多媒体技术基础

本教材的内容参考了美国、加拿大和欧洲等著名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，增加了小波变换、颜色科学、XMI．和XHTML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、图像和数字电视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 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(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。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"。 本教材比较适合大学三年级或者三年级以上的学生使用，也可供具有同等知识水平和能力的读者自学使用。

　　林福宗，1970年毕业于清华大学自动控制系并留校任教，1986 - 1987年在美国做访问学者，之后至今一直在清华大学计算机科学与技术系从事多媒体技术基础的教学与应用研究，现为教授。目前对机器学习和多媒体信息处理感兴趣。共出版图书8本，在国内外期刊和学术会议上共发表文章50多篇，曾获5项部级奖励。

第一部分多媒体的表示和计算第1章多媒体技术概要1
1.1多媒体是交互式信息传播媒体1
1.2多媒体涉及的几个概念2
1.2.1超文本的概念2
1.2.2超媒体的概念3
1.2.3标准通用标记语言(SGML)3
1.2.4超文本标记语言(HTML)5
1.2.5虚拟现实造型语言(VRML)5
1.3多媒体与网络6
1.4多媒体与光盘存储器6
1.5多媒体的技术研究与应用开发7
练习与思考题7第2章数字声音及MIDI简介8
2.1声音与听觉器官8
2.2声音信号数字化9
2.2.1从模拟过渡到数字9
2.2.2模拟信号与数字信号9
2.2.3声音信号数字化9
2.2.4采样频率10
2.2.5采样精度10
2.2.6声音质量与数据率11
2.3声音文件的存储格式11
2.4声音工具12
2.5声音质量的度量14
2.6电子乐器数字接口(MIDI)系统14
2.6.1MIDI简介14
2.6.2频率调制(FM)合成声音15
2.6.3乐音样本合成声音16
2.6.4MIDI系统16
2.6.5MIDI消息19
2.6.6MIDI音序器和标准MIDI文件20
2.6.7合成器的多音调和多音色20
2.6.8通用MIDI(GM)21
练习与思考题21
参考文献和站点22第3章话音编码23
3.1话音编码概要23
3.1.1话音波形的特性23
3.1.2三种话音编译码器25
3.2脉冲编码调制(PCM)29
3.2.1PCM的概念29
3.2.2均匀量化30
3.2.3非均匀量化31
3.2.4μ律压扩31
3.2.5A律压扩31
3.3PCM在通信中的应用32
3.4增量调制与自适应增量调制33
3.4.1增量调制(DM)34
3.4.2自适应增量调制(ADM)35
3.5自适应差分脉冲编码调制35
3.5.1自适应脉冲编码调制(APCM)的概念35
3.5.2差分脉冲编码调制(DPCM)的概念36
3.5.3自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)36
3.5.4G.721 ADPCM编译码器37
3.6G.722 SBADPCM编译码器38
3.6.1子带编码(SBC)38
3.6.2子带自适应差分脉冲编码调制(SBADPCM)40
3.7线性预测编码(LPC)的概念41
3.8GSM编译码器简介42
练习与思考题43
参考文献和站点43第4章无损数据压缩45
4.1香农范诺与霍夫曼编码45
4.1.1香农范诺编码45
4.1.2霍夫曼编码46
4.2算术编码47
4.3RLE编码51
4.4词典编码52
4.4.1词典编码的思想52
4.4.2LZ77算法53
4.4.3LZSS算法54
4.4.4LZ78算法55
4.4.5LZW算法57
练习与思考题61
参考文献和站点62第5章彩色数字图像基础63
5.1视觉系统对颜色的感知63
5.2图像的颜色模型64
5.2.1显示彩色图像用RGB相加混色模型64
5.2.2打印彩色图像用CMY相减混色模型66
5.3图像的三个基本属性67
5.3.1分辨率67
5.3.2像素深度68
5.3.3真彩色、伪彩色与直接色68
5.4图像的种类70
5.4.1矢量图与点位图70
5.4.2灰度图与彩色图70
5.5γ(伽马)校正71
5.5.1γ的概念71
5.5.2γ校正72
5.6JPEG压缩编码73
5.6.1JPEG算法概要73
5.6.2JPEG算法的主要计算步骤74
5.6.3应用JPEG算法举例77
5.7图像文件格式79
5.7.1BMP文件格式79
5.7.2GIF文件格式80
5.7.3JPEG格式81
5.7.4PNG格式82
5.8图像文件后缀一览表84
练习与思考题86
参考文献和站点87第6章颜色的度量体系88
6.1颜色科学简史88
6.2描述颜色的几个术语89
6.2.1什么是颜色89
6.2.2色调90
6.2.3饱和度90
6.2.4亮度91
6.2.5颜色空间92
6.3颜色的度量体系93
6.4Munsell颜色系统94
6.5Ostwald颜色系统95
6.6CIE颜色系统95
6.6.1颜色科学史上的两次重要会议95
6.6.2CIE 1931 RGB96
6.6.3CIE 1931 XYZ98
6.6.4CIE 1931 xyY100
6.6.5CIE 1960 YUV和CIE YU′V′104
6.6.6CIE 1976 LUV104
6.6.7CIE 1976 LAB106
6.6.8CIELUV LCh和CIELAB LCh108
练习与思考题108
参考文献和站点109第7章颜色空间变换110
7.1该用什么颜色空间110
7.1.1颜色空间的分类问题110
7.1.2颜色空间的变换问题111
7.1.3什么颜色空间适合我111
7.2计算机图形颜色空间114
7.2.1RGB，CMY和CMYK114
7.2.2HSV和RGB115
7.2.3HSL/HSB和RGB118
7.2.4HSI和RGB119
7.3设备无关的颜色空间120
7.3.1CIE XYZ和CIELAB120
7.3.2CIE XYZ和CIELUV121
7.3.3CIE XYZ和RGB，BT.601, BT.709122
7.4电视系统颜色空间124
7.4.1电视系统的颜色空间124
7.4.2European Y′U′V′125
7.4.3American Y′I′Q′127
7.4.4SMPTE\|C RGB129
7.4.5ITU\|R BT.601 Y′CbCr130
7.4.6ITU\|R BT.709 Y′CbCr133
7.4.7SMPTE\|240M Y′PbPr136
7.4.8Kodak PhotoYCC颜色空间137
练习与思考题139
参考文献和站点139第8章小波与小波变换140
8.1小波介绍140
8.1.1小波简史140
8.1.2小波概念141
8.1.3小波分析142
8.1.4小波定义148
8.2哈尔函数148
8.2.1哈尔基函数148
8.2.2哈尔小波函数150
8.2.3函数的规范化151
8.2.4哈尔基的结构152
8.3哈尔小波变换152
8.4规范化算法154
8.5二维哈尔小波变换156
8.5.1二维小波变换举例156
8.5.2二维小波变换方法163
练习与思考题165
参考文献和站点165第9章小波图像编码166
9.1从子带编码到小波编码166
9.1.1子带编码166
9.1.2多分辨率分析166
9.1.3滤波器组与多分辨率167
9.1.4从子带编码到小波编码167
9.1.5小波分解图像方法168
9.2失真的度量方法168
9.3EZW编码169
9.3.1介绍169
9.3.2算法170
9.3.3算法举例173
9.4SPIHT编码182
9.4.1介绍182
9.4.2渐进图像的传输182
9.4.3分集排序算法183
9.4.4类型和变量184
9.4.5算法185
9.4.6算法举例186
9.5EBCOT编码简介189
9.5.1介绍189
9.5.2质量层的概念190
9.5.3位速率失真最佳190
9.6JPEG 2000简介191
9.6.1JPEG 2000是什么191
9.6.2JPEG 2000的基本结构191
9.6.3JPEG 2000的主要功能192
练习与思考题193
参考文献和站点193第10章彩色数字电视基础195
10.1彩色电视制式195
10.1.1简介195
10.1.2电视扫描和同步196
10.1.3彩色电视198
10.2彩色电视信号的类型199
10.2.1复合电视信号199
10.2.2分量电视信号199
10.2.3S\|Video信号200
10.3电视图像数字化201
10.3.1数字化的方法201
10.3.2数字化标准201
10.4图像子采样204
10.4.1图像子采样概要204
10.4.24∶4∶4 YCbCr格式204
10.4.34∶2∶2 YCbCr格式205
10.4.44∶1∶1 YCbCr格式205
10.4.54∶2∶0 YCbCr格式206
练习与思考题206
参考文献和站点207第11章MPEG简介208
11.1MPEG是什么208
11.1.1MPEG概述208
11.1.2MPEG文件的创建过程208
11.2MPEG1数字电视标准209
11.3MPEG2数字电视标准210
11.4MPEG4多媒体应用标准213
11.5MPEG7多媒体内容描述接口215
练习与思考题215
参考文献和站点215第12章MPEG声音216
12.1听觉系统的感知特性216
12.1.1对响度的感知216
12.1.2对音高的感知217
12.1.3掩蔽效应217
12.2MPEG Audio与感知特性220
12.3MPEG1 Audio221
12.3.1声音编码221
12.3.2声音的性能222
12.3.3子带编码223
12.3.4多相滤波器组225
12.3.5编码层225
12.4MPEG2 Audio229
12.5MPEG2 AAC230
12.5.1MPEG2 AAC是什么230
12.5.2MPEG2 AAC的配置231
12.5.3MPEG2 AAC的基本模块232
12.6MPEG4 Audio233
12.6.1自然声音233
12.6.2合成声音234
练习与思考题236
参考文献和站点236第13章MPEG电视238
13.1电视图像的数据率238
13.1.1ITUR BT.601标准数据率238
13.1.2VCD电视图像数据率的估算239
13.1.3DVD电视图像数据率的估算239
13.2数据压缩算法239
13.2.1简介239
13.2.2帧内图像I的压缩编码算法240
13.2.3预测图像P的压缩编码算法240
13.2.4双向预测图像B的压缩编码算法244
13.2.5电视图像的结构244
13.3MPEG2的配置和等级245
13.4MPEG4电视图像编码247
13.4.1电视图像对象区的概念247
13.4.2电视图像编码方案248
13.4.3电视图像分辨率可变编码250
13.5HDTV格式251
练习与思考题251
参考文献和站点252
第二部分多媒体的存储第14章只读光盘存储器253
14.1CD简历253
14.1.1CD工业史上的几件大事253
14.1.2CD系列产品254
14.2CD的工作原理255
14.2.1CD盘片结构255
14.2.2CD盘的光道结构255
14.2.3数据是怎样写入到CD盘上的256
14.2.4数据是怎样从CD盘读出的257
14.2.5激光唱盘标准摘要258
14.3CDAudio259
14.3.1采样频率和样本大小259
14.3.2声道数259
14.3.3声音数据的通道编码259
14.3.4CD盘如何批量生产260
14.4DVD简介262
14.5DVD的规格263
14.6DVD的存储容量是怎样提高的264
14.7VCD与DVD播放机的结构266
14.7.1简介266
14.7.2VCD播放机的基本结构267
14.7.3DVD播放机的基本结构268
练习与思考题269
参考文献和站点269第15章光盘存储器的格式270
15.1CD盘上的物理格式270
15.1.1激光唱盘标准——红皮书270
15.1.2CDROM标准——黄皮书273
15.1.3CDROM/XA274
15.1.4CDI标准——绿皮书276
15.1.5CDI Ready格式276
15.1.6CDBridge盘277
15.1.7可录(写)CD盘标准——橙皮书277
15.2CDROM的逻辑格式(ISO 9660)279
15.2.1ISO 9660的重要性279
15.2.2逻辑结构的设计思想280
15.2.3逻辑扇区和逻辑块281
15.2.4文件282
15.2.5目录283
15.2.6路径表284
15.2.7卷285
15.3VCD标准——白皮书288
15.3.1VCD盘的组织288
15.3.2VCD的文件目录结构290
15.3.3MPEGAudio/Video扇区的结构291
练习与思考题292
参考文献和站点292第16章错误检测和校正293
16.1CRC错误检测原理293
16.2RS编码和纠错算法295
16.2.1GF(2m)域295
16.2.2RS的编码算法297
16.2.3RS码的纠错算法299
16.3CIRC纠错技术299
16.3.1交插技术299
16.3.2交叉交插技术300
16.4里德索洛蒙乘积码(RSPC)301
练习与思考题305
参考文献和站点305第三部分多媒体网络应用第17章多媒体网络应用及交换技术306
17.1多媒体网络应用306
17.1.1应用举例306
17.1.2应用分类308
17.1.3应用开发面临的问题308
17.1.4改善服务质量309
17.1.5多媒体网络应用的争论309
17.2因特网上存取声音和电视的方法309
17.2.1通过Web浏览器把声音/电视从Web服务器传送给
媒体播放器310
17.2.2直接把声音/电视从Web服务器传送给媒体播放器310
17.2.3直接把声音/电视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器311
17.2.4媒体播放器的主要功能312
17.3网络上的信息交换技术312
17.3.1概述312
17.3.2线路交换313
17.3.3信息包交换314
17.3.4消息交换与信息包交换315
17.3.5面向连接服务与无连接服务316
17.3.6网络分类318
练习与思考题318
参考文献和站点319第18章因特网与TCP/IP320
18.1因特网320
18.1.1因特网的结构320
18.1.2因特网地址的概念321
18.1.3网际协议地址323
18.1.4域名和域名系统324
18.1.5统一资源地址325
18.2TCP/IP的参考模型326
18.2.1协议层次和协议的概念326
18.2.2TCP/IP和OSI模型327
18.2.3部分网络设备执行的协议329
18.2.4TCP/IP与以太网330
18.3网络应用层协议330
18.3.1网络应用与应用层协议330
18.3.2超文本传送协议(HTTP)332
18.4网络传输层协议337
18.4.1传输层简介337
18.4.2端口号和套接号的概念337
18.4.3用户数据包协议(UDP)339
18.4.4传输控制协议(TCP)340
18.5网络层上的网际协议344
练习与思考题346
参考文献和站点346第19章网际多目标广播简介348
19.1多目标广播的概念348
19.2多目标广播所需要的环境349
19.3多目标广播树的概念350
19.4IP多目标广播的地址和主机组的管理351
19.4.1IP多目标广播的地址351
19.4.2网际主机组管理协议352
19.4.3接收端如何参与多目标广播353
19.5多目标广播路径选择简介353
19.5.1两种基本的路径选择法353
19.5.2密集型多目标广播路由协议354
19.5.3稀疏型多目标广播路由协议358
19.5.4协同工作360
19.6实时传输协议和实时控制协议360
19.6.1RTP简介360
19.6.2RTP信息包标题域362
19.6.3实时传输控制协议363
19.6.4实时流放协议364
19.7资源保留协议364
19.7.1资源保留协议(RSVP)简介365
19.7.2不同种类的接收器365
19.7.3接纳测试367
19.7.4路径消息367
练习与思考题367
参考文献和站点368第20章多媒体通信系统技术370
20.1多媒体通信系统概要370
20.1.1体系结构370
20.1.2网关的功能和结构372
20.1.3会务器的功能和结构374
20.2H.323电视会议377
20.2.1H.323的拓扑结构377
20.2.2H.323终端378
20.2.3H.323网关378
20.2.4H.323会务器379
20.2.5H.323多点控制单元380
20.2.6H.323多点电视会议380
20.2.7H.323协议堆381
20.3H.324可视电话382
20.3.1H.324系列标准382
20.3.2产品类型和预期质量382
20.3.3H.324多媒体系统383
20.3.4H.324多媒体电话终端384
20.3.5H.324多媒体电话终端参考设计385
20.4IP电话385
20.4.1IP电话的概念385
20.4.2IP电话与PSTN电话的技术差别386
20.4.3IP电话的通话方式387
20.4.4IP电话标准388
练习与思考题389
参考文献和站点389
第四部分多媒体内容编辑语言第21章超文本标记语言(HTML)390
21.1HTML文档391
21.1.1Web与HTML391
21.1.2元素和标签的概念391
21.1.3HTML文档的结构392
21.2HTML标签和属性393
21.2.1基本标签393
21.2.2标签的属性400
21.3字符样式400
21.3.1物理样式和逻辑样式400
21.3.2字符实体402
21.4超链接403
21.4.1超链接的概念403
21.4.2文档的相对路径与绝对路径404
21.4.3使用URL404
21.4.4文档内部之间的链接405
21.4.5链接电子邮件程序406
21.4.6链接内联图像407
21.4.7用图像作超链接408
21.4.8用图像作网页的背景408
21.4.9链接外联图像409
21.4.10在文档中链接和嵌入声音文件410
21.4.11在文档中链接和嵌入影视文件411
21.5表格标签和属性412
练习与思考题415
参考文献和站点416第22章可扩展标记语言(XML)417
22.1XML是什么417
22.1.1XML不是标记语言417
22.1.2XML文档什么样418
22.2XML元素418
22.2.1什么是XML元素418
22.2.2XML元素的命名规则419
22.2.3XML元素的特性419
22.2.4XML元素的属性421
22.3XML文档和语法422
22.3.1XML文档的基本结构422
22.3.2XML语法423
22.4XML文档类型425
22.4.1什么是合格XML文档425
22.4.2什么是有效XML文档425
22.5XML与Web浏览器426
22.5.1XML Web浏览器426
22.5.2XML文档显示426
22.5.3XML数据岛428
22.6XML与XSL429
22.6.1HTML样式与CSS429
22.6.2XML样式与XSL430
22.6.3XSL浏览器430
22.6.4用XSLT显示XML文档430
22.6.5XSL元素433
22.6.6XSL在客户机上438
22.6.7XSL在服务机上441
22.7XML与DTD441
22.7.1DTD介绍441
22.7.2内部DTD442
22.7.3外部DTD443
22.8XML名称空间443
22.8.1名称冲突问题443
22.8.2名称空间的属性444
22.8.3默认的名称空间444
22.9XML模板语言445
22.9.1XML模板的目标445
22.9.2XML文档与XML模板445
22.9.3简单型元素的概念448
22.9.4复杂型元素的概念449
练习与思考题450
参考文献和站点451第23章可扩展超文本标记语言(XHTML)452
23.1XHTML是什么452
23.1.1XHTML是什么452
23.1.2XHTML和HTML的差别452
23.2XHTML语法453
23.3XHTML的文档类型定义456
23.3.1XHTML文档结构456
23.3.2三种文档类型定义457
23.4从HTML到XHTML457
23.5XHTML 1.0一览表458
23.5.1XHTML标签458
23.5.2XHTML标签的属性461
23.5.3XHTML事件的属性462
练习与思考题463
参考文献和站点464附录缩略语汇编465