| 出版日期：1997-10-27 总期号：681 本年期号：41 |
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多媒体的发展与现状
董剑利 时宁国 在当今信息社会，以多媒体为代表的信息技术和信息产业的发展和应用对人类社会产生的影响和作用愈来愈明显，愈来愈重要。多媒体的发展和应用，极大地推动了诸多工业的相互渗透和飞速发展，逐步改变了整个人类社会的工作结构和生活方式。可毫不夸张地说，多媒体产业的形成和发展，将不仅引起计算机工业的一次革命，也将影响人类社会发生一场巨大的变革。 在世界许多发达和发展中国家，对多媒体技术的研究和应用以及多媒体产业的形成和发展十分重视，投入了大量的人力、物力和财力，试图拥有先进的多媒体信息技术和庞大的多媒体产业市场尽快推动本民族工业、经济和科学技术的飞速发展。如近年来信息高速公路、计算机数字通信和大众媒体传播等领域的迅猛发展和统一对于促进了一个国家，乃至整个人类社会的发展已起到了里程碑的作用。 本专题主要介绍和探讨了多媒体的发展与现状，多媒体数据的压缩与标准化，多媒体计算机硬件平台的配置与实现，集成化多媒体软件开发环境的研究与实现，较完整地介绍了整个多媒体技术研究和应用，多媒体产业形成和发展中所涉及的重点课题。 80年代多媒体技术的迅速崛起和飞速发展，使之成为计算机领域里的一棵奇葩，令世人注目。进入九十年代，多媒体技术的应用和多媒体产品的开发，更是如火如荼，成为当今信息社会人类竞争和论战的主战场已是日趋明朗。人们把多媒体技术称之为继纸张印刷术、电报电话、广播电视、计算机之后，人类处理信息手段的一次大飞跃，是计算机技术的又一次革命。毫无疑问，多媒体技术的发展和应用已经逐步并最终完全改变人类社会的生活与工作方式，推动许多产业的变革和发展，并将导致现有产业结构的调整。计算机、通信、大众传播、影视娱乐等将走向大同，形成影响整个人类社会的多媒体产业，已不是专家们的预测，而是人们已看到的事实。 现今，多媒体一词不仅在计算机和科技界广为流传，而且在报刊杂志以及大众媒体上也随处可见，可谓家喻户晓，妇孺皆知。近年来，在名目繁多的计算机和影视工业产品展览会上，多媒体展品可以说是琳琅满目、丰富多彩、格外引人注目。如在世界计算机界最有影响的美国计算机大展comdex上，仅多媒体展台占去多一半；而一次多媒体国际学术会议竟有数万人参加。由此可见，多媒体的发展浪潮已是席卷全球，规模浩大，盛况空前。毋须多言，人类社会的今天是多媒体的世界，人类社会的明天将是多媒体的天堂。 多媒体为什么好似一夜之间流行全球，最重要的原因有二：一是多媒体是人类可以直接接受的最为全面和最为丰富的信息资源，对于推动当今高度发达和文明社会的飞速发展起着重要的主导地位，因而社会需求多媒体。二是随着计算机和影视工业以及通讯、数据处理等技术的成熟，为多媒体产业的发展提供了坚实的基础，并伴随着现代计算机、影视工业和娱乐行业的相互渗透和走向大同，多媒体的发展也就成为现代科技发展的必然产物。 一、多媒体基本概念及其特性 好似一夜春风来，千树万数梨花开，用这一诗句形容多媒体的蓬勃发展和丰富多彩可谓恰如其分。多媒体成了脍炙人口的时髦词，是社会高度发展和文明的象征。那么，何为多媒体？它的特性和作用是什么？这些是首当其冲要搞清的基本概念。 要弄清什么是“多媒体（multimedia）”，首先要知道什么是“媒体（media）”。媒体在计算机领域有两种含义：一是指用以存储信息的实体，如磁带、磁盘、光盘和半导体等存储器；一是指信息的载体，如数字、文本、声音、图形、图象等。多媒体技术中的媒体是指后者。关于“多媒体”概念的标准定义还没有统一，到目前为止仍是众说纷纭，但仅从字面上理解“多媒体就是多种媒体的综合”，而多媒体技术也就是“怎样进行多种媒体综合的技术了”。这个定义道出了多媒体的实质，但有些太笼统。较为确切的定义是：多媒体是数字、文字、声音、图形、图象和动画等各种媒体的有机组合，并与先进的计算机、通信和广播电视技术相结合，形成一个可组织、存储、操纵和控制多媒体信息的集成环境和交互系统。由此可见，“多媒体”这个术语即指信息表示媒体的多样化，又包括了传播、处理和使用多媒体的各种技术和方法。从狭义上讲，它是指人类社会用计算机或类似设备交互处理和应用多媒体信息的方法和手段；从广义上讲，则指的是一个领域或多媒体产业。除了解多媒体的定义外，最重要的是应该了解多媒体的关键特性———多样性、交互性和集成性。 信息载体的多样性是多媒体的主要特征之一，也是多媒体研究需要解决关键问题。信息载体的多样化是相对计算机而言的，指的就是信息媒体的多样化。把计算机所能处理的信息空间范围扩展和放大，而不在局限于数值、文本或特殊对待的图形和图象，这是计算机变得更加人类化所必须的条件。人类对于信息的接收和产生主要在五个感觉空间内：视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉，其中前三种占了95％的信息量。借助于这些多感觉形式的信息交流，人类对于信息的处理可以说是得心应手。然而计算机以及与之相类似的设备都远远没有达到人类的水平，在信息交互方面与人的感官空间就相差更远。多媒体就是要把机器处理的信息多维化，通过信息的捕获、处理与展现，使之交互过程中具有更加广阔和更加自由的空间，满足人类感官空间全方位的多媒体信息需求。 多媒体的第二个关键特性是交互性。它将向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段和方法，同时也为应用开辟了更加广阔的领域。交互可做到自由地控制和干预信息的处理，增加对信息的注意力和理解，延长信息的保留时间。当交互性引入时，活动（activity）本身作为一种媒体便介入了信息转变为知识的过程。借助于“活动”，我们可以获得更多的信息。如在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面都取得了巨大的成功。媒体信息的简单检索与显示，是多媒体的初级交互应用；通过交互特性使用户介入到信息的活动过程中，才达到了交互应用的中级水平；当用户完全进入到一个与信息环境一体化的虚拟信息空间自由遨游时，这才是交互应用的高级阶段，这有待于虚拟现实或临境（virtualreality）技术的进一步研究和发展。 多媒体的集成性应该说是在系统级上的一次飞跃。早期多媒体中的各项技术和产品几乎都是由不同厂商根据不同的方法和环境开发研制出来的，基本上只能单一、零散和孤立地被使用，在能力和性能上很难满足用户日益增强的信息处理需求。但当它们在多媒体的旗帜下大会师时，一方面意味着技术已经发展到相当成熟的程度，一方面也意味着各自独立的发展不再能满足应用的需要。信息空间的不完整，开发工具的不可协作性，信息交互的单调性等都将严重地制约和限制着多媒体系统的全面发展。因此，多媒体的集成性主要表现在两个方面：多媒体信息的集成和操作这些媒体信息的工具和设备的集成。对于前者而言，各种信息媒体应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，以便媒体的充分共享和操作使用是非常重要的。多媒体的各种处理工具和设备集成，强调了与多媒体相关的各种硬件的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，目的是提高多媒体软件的生产力。 二、多媒体的发展 自80年代以来，多媒体技术的飞速发展受到世人的注目，尤其是进入90年代。它作为产业特征的发展日趋兴旺。首先值得一提的是1984年apple公司推出的macintosh机器引入了位图（bitmap）的概念并使用图符（icon）作为与用户的接口。在这个基础上进一步发展，特别是在1987年8月引入了“超卡（hypercard）”之后，使macintosh机成为使用方便、能处理多种媒体信息的计算机，从而使它成为当时唯一能与ibmpc分庭抗礼之势。 1986年3月，philips和sony联合推出了交互式紧凑光盘系统cd—i（compactdiscinteractive）。该系统把各种多媒体信息以数字化的形式存储在容量为650m的只读光盘上，用户可通过交互的方式来播放光盘中的内容。 1987年3月，rca公司推出了交互式数字视频系统dvi（digitalvideointeractive）它以计算机技术为基础，用标准光盘来存储和检索静止图象，活动图象，声音和其它非常规数据。几经转让，dvi技术最终落脚于intel公司。1989年3月，intel宣布将把dvi技术开发成一种可以普及的商品，包括把他们研制的dvi芯片装在ibmps／2上。dvi系统曾在1991年美国计算机大展上荣获“comdex91”最佳奖。 随着多媒体技术的发展，为建立相应的标准，1990年11月由philips等14家厂商组成的多媒体市场协会应运而生，今后要用mpc这个标志，就要遵守这个协会所定的技术规范。mpc标准的第一个层次是在一台10mhz286at的基础上增加硬盘和cd—rom而诞生，但不久又将这个标准升级为16mhz的386sx。1991年第六届国际多媒体和cd—rom大会上宣布的扩展结构系统cd—rom／xa，主要是弥补原有标准在音频方面的缺陷。1993年推出的第二层次的mpc标准包括全活动的视频图象，并将音频信号数字化时的采样量化标准提高到16位。 随后，多媒体的关键技术标准———数据压缩标准也相继制定。静态图象压缩标准jpeg（jointphotographicexpertsgroup）成为iso／iec的10918标准。1994年11月动态视频压缩标准mpeg（motionpictureexpertsgroup）—1成为国际标准，经过扩充和完善后，mpeg—2标准也被确认。 随着多媒体各种标准的制定和应用，极大地推动了多媒体产业的发展。现在，很多多媒体标准和实现方法（如jpeg、mpeg等）已被做到芯片级，并作为成熟的商品投入市场。与此同时，涉及到多媒体领域的各种软件系统及工具，也象雨后春笋，层出不穷。这些既解决了多媒体发展过程必须解决的难题，又对多媒体的普及和应用提供了可靠的技术保障，并促使多媒体成为一个产业而迅猛发展。 三、多媒体计算机系统的层次结构 一般而言，多媒体计算机系统的体系结构与其它系统的结构在原则上是相同的，由底层的硬件系统和其上的各层软件系统组成，只是考虑多媒体的特性在系统结构各层次的内容有所不同。图1给出了多媒体系统的层次结构。 多媒体实时压缩和解压层主要负责视频信号和音频信号的快速实时压缩和解压。压缩比和压缩与解压速度以及压缩质量是这个层次的主要技术指标，目前理想的方法常采用以芯片为基础的压缩和解压卡来实现。 输入输出控制及接口层，与一般操作系统的bios类似，它与多媒体的硬件设备打交道，驱动、控制多媒体信息处理设备，并提供软件接口，以便高层次软件调用。 多媒体核心系统层基本上就是多媒体操作系统。由于未来的计算机都要向多媒体计算机方面发展，谁能占领市场，谁就能取得取得主动权。如目前基于x—windows机制的各种操作系统就起到这种作用，并在市场上具有绝对的优势。 创作系统（authoringsystem）层主要是为多媒体应用系统的开发提供集成的开发环境，应包括多媒体开发工具、多媒体数据库和多媒体系统工程的开发方法学，目的是快速有效地支持多媒体信息系统的工业化生产。 应用系统层是整个多媒体计算机层次结构的最高层，主要任务是为多媒体应用提供良好的开发、运行和使用环境。 四、多媒体研究的主要内容 多媒体的研究涉及到诸多技术难题，其中主要有以下几个方面。 1．数据压缩 在多媒体系统中，由于涉及的各种媒体信息主要是非常规数据类型，如图形、图象、视频和音频等，这些数据所需要的存储空间是十分巨大和惊人的。在目前所谓的多媒体计算机（mpc）配置中，所用光盘一般为600mb，而硬盘一般在1g左右；在微机宽带上，ibmpc／at级的总线传输速率仅为150kb／秒；在通信网络上，以太网设计速率为10m位／秒，实际仅能达到其一半以下的水平，大多数远程通信网络的速率都在每秒几兆位以下，而最经济最常用的电话网数据传输速率才有1200—9600bps。因此，为了使多媒体达到实用水平，除了采用新技术手段增加存储空间和通信宽带外，对数据进行有效压缩将是多媒体发展中必须要解决的最关键的技术之一。 然而，值得庆幸的是经过40多年的数据压缩研究，从pcm编码理论开始，到现今成为多媒体数据压缩标准的jpeg和mpeg，已经产生了各种各样针对不同用途的压缩算法、压缩手段和实现这些算法的大规模集成电路或计算机软件，并逐渐趋于成熟，走向市场和应用。但研究还未停止，人们还在继续寻找更加有效的压缩算法，以及更快更好的软硬兼件实现方法。 2．多媒体数据的模型、组织与管理 数据的组织和管理是任何信息系统首当其冲要解决的核心问题。在现代信息社会中，计算机在我们面前堆起了一座座数据大山，但常常苦于没有从这些数据中获取有用信息的方便工具和手段。多媒体的引入，更加剧了这种状况的恶化。 数据量大、种类繁多、关系复杂、超介质性等是多媒体数据的基本特征。以什么样的数据模型表达和模拟这些多媒体信息空间？如何组织存储这些数据？如何管理这些数据？如何操纵和查询这些数据？这是传统数据库系统的能力和方法方法难以胜任的。目前，人们利用面向对象（oo：objectoriented）方法和机制开发了新一代面向对象数据库系统（oodb：objectorienteddatabase），结合超媒体（hypermedia）技术的应用，为多媒体信息的建模、组织和管理提供了非常有效的方法。与此同时，市场上也出现了多媒体数据库管理系统。但是oodb和多媒体数据库的研究还很不成熟，与实际复杂数据的管理和应用要求仍有较大的差距。因而，功能强大的多媒体数据库数据库研究仍是多媒体领域研究的重中之重。 3．多媒体信息的展现与交互 在传统的计算机应用中，因为大多数都采用文本媒体，所以对信息的表达仅仅限于“显示（display）”。在未来的多媒体环境下，各种媒体并存，视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉媒体信息的综合与合成，就不能仅仅用“显示”完成媒体的表现了。各种媒体的时空安排和效应，相互之间的同步和合成效果，相互作用的解释和描述等都是表达信息时所必须考虑的问题。有关信息的这种表达问题统称为“展现（presentation）”。时至今日，尽管影视声响技术广泛应用，但多媒体的时空合成、同步效果，可视化、可听化以及灵活的交互方法等仍是多媒体领域需要研究和解决的棘手问题。4．多媒体通信与分布处理 多媒体通信对多媒体产业的发展、普及和应用有着举足轻重的作用，构成了整个产业发展的关键和瓶颈。在现行使用的通信网络中，如电话网、广播电视网和计算机网络，其传输性能都不能很好地满足多媒体数据数字化通信的需求。从某些意义上讲，现行的数据通信设施和能力严重地制约着多媒体信息产业的发展，因而，多媒体通信一直作整个产业的基础技术来对待。当然，渴望真正解决多媒体通信问题的根本方法，就是有待于当今叫得最响且正在紧锣密鼓实施的“信息高速公路”的最终实现。宽带综合业务数字网（b—isdn）是目前解决这个问题的一个比较完整的方法，其中atm（异步传输模式）是近年来在研究和开发上的一个重要成果。 多媒体的分布处理是一个十分重要的研究课题。因为要想广泛地实现信息共享，计算机网及其在网络上的分布式与协作操作就不可避免。多媒体空间的合理分布和有效的协作操作将极大地缩小个体与群体、局部与全球的工作差距。超越时空限制，充分利用信息，协同合作，相互交流，节约大量的时间和经费等是多媒体信息分布的基本目标。分布式体系结构研究，多媒体的通信、交换和协作操作是目前多媒体工作的重点，还有诸多艰难的路程要走。 5．多媒体的软硬件平台 软件和硬件平台是实现任何系统的物质基础，多媒体系统也不例外。所谓多媒体软硬件平台实际是由开发和应用多媒体系统的各种技术和各类设备组成的有效开发环境。硬件平台主要指的是支撑多媒体系统的各种机器和设备，而软件平台主要指的是支持多媒体系统运行和开发的各类软件和开发工具。 在硬件研究和开发方面，数字视频交换卡dvi和cd—i作为最早的两个典型的视频多媒体接口具有里程碑的意义。但随着硬件技术的飞速发展，各类成熟且广泛应用的多媒体接口卡件与播放和采集设备不断更新换代，为多媒体的发展奠定了坚实的基础。但在硬件的一体化与集成方面仍然还有许多重要的任务有待完成。 在软件方面，与硬件相比就显得相差甚远。不管是支撑多媒体系统的系统软件，还是管理和开发软件，以及多媒体的应用软件都在能力和数量上还难以满足多媒体飞速发展的需要。多媒体软件的缺乏，一直是制约多媒体产业发展的瓶颈问题，已成为多媒体研究和开发关键问题。 6．虚拟现实技术 所谓虚拟现实，就是采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及味觉等感观世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操纵。这个概念包含三层含义：首先，虚拟现实是用计算机生成的一个逼真的实体，“逼真”就是要达到三维视觉、听觉和触觉等效果；其次，用户可以通过人的自然技能（五官与四肢）与这个环境进行交互；最后，虚拟现实往往要借助一些三维传感技术为用户提供一个逼真的操作环境。由此可见，虚拟现实是多媒体发展的更高境界，具有更高层次的集成性和交互性，成为多媒体技术研究中十分活跃的一个领域。 虚拟现实是一种多技术多学科相互渗透和集成的技术，研究难度非常大。但由于它是多媒体应用的高级境界，且应用前景十分看好，而且某些方面的应用甚至远远地超过了这种技术本身的研究价值，这就促使虚拟现实的研究逐年热了起来。虚拟现实研究和应用仅仅才是起步，还有更远更长的路要走。 7．多媒体应用开发 任何技术发展的目的都是为了普及和应用，并试图从中获得巨大的社会与经济效益，多媒体也是如此。多媒体的应用已遍及各个领域，尤其在教育训练、信息服务、数据通信、娱乐、大众媒体传播、广告等方面已显示出强劲的势头。在应用开发方面，最受限制的是缺少一个定义完整的应用开发方法学。采用传统的软件开发方法在多媒体应用领域中成功的很少。多媒体应用的开发会使一些采用不同问题解决方法的人集中到一起，包括计算机人员、音乐创作人员、影视制作人同、心理学与艺术研究人员等，他们的工作方法和思维模式差异较大。对与项目 管理人员来讲，研究和推出一个适应多媒体应用开发的方法学是极为重要的。 五、结束语 多媒体信息产业的发展十分迅猛，前景也十分乐观，是当今世界尤其是发达国家竞争的焦点。特别是进入九十年代以后，不管是发达国家还是发展中国家，都投入了大量的人力、物力和财力，以最大努力而发展多媒体为中心的信息产业，目 的当然是适应和占领日趋重要的信息革命和市场。多媒体产业的发展将极大地改变人类社会的工作和生活结构与模式，甚至会带来一场人类社会的大变革、大革命，这不会为时太远，而是已耳闻目睹到的社会现实和发展趋势。迎接以多媒体产业为主的信息革命是摆在每一国家乃至整个人类面前的艰巨任务，面对这一挑战和机遇，哪一个国家、哪一个民族对此若有清楚的认识、并抓住这一机遇，那么这个民族的腾飞将大有希望，否则将会永远处在一个落后危险的地步。 |
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