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第1章 多媒体技术概论1

1.1 多媒体的概念1

1.1.1 媒体的分类1

1.1.2 多媒体与多媒体技术2

1.1.3 多媒体的关键特性3

1.2 多媒体技术的发展5

1.2.1 信息载体革命的几个重要里程碑5

1.2.2 媒体传播技术的历史发展与整合7

1.2.3 历史上的多媒体系统9

1.3 信息技术与多媒体技术的当前发展与应用10

1.3.1 新一代信息技术的浪潮推动着智慧城市、数字城市的发展10

1.3.2 多媒体信息处理的革命11

1.3.3 网络与通信技术把人们与信息资源更加紧密地联系在一起13

1.3.4 物联网、移动计算与云计算14

1.3.5 嵌入式多媒体系统无所不在15

1.3.6 网络融合16

1.3.7 可穿戴设备将走进生活16

1.4 多媒体的应用领域17

1.5 多媒体关键技术与发展趋势21

1.5.1 数据存储技术21

1.5.2 多媒体数据压缩编码与解码技术22

1.5.3 虚拟现实技术22

1.5.4 智能多媒体与智能终端24

1.5.5 多媒体信息检索24

第2章 信息论与信号数字化过程26

2.1 信息论与通信模型26

2.1.1 香农与信息论26

2.1.2 信息论发展的3个阶段27

2.1.3 信息论视域下的广义通信模型28

2.1.4 信息论研究的通信系统内容29

2.2 信息的度量30

2.2.1 自信息量30

2.2.2 平均自信息量——信息熵31

2.3 模拟信号与数字信号33

2.3.1 模拟信号33

2.3.2 数字信号35

2.3.3 构建模拟世界与数字世界的桥梁：信号转换器36

2.4 模拟信号的数字化处理的一般过程37

2.4.1 采样38

2.4.2 量化39

2.5 D/A转换——数字信号向模拟信号的转换42

2.5.1 D/A转换器的基本工作原理42

2.5.2 D/A转换器的转换特性42

2.5.3 D/A转换器的分辨率43

第3章 多媒体计算机系统及外部设备44

3.1 计算与计算模型44

3.1.1 探索计算之源44

3.1.2 计算模型与图灵机46

3.1.3 图灵测试47

3.1.4 计算机的基本结构—冯·诺依曼型计算机48

3.1.5 扩展人类的信息器官功能的信息技术50

3.2 多媒体计算机系统52

3.2.1 多媒体计算机系统的层次结构52

3.2.2 多媒体系统的处理器53

3.2.3 主存储器57

3.3 磁存储系统及其工作原理61

3.3.1 磁存储原理61

3.3.2 磁存储系统62

3.4 多媒体显示系统64

3.4.1 显示卡64

3.4.2 液晶显示技术66

3.4.3 3D显示技术68

3.5 多媒体输入设备70

3.5.1 扫描仪70

3.5.2 触摸屏72

3.5.3 数字图像与视频输入设备72

3.6 打印技术73

3.6.1 黑白激光打印机的工作原理74

3.6.2 彩色激光打印机的工作原理75

3.6.3 3D打印技术75

第4章 多媒体光盘存储系统78

4.1 光盘存储系统78

4.1.1 光盘——信息时代的数字化纸张79

4.1.2 光盘的类型81

4.1.3 CD-ROM驱动器的工作原理82

4.1.4 光驱读取光盘的两种方式83

4.2 光盘的标准84

4.2.1 CD-DA标准85

4.2.2 CD-ROM标准85

4.2.3 CD-R标准86

4.2.4 Video-CD86

4.2.5 DVD87

4.2.6 DVD的接班人——蓝光光盘87

4.3 光存储介质的结构与工作原理88

4.3.1 光存储介质的概念88

4.3.2 光盘结构综述88

4.3.3 光盘记录密度及其技术89

4.3.4 CD-R光盘结构与记录信息的原理91

4.3.5 磁光盘记录信息的原理92

4.3.6 相变光盘记录信息的原理93

4.3.7 DVD光盘结构与类型94

4.4 光盘数据编码与光盘生产过程97

4.4.1 光盘数据的编码97

4.4.2 光盘的生产制作过程99

4.5 光盘库与光盘镜像服务器101

4.5.1 光盘库102

4.5.2 光盘镜像服务器103

第5章 多媒体音频信息处理105

5.1 音频信号及其概念105

5.1.1 声音处理技术历史回顾105

5.1.2 声音信号的形式107

5.1.3 模拟音频信号的物理特征107

5.1.4 声音的基本特征109

5.1.5 声音质量的评价110

5.2 模拟音频信号的数字化过程112

5.2.1 采样112

5.2.2 量化113

5.2.3 声音采样与量化过程示例114

5.2.4 编码115

5.2.5 音频编码与MPEG标准116

5.2.6 波形文件的容量计算118

5.3 声卡118

5.3.1 声卡的工作原理118

5.3.2 数字环绕立体声技术121

5.4 音频文件的格式与处理软件122

5.4.1 数字音频的文件格式122

5.4.2 音频制作与处理软件125

5.5 乐器数字接口——MIDI125

5.5.1 什么是MIDI126

5.5.2 MIDI的工作过程127

5.5.3 MIDI系统的组成128

5.5.4 FM与波表合成方式130

5.5.5 GM——标准MIDI乐器排序表131

5.5.6 MIDI音乐创作软件与音序软件132

第6章 数字图像处理技术133

6.1 数字图像处理概述133

6.1.1 廓清数字图像的概念133

6.1.2 图像的数字化135

6.1.3 电磁波谱136

6.1.4 图像感知和获取138

6.1.5 图像的表示139

6.1.6 黑白图像、灰度图像与彩色图像140

6.1.7 颜色深度142

6.1.8 数字图像处理系统142

6.1.9 数字图像处理与其他相关学科的关系143

6.2 数字图像处理的主要研究内容144

6.3 图像的数字化过程147

6.3.1 图像的采样147

6.3.2 图像量化148

6.3.3 图像的编码与压缩150

6.3.4 数码相机的数字化原理与结构150

6.4 图像处理中的色彩学知识153

6.4.1 人眼的视觉系统原理153

6.4.2 认识光与色彩154

6.4.3 色彩的三要素155

6.4.4 色彩模型156

6.4.5 分辨率160

6.5 位图绘画与编辑161

6.5.1 位图绘画与数字化绘图板162

6.5.2 基本绘画工具163

6.5.3 色彩调整165

6.5.4 滤镜166

6.5.5 图层167

6.5.6 通道167

6.5.7 图层蒙版168

6.6 图像文件格式与图像处理软件169

6.6.1 常用图像文件格式169

6.6.2 图像处理软件Adobe Photo-shop171

第7章 计算机图形处理技术173

7.1 计算机图形学概论173

7.1.1 计算机图形学研究的主要内容173

7.1.2 计算机图形处理的基本内容174

7.1.3 二维计算机图形与三维计算机图形175

7.1.4 计算机图形系统的组成与功能175

7.2 计算机图形学的发展与应用177

7.2.1 计算机图形学的发展177

7.2.2 计算机图形学的应用领域178

7.2.3 图形API的两大体系：OpenGL和DirectX180

7.3 三维真实感图形技术182

7.3.1 计算机三维真实感图形技术研究的内容182

7.3.2 计算机三维真实感图形建模183

7.3.3 三维几何造型186

7.3.4 三维实体模型的消隐188

7.3.5 光照模型189

7.3.6 物体表面的纹理192

7.3.7 阴影的生成193

7.4 实时真实感图形学技术194

7.4.1 实时真实感图形学概述194

7.4.2 层次细节显示简化技术195

7.4.3 基于图像的绘制技术196

7.5 矢量绘图与绘图软件198

7.5.1 矢量图198

7.5.2 二维矢量绘图与编辑199

7.5.3 矢量绘图软件204

第8章 多媒体视频信息处理206

8.1 视频基础知识206

8.1.1 视频的定义206

8.1.2 视频数据的结构化207

8.1.3 视频的分类208

8.1.4 数字化视频的特点209

8.2 广播电视信号及其标准210

8.2.1 电视的源起210

8.2.2 电视信号的产生、传输和接收的过程211

8.2.3 广播电视信号制式212

8.2.4 电视视频信号的扫描方式213

8.2.5 YUV与RGB彩色模型213

8.2.6 视频接口标准215

8.3 视频信号的数字化过程218

8.3.1 视频数字化概述218

8.3.2 视频信号的采样219

8.3.3 量化220

8.3.4 数字视频的压缩与编码技术标准221

8.4 数字电视222

8.4.1 数字电视广播系统222

8.4.2 数字电视的特点及提供的服务223

8.4.3 数字电视的广播系统224

8.4.4 数字电视机顶盒225

8.4.5 数字电视标准226

8.5 数字视频文件与数字视频处理软件227

8.5.1 数字视频文件的类型227

8.5.2 数字视频编辑处理软件Premiere229

第9章 计算机动画231

9.1 计算机动画及其发展231

9.1.1 动画的基本概念231

9.1.2 什么是计算机动画234

9.2 计算机动画采用的技术与方法234

9.2.1 关键帧动画234

9.2.2 路径动画235

9.2.3 变形动画236

9.2.4 动力学动画237

9.2.5 粒子动画238

9.2.6 群体动画238

9.2.7 人脸表情动画239

9.2.8 三维扫描技术241

9.3 二维动画制作及其软件241

9.3.1 二维动画的制作过程241

9.3.2 二维动画制作软件243

9.4 三维动画软件及其制作过程245

9.4.1 三维动画的制作过程245

9.4.2 三维动画软件介绍249

9.5 运动捕捉技术与三维计算机动画250

9.5.1 运动捕捉技术概述251

9.5.2 Motion Capture系统的组成251

第10章 数据压缩与编码技术253

10.1 数据压缩与编码技术概述253

10.1.1 数据压缩与编码的基本概念253

10.1.2 信息冗余的几种形式254

10.1.3 数据压缩与编码技术的发展255

10.1.4 多媒体数据压缩的分类256

10.1.5 数据冗余量与压缩率的定义与计算257

10.2 无失真压缩编码259

10.2.1 香农-范诺编码259

10.2.2 哈夫曼编码261

10.2.3 行程编码263

10.2.4 算术编码264

10.3 预测编码268

10.3.1 预测编码的信息基础268

10.3.2 差分脉冲编码269

10.3.3 自适应差分脉冲编码-ADPCM269

10.4 变换编码270

10.4.1 变换编码的基本思想271

10.4.2 离散余弦变换272

10.4.3 小波变换275

10.4.4 小波变换在JPEG 2000图像压缩中的应用276

10.5 其他编码278

10.5.1 LZW编码278

10.5.2 分形编码279

第11章 静态图像压缩标准JPEG282

11.1 JPEG编码的过程282

11.1.1 颜色空间的转换和采样282

11.1.2 DCT变换284

11.1.3 量化286

11.1.4 编码288

11.1.5 JPEG的解码290

11.2 新一代静态图像压缩标准——JPEG 2000292

第12章 数字视频编码标准：MPEG与H.26x295

12.1 视频编码标准概述295

12.1.1 MPEG家族与H.26x家族295

12.1.2 H.26x系列标准与演进296

12.1.3 MPEG系列标准与演进298

12.1.4 视频压缩编码的分类与区别300

12.2 基于第一代视频编码技术的MPEG303

12.2.1 MPEG系统的组成303

12.2.2 MPEG流的分层结构304

12.2.3 MPEG图像的类型306

12.2.4 MPEG的帧序列307

12.2.5 帧间预测编码：运动估计与运动补偿308

12.2.6 块匹配的两种搜索策略310

12.2.7 基于块匹配的运动估计编码器的结构311

12.3 MPEG-4：基于对象的视频编码技术312

12.3.1 MPEG-4的对象313

12.3.2 场景中的音视频对象314

12.3.3 MPEG-4视频编码的数据层次结构315

12.3.4 MPEG-4的关键技术：对象的提取与分割316

12.3.5 VOP视频编码技术317

12.3.6 形状编码318

12.3.7 纹理编码与运动预测和补偿技术319

12.3.8 应用前景320

12.4 基于内容的信息存取与MPEG-7320

12.4.1 MPEG-7概述320

12.4.2 MPEG-7：基于信息内容的搜索引擎321

12.4.3 MPEG-7标准描述子集合的主要概念322

12.4.4 MPEG-7的范围324

12.4.5 CBIR：基于内容的图像检索324

12.4.6 CBIR系统的应用328

12.4.7 基于内容的图像检索特征提取的关键技术331

12.4.8 运用机器学习算法进行关联反馈333

第13章 多媒体通信与网络336

13.1 数据通信的基本原理336

13.1.1 缩短世界的距离——通信与网络技术的历史回顾336

13.1.2 通信系统模型338

13.1.3 数字通信系统中带宽的概念339

13.1.4 基带传输与频带传输340

13.1.5 多路复用技术341

13.1.6 数字通信系统的性能指标342

13.1.7 信道容量与香农定理344

13.2 多媒体通信技术345

13.2.1 多媒体通信的概念346

13.2.2 多媒体网络的特征347

13.2.3 多媒体音视频通信的标准350

13.3 多媒体宽带网络接入方式351

13.3.1 有线接入网351

13.3.2 无线宽带接入技术354

13.3.3 无线城市接入技术357

13.4 移动通信与移动计算359

13.4.1 移动通信技术的发展及应用359

13.4.2 移动计算361

13.5 流媒体技术362

13.5.1 流媒体的概念363

13.5.2 流媒体系统结构及其特性363