesExpertsGroup（動態(tài)圖像專家組）的英文所寫，事實(shí)上是指一組由ITU和ISO制訂公布的視頻、音頻數(shù)據(jù)的壓縮原則。涉及MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)（視音頻同時）三個部分。MPEG壓縮原則是針對運(yùn)動圖像而設(shè)計的，基本辦法是：在單位時間內(nèi)采集并保存第一幀信息，然后就只存儲其它幀相對于第一幀發(fā)生變化的部分，以達(dá)成壓縮的目的。在多媒體數(shù)據(jù)壓縮原則中，較多采用MPEG系列原則，涉及MPEG－1、2、4。流媒體技術(shù)及應(yīng)用1．流媒體技術(shù)原理(1)流媒體的概念內(nèi)容擴(kuò)展流媒體是一種能夠使音頻、視頻和動畫等多媒體文獻(xiàn)能在Internet及Intranet上以實(shí)時的、無需下載等待的方式進(jìn)行播放的技術(shù)。(2)核心技術(shù)－壓縮編碼技術(shù)內(nèi)容擴(kuò)展壓縮編碼技術(shù)是流媒體技術(shù)體系中的核心技術(shù)。壓縮編碼的基本原理是采用一定的編碼方式，將文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)構(gòu)造進(jìn)行重組。首先去掉某些重復(fù)或占而不用的空間，以達(dá)成減小文獻(xiàn)尺寸的目的；另首先，將分成壓縮包，形成數(shù)據(jù)流，將原有的多媒體文獻(xiàn)轉(zhuǎn)化為含有流格式的流媒體。(3)流式傳輸過程內(nèi)容擴(kuò)展將文獻(xiàn)分成某些小片段，當(dāng)顧客端發(fā)出請求后，由服務(wù)器向顧客持續(xù)、實(shí)時傳送這些小片段，顧客端運(yùn)用解壓設(shè)備（播放器）對壓縮過的文獻(xiàn)解壓后進(jìn)行播放和觀看。傳輸時遵照下列網(wǎng)絡(luò)合同：•實(shí)時傳輸合同RTP(Real-timeTransportProtocol)：RTP是用于Internet/Intranet針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸合同。•實(shí)時傳輸控制合同RTCP(Real-timeTransportControlProtocol)：和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。•實(shí)時流合同RTSP(Real-timeStreamingProtocol)：實(shí)時流合同RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的，該合同定義了一對多應(yīng)用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。•資源預(yù)訂合同RSVP：由于音頻和視頻數(shù)據(jù)流比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的延時更敏感，要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻信息，除帶寬規(guī)定之外，還需其它更多的條件。RSVP是Internet上的資源預(yù)訂合同，使用RSVP預(yù)留一部分網(wǎng)絡(luò)資源（即帶寬），能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。(4)流媒體系統(tǒng)的構(gòu)成內(nèi)容擴(kuò)展流媒體系統(tǒng)涉及下列五個方面的內(nèi)容：•編碼工具：用于創(chuàng)立、捕獲和編輯多媒體數(shù)據(jù)，形成流媒體格式•流媒體數(shù)據(jù)•服務(wù)器：寄存和控制流媒體的數(shù)據(jù)•網(wǎng)絡(luò)：適合多媒體傳輸合同甚至是實(shí)時傳輸合同的網(wǎng)絡(luò)•播放器：供客戶端瀏覽器流媒體文獻(xiàn)2.流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用方案流媒體技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的最大奉獻(xiàn)是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上實(shí)時內(nèi)容的同時傳輸和播放，從而可建立教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間實(shí)時交互的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。(1)實(shí)時同時教學(xué)方式的實(shí)現(xiàn)(2)異步教學(xué)方式流媒體技術(shù)綜述1概述流媒體(StreamingMedia)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時次序地傳輸和播放視/音頻等多媒體內(nèi)容的持續(xù)時基數(shù)據(jù)流，流媒體技術(shù)涉及流媒體數(shù)據(jù)采集、視/音頻編解碼、存儲、傳輸、播放等領(lǐng)域。普通來說，流包含兩種含義，廣義上的流是使音頻和視頻形成穩(wěn)定和持續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、辦法和合同的總稱，我們習(xí)慣上稱之為流媒體系統(tǒng)；而狹義上的流是相對于傳統(tǒng)的下載－回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，它能從Internet上獲取音頻和視頻等持續(xù)的多媒體流，客戶能夠邊接受邊播放，使時延大大減少。在網(wǎng)絡(luò)上傳輸多媒體信息重要有兩種方式:下載和流式傳輸。下載方式是傳統(tǒng)的傳輸方式，指在播放之前,顧客下載多媒體文獻(xiàn)至本地,普通這類文獻(xiàn)容量較大,根據(jù)現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)帶寬條件,需要較長時間,并且對本地的存儲容量也有一定的規(guī)定,這就限制了PDA等低存儲容量設(shè)備的使用。流式傳輸則把多媒體信息通過服務(wù)器向顧客實(shí)時地提供,采用這種方式時,顧客不必等到整個文獻(xiàn)全部下載完畢,而只需通過幾秒或幾十秒的啟動時延即可播放,之后，客戶端邊接受數(shù)據(jù)邊播放。與下載方式相比,流式傳輸含有明顯的優(yōu)點(diǎn)：首先大大地縮短了啟動延時,同時也減少了對緩存容量的需求；另首先，又能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場直播形式的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，這是下載等方式無法實(shí)現(xiàn)的，同時有助于保護(hù)多媒體數(shù)據(jù)的著作權(quán)。2流媒體技術(shù)2.1緩存技術(shù)Internet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，實(shí)時A/V源或存儲的A/V文獻(xiàn)在傳輸中被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，各個包選擇的路由可能不盡相似，故達(dá)成客戶端的時間延遲也就不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包有可能后到。為此，使用緩存系統(tǒng)來彌補(bǔ)延遲和抖動的影響，并確保數(shù)據(jù)包的次序?qū)Φ?，從而使媒體數(shù)據(jù)能持續(xù)輸出，而不會由于網(wǎng)絡(luò)臨時擁塞使播放出現(xiàn)停止。普通高速緩存所需容量并不大，由于高速緩存使用環(huán)形鏈表構(gòu)造來存儲數(shù)據(jù)，通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，流能夠重新運(yùn)用空出的高速緩存空間來緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。2.2流媒體傳輸流程流媒體的具體傳輸流程以下：（1）Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,方便把需要傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來。（2）用HTTP從Web服務(wù)器檢索有關(guān)數(shù)據(jù)，A/V播放器進(jìn)行初始化。（3）從Web服務(wù)器檢索出來的有關(guān)服務(wù)器的地址定位A/V服務(wù)器。（4）A/V播放器與A/V服務(wù)器之間交換A/V傳輸所需要的實(shí)時控制合同。（5）一旦A/V數(shù)據(jù)達(dá)成客戶端,A/V播放器就能夠播放了。2.3媒體系統(tǒng)構(gòu)造現(xiàn)存流媒體解決方案采用的技術(shù)是多樣的，但其體系構(gòu)造的本質(zhì)是相近的。流媒體的體系構(gòu)成：①編碼工具：用于創(chuàng)立、捕獲和編輯多媒體數(shù)據(jù)，形成流媒體格式；②流媒體數(shù)據(jù)；③服務(wù)器：寄存和控制流媒體的數(shù)據(jù)；④網(wǎng)絡(luò)：適合多媒體傳輸合同甚至實(shí)時傳輸合同的網(wǎng)絡(luò)；⑤播放器：供客戶端瀏覽流媒體文獻(xiàn)（普通是獨(dú)立的播放器和ActiveX方式的插件）。2.4流媒體傳輸合同流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要適宜的傳輸合同。TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，普通采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時多媒體數(shù)據(jù)。（1）實(shí)時傳輸合同RTP與RTCPRTP是用于Internet/Intranet針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸合同。RTP被定義為在一對一或一對多傳輸?shù)臓顩r下工作，其目的是提供時間信息和實(shí)現(xiàn)流同時。RTP普通使用UDP來傳送數(shù)據(jù)，但RTP也能夠在TCP或ATM等其它合同上工作。當(dāng)應(yīng)用程序開始一種RTP會話時將使用兩個端口：一種給RTP，一種給RTCP。RTP本身并不能為按次序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTCP和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時數(shù)據(jù)。（2）實(shí)時流合同RTSP實(shí)時流合同RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的，該合同定義了一對多應(yīng)用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系構(gòu)造上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完畢數(shù)據(jù)傳輸。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。HTTP請求由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器作出響應(yīng)；使用RTSP時，客戶機(jī)和服務(wù)器都能夠發(fā)出請求，即RTSP能夠是雙向的。（3）資源預(yù)訂合同RSVP由于音頻和視頻數(shù)據(jù)流比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的延時更敏感，要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸高質(zhì)量的音頻、視頻信息，除帶寬規(guī)定之外，還需其它更多的條件。RSVP是Internet上的資源預(yù)訂合同，使用RSVP預(yù)留一部分網(wǎng)絡(luò)資源（即帶寬），能在一定程度上為流媒體的傳輸提供QoS。3流媒體發(fā)呈現(xiàn)狀I(lǐng)nternet/Intranet上使用較多的流媒體技術(shù)重要有RealNetworks公司的RealSystem，Microsoft公司的WindowsMediaTechnology和Apple公司的QuickTime，它們是流媒體傳輸系統(tǒng)的主流技術(shù)，在這里介紹前兩種。3.1RealSystemRealSystem由媒體內(nèi)容制作工具RealProducer、服務(wù)器端RealServer、客戶端軟件（ClientSoftware）3部分構(gòu)成，其流媒體文獻(xiàn)涉及RealAudio，RealVideo，RealPresentation和RealFlash4類文獻(xiàn)，分別用于傳送不同的文獻(xiàn)。RealSystem采用SureStream技術(shù)，自動地并持續(xù)地調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流的流量以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中的多個不同網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，輕松實(shí)現(xiàn)視音頻和三維動畫的回放。Real流式文獻(xiàn)采用RealProducer軟件進(jìn)行制作，首先把源文獻(xiàn)或?qū)崟r輸入變?yōu)榱魇轿墨I(xiàn)，再把流式文獻(xiàn)傳輸?shù)椒?wù)器上供顧客點(diǎn)播。由于RealSystem的技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，美國在線（AOL），ABC，AT&T，Sony等公司和網(wǎng)上重要電臺都使用RealSystem向世界各地傳送實(shí)時影音媒體信息以及實(shí)時的音樂廣播。3.2WindowsMediaTechnologyWindowsMediaTechnology是Microsoft提出的信息流式播放方案，旨在Internet和Intranet上實(shí)現(xiàn)涉及音頻、視頻信息在內(nèi)的多媒體流信息的傳輸。其核心是ASF（AdvancedStreamFormat）文獻(xiàn)，ASF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息的數(shù)據(jù)格式，通過分成一種個的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在Internet上傳輸，實(shí)現(xiàn)流式多媒體內(nèi)容公布，因此，我們把在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膬?nèi)容就稱為ASFStream。ASF支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式，并能夠使用任何一種底層網(wǎng)絡(luò)傳輸合同，含有很大的靈活性。WindowsMediaTechnology由MediaTools，MediaServer和MediaPlayer工具構(gòu)成。MediaTools是整個方案的重要構(gòu)成部分，它提供了一系列的工具協(xié)助顧客生成ASF格式的多媒體流（涉及實(shí)時生成的多媒體流）；MediaServer能夠確保文獻(xiàn)的保密性，不被下載，并使每個使用者都能以最佳的影片品質(zhì)瀏覽網(wǎng)頁，同時含有多個文獻(xiàn)公布形式和監(jiān)控管理功效；MediaPlayer則提供強(qiáng)大的流信息的播放功效。流媒體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)電臺、視頻點(diǎn)播、收費(fèi)播放等，在公司一級的應(yīng)用涉及電子商務(wù)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、視頻會議、客戶支持等。3.3流媒體技術(shù)在國內(nèi)的現(xiàn)狀在國內(nèi)，流媒體技術(shù)在國外成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大應(yīng)用，諸如網(wǎng)上現(xiàn)場直播、網(wǎng)上教育系統(tǒng)、網(wǎng)上手術(shù)數(shù)字化直播系統(tǒng)等，他們的體系構(gòu)造是類似的。4結(jié)束語流媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用在多媒體新聞公布、網(wǎng)上演示、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、實(shí)時視頻會議等互聯(lián)網(wǎng)的信息服務(wù)領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展決定了流媒體市場的廣闊前景，流媒體技術(shù)的應(yīng)用將為網(wǎng)絡(luò)信息交流帶來革命性的變化，對人們的工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。(岑斌,肖剛,程振波,周濤明摘自中國有線電視)多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是指把文字、音頻、視頻、圖形、圖像、動畫等多媒體信息通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化采集、獲取、壓縮/解壓縮、編輯、存儲等加工解決，再以單獨(dú)或合成形式體現(xiàn)出來的一體化技術(shù)。無損壓縮無損壓縮指壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮還原得到的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)完全相似。有損壓縮有損壓縮指壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮還原得到的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)不完全相似。流媒體流媒體是一種能夠使音頻、視頻和動畫等多媒體文獻(xiàn)能在Internet及Intranet上以實(shí)時的、無需下載等待的方式進(jìn)行播放的技術(shù)。流式傳輸方式流式傳輸方式是將多媒體文獻(xiàn)通過特殊的壓縮方式分成一種個壓縮包，并附加上與其傳輸有關(guān)的信息，形成實(shí)時數(shù)據(jù)流，由視頻服務(wù)器向顧客計算機(jī)持續(xù)、實(shí)時傳送。多媒體教學(xué)應(yīng)注意的問題1.多媒體教學(xué)應(yīng)含有教學(xué)的必要性我們應(yīng)糾正認(rèn)為只有在教學(xué)過程中使用了多媒體計算機(jī)，才算得上是當(dāng)代化的教學(xué)法的錯誤觀念，如果生搬硬套多媒體計算機(jī)輔助教學(xué)，把本無必要的課堂教學(xué)也非用不可，成果一定是達(dá)不到應(yīng)有的效果。如在多媒體教學(xué)中存在一種很普遍的現(xiàn)象，即教師把所要講的課堂內(nèi)容的提綱呈現(xiàn)在大屏幕上，然后坐在話筒前開始上課，整個教學(xué)過程中始終保持著這種“在會議上作報告”的形式，這樣形式的多媒體教學(xué)的效果如何，是可想而知的。因此，我們要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際需要，充足發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，使之有助于突出教學(xué)重點(diǎn)，突出教學(xué)難點(diǎn)。這是多媒體教學(xué)的精髓所在。2.運(yùn)用多媒體進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容要適量運(yùn)用多媒體呈現(xiàn)信息量的速度快，教師容易不自覺地加緊課堂教學(xué)速度，無視與學(xué)生思維節(jié)奏的合拍。如果學(xué)生在這種快速的教學(xué)中思維跟不上教師的解說，或信息呈現(xiàn)的速度無法完整地做筆記，則會影響學(xué)生對所學(xué)知識的復(fù)習(xí)和鞏固。如果傳輸知識的時間短于學(xué)生對其感知的時間，則是節(jié)奏過快，會造成學(xué)生感知的不充足，理解就不深刻，不透徹，從而對教材內(nèi)容產(chǎn)生的疑問不停增加，最后失去學(xué)習(xí)的愛好。反之，如果節(jié)奏過慢會造成學(xué)生的情緒松散，由于求知欲不能得到滿足，同樣會失去學(xué)習(xí)的愛好。多媒體呈現(xiàn)的容量也大，這就容易加大課堂練習(xí)，多媒體成了替代教師向?qū)W生灌輸知識的機(jī)器，變“人灌”為“機(jī)灌”，甚至“人機(jī)共灌”。把學(xué)生當(dāng)作接受信息的容器。因此運(yùn)用多媒體教學(xué)一定要做到內(nèi)容適量，使學(xué)生有理解和記憶所學(xué)知識的余地。充足發(fā)揮多個媒體的本身優(yōu)勢每一種媒體都有本身的優(yōu)點(diǎn)，對某種特定的教學(xué)和學(xué)習(xí)有效，不存在一種到處合用的全能媒體。同樣，每種媒體又不可避免地存在局限性，不利于某些教學(xué)和學(xué)習(xí)。只有在某些特定的教學(xué)情境中，一種媒體會比另一種媒體更有效。另外，還要從實(shí)際出發(fā)，考慮效益性，盡量以最小的代價獲得最佳的效果。由于多媒體設(shè)備與傳統(tǒng)比較，價格仍是比較昂貴，因此，多媒體既不是一種全能的媒體，也不可能替代傳統(tǒng)媒體。當(dāng)代媒體與傳統(tǒng)媒體在教學(xué)中應(yīng)互相補(bǔ)充，取長補(bǔ)短。不能只一味追求高檔，特別避免出現(xiàn)高級設(shè)備低效益的現(xiàn)象出現(xiàn)。發(fā)揮多媒體設(shè)備效用的對策1.辦法上引導(dǎo)，提高教師運(yùn)用技能新事物總有新面孔，即使是一臺帶