第5章计算机的应用.ppt

,计算机导论Fundamentals of Computer Science,中原工学院计算机学院,College of Computer Science&Technology,Zhongyuan University of Technology,Contents,第1章绪论第2章计算机的基础知识第3章计算机的硬件系统第4章计算机的软件系统第5章计算机的应用第6章计算机领域杰出人物及重大事件介绍第7章学习与就业,计算机的应用,第5章,5.1 计算机的应用领域5.2 数据库系统及其应用5.3 多媒体技术及其应用5.4 计算机信息安全技术小结,5.1 计算机的应用领域,计算机技术的应用目前已是无处不在，从我们日常玩电脑游戏到工业控制，再到宇宙飞船上天等等，都应用了计算机，不胜枚举。我国政府从1993年开始先后启动了旨在促进国家信息化建设的一系列的“金”字工程和其它信息化建设工程，主要包括：,5.1 计算机的应用领域,“金桥”工程 即“国家经济信息通信网工程”“金关”工程 又称为“海关联网工程”“金卡”工程 又称为“电子货币工程”“金智”工程 是我国教育、科技信息化建设工程“金税”工程 是国家税务系统的信息化建设工程“金财”工程 即“政府财政管理信息系统”“金贸”工程 是国家为促进我国商品流通领域电子化和信息化而实施的应用工程;“金宏”工程 即“国家宏观经济管理信息系统”建设工程,5.1 计算机的应用领域,“金农”工程 是为加速和推进农业和农村信息化，建立“农业综合管理和服务信息系统”;“金水”工程 即国家水利信息化工程;“金盾”工程 即公安通信网络与计算机信息系统建设工程;“政府上网工程”1999年启动“企业上网工程”2000年启动“家庭上网工程”于2001年启动,5.1 计算机的应用领域5.1.1 计算机在教育中的应用,我们许多人在中小学的学习中都上网查过学习资料，在课堂上听老师用计算机课件上课。但计算机在教育中的应用远远不止这些，1994年就已启动的我国的“金智”工程是我国教育、科技信息化建设工程，其主体部分是“中国教育和科研计算机网示范工程”（CERNET），CERNET是我国第一个由国家投资建设的、全国性教育和学术计算机互联网络，是全国最大的公益性互联网络。,5.1 计算机的应用领域5.1.1 计算机在教育中的应用,计算机在教育中的典型应用有下列方面：（1）计算机辅助教育（2）远程教育（3）计算机教学管理,5.1 计算机的应用领域5.1.2 计算机在商业中的应用,超市中计费结帐用的收银机即是一台普通性能的计算机，这就是计算机在商业中的最普遍的应用。计算机在商业中的另一种典型应用是电子商务，从广义上讲，通过各种电子手段完成交易的方式都属于电子商务。目前电子商务以相当普遍，如网上购物、网上销售等等。,5.1 计算机的应用领域5.1.3 计算机在制造业中的应用,计算机在制造业中的应用主要有：（1）计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）（2）计算机辅助制造（Computer-aided manufacturing，CAM）（3）计算机辅助工艺编制（Computer-Aided Process Planning，CAPP）,5.1 计算机的应用领域5.1.4 计算机在金融和证券中的应用,从异地银行取款这一日常活动中就可以体会到计算机给金融业带来的便利。（1）网上银行（2）证券交易系统（3）外汇交易系统（4）电子货币,5.1 计算机的应用领域5.1.5 计算机在办公自动化中的应用,办公自动化（Office Automation，OA）即利用计算机及其它设备来辅助进行办公。工作人员可以利用各种办公软件来编制计划、撰写报告、制作报表等。,5.1 计算机的应用领域5.1.6 计算机在电子政务中中的应用,电子政务主要是指政府部门利用计算机网络技术来完成相关政务活动，典型的应用就是政府上网（网上政府）。我国在1999年就启动了“政府上网工程”，逐步构建我国的“电子政府”，目前我国绝大部分县级以上政府都建立了政府门户网站，介绍政府信息、收集民众建议、发布政府公告等，部分实现了网上办公、网上审批。,5.1 计算机的应用领域5.1.7 计算机在生物、医学中的应用,计算机在生物和医学中的典型应用有：（1）生物和医学研究（2）高科技医疗（3）医学专家系统（4）计算机辅助药物研究（5）网上疾病查询（6）医院管理,5.1 计算机的应用领域5.1.8 计算机在娱乐中的应用,计算机已广泛渗透到人们的娱乐活动中，从单机版游戏到上千人同时参与的网络游戏，从传统的简单纸牌游戏到复杂的星际战争游戏，形形色色，丰富多彩。,5.1 计算机的应用领域5.1.9 计算机在国防和军事中的应用,世界上第一台数字计算机ENIAC就是美国国防部为了计算导弹弹道而研制的。如今，国防和军事的信息化建设程度是衡量一个国家国防和军事实力的一个重要指标，现代战争模式就是信息战，而计算机则是信息处理的重要工具。,5.1 计算机的应用领域5.1.10 计算机在交通运输业中的应用,计算机在交通运输业中的应用主要包括订票与售票系统、交通监控、交通导航、全球卫星定位系统（Global Position System,GPS）、高速公路收费、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、物流跟踪管理等等。,5.2 数据库系统及其应用,数据是人类活动的重要资源，目前在计算机的各类应用中，用于数据处理的约占80%左右。数据处理是指对数据进行收集、管理、加工、传播等，而其中数据管理是对数据的组织、存储、检索和维护等工作，因此数据管理是数据处理的核心，数据库系统是研究如何妥善地组织、存储和科学地管理数据的计算机系统。数据库技术是计算机科学技术中发展最快、应用最广泛的领域之一。本节主要介绍数据系统的基本概念、SQL语言、常用的数据库系统，及几种新型的数据库系统。,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据库（DataBase，DB）一词早在20世纪50年代就已经提出，经过多年的发展已成为一个计算机科学的一个重要分支。（1）数据库（DataBase，DB）数据库是存储在计算机内的、有组织的、统一管理的相关数据的集合。（2）数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）数据库管理系统是对数据库进行管理的软件。数据库管理系统是位于数据库用户和操作系统之间的一层数据管理软件，为用户提供了访问数据库的各种方法，使用户可以透明地访问数据库，不需要知道数据库的物理组织、存储方式。,1.数据库的基本概念,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（3）数据库系统（DataBase System，DBS）数据库系统是指包含数据库和数据库管理系统的计算机系统。数据库系统通常由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员及用户构成，见图5-1。,1.数据库的基本概念,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据库技术是由数据管理技术不断发展而产生的，数据管理技术的发展经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。（1）人工管理阶段 20世纪50年代以前，计算机主要用于科学计算，外存只有穿孔纸带、卡片、磁带等，没有可以直接存取的磁盘等设备。软件也没有操作系统，没有数据管理软件，数据靠人工管理，数据处理是批处理方式。该阶段的主要特点是数据不长期保存在计算机中，应用程序管理数据，数据不独立于应用程序，应用间不共享数据。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（2）文件系统阶段 20世纪50年代后期到60年代中期，有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备，操作系统中有了专门进行数据管理的功能（称为文件系统），使计算机在信息应用方面得到迅速发展。该阶段的主要特点是数据可以长期保存在外存上重复使用，数据独立于程序，由文件系统来管理数据。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（3）数据库系统阶段 20世纪60年代后期以来，计算机应用日益广泛，数据规模越来越大，出现了大容量磁盘，联机实时处理要求更多，并开始提出和考虑分布处理。文件系统已不能满足数据管理的要求，于是数据库技术便应运而生。数据库技术克服了文件系统的不足，可以对数据进行更有效、方便的管理。该阶段的主要特点是数据结构化，数据的独立性高，数据的共享性高、冗余度低、易扩充，数据由DBMS统一管理和控制，便于使用。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（3）数据库系统阶段,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,从数据库最终用户的角度来看，数据库系统的结构可分为集中式结构（又可分为单用户结构和主从式结构）、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。这是从数据库系统外部看到的体系结构。从数据库管理系统角度来看，数据库系统通常采用三级模式结构：外模式、内模式和概念模式（图5-2）。这是从数据库系统内部看到的体系结构。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（1）外模式 外模式是数据库用户能看到和使用的那部分数据的逻辑结构和特征的描述，是用户的数据视图，也是应用程序与数据库系统之间的接口。用户可以通过数据定义语言和数据操纵语言来定义数据库的结构和对数据库进行操作，只需按所定义的外模式进行操作，无需了解概念模式和内模式的内部细节。由于外模式通常是模式的子集，即一个用户通常只用到数据库中的部分数据，所以外模式通常也称为子模式或用户模式。对应于不同的用户和应用，一个数据库可以有多个不同的外模式。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（2）内模式内模式也称为存储模式，是数据库内部数据物理存储结构的描述，定义了记录的存储结构、索引组织方式、以及数据是否压缩存储和加密等数据控制细节。（3）概念模式概念模式简称为模式，是数据库中整体数据的逻辑结构和特征的描述，包括概念记录类型、记录之间的联系、数据的完整性和安全性约束等数据控制方面的规定等。概念模式是所有用户的公共数据视图。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,我们看到了在三级模式之间还存在外模式/概念模式映像和概念模式/内模式两层映像。对一个数据库系统来说，实际上存在的只是物理级数据库，它是数据访问的基础。概念级数据库不过是物理级数据库的一种抽象描述，用户级数据库是用户和数据库的接口。用户根据子模式进行数据操作，通过子模式到概念模式的映射与概念级数据库联系起来，又通过概念级到存储的映射与物理级联系起来，使用户不必关心数据在计算机中的具体表示方式和存储方式。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（1）外模式/概念模式映像存在于外模式和概念模式之间，它定义了外模式和概念模式之间的对应关系。当数据库的概念模式改变时（如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），而使外模式保持不变。应用程序是依据外模式编写的，所以外模式/概念模式映像使得应用程序不必随着概念模式的改变而修改，保证了数据与应用程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（2）概念模式/内模式映像 实现存在于概念模式和内模式之间，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，例如说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据库的内模式需要改变时（如改变存储结构），只需修改概念模式/内模式映像，使概念模式保持不变，从而使应用程序也不必修改。保证了数据与应用程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。DBMS的中心工作之一，就是完成三级模式之间的两层映像，把用户对数据库的操作具体实现到对物理设备的操作，实现数据与应用程序之间的独立性。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据模型（Data Model）是现实世界数据特征的抽象，即现实世界数据在计算机中的模拟。现有的数据库系统都是基于某种数据模型的。主要有下列四种数据模型：（1）层次模型 层次模型采用树型结构来表示数据库中的记录及其联系。层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，曾得到广泛应用。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（1）层次模型,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（2）网状模型 网状模型使用有向图（网络）来表示数据库中的记录及其联系，可以克服层次模型中表现非树型结构很不直接的缺点。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（3）关系模型关系模型是采用二维表格的形式来表示数据库中的数据及其联系。关系模型是目前最常用的一种数据模型，由IBM公司San Jose研究室的E.F.Codd于1970年首次提出。数据模型基于严格的关系数学理论。一个二维表即表示一个关系（图5-3），数据结构简单、清晰、易用，所以关系模型得到了广泛应用。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（3）关系模型,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（4）面向对象模型是数据库技术与面向对象程序设计技术结合的产物。面向对象模型是用面向对象的观点来描述现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间限制和联系。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（4）面向对象模型是数据库技术与面向对象程序设计技术结合的产物。面向对象模型是用面向对象的观点来描述现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间限制和联系。按照数据库管理系统所采用的数据模型，通常将数据库管理系统划分为层次数据库管理系统、网数据库管理系统、关系数据库管理系统等类型。关系数据库管理系统（Relational DataBase Management System，RDBMS）是目前应用最广的。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,作为发展最快、应用最广泛的学科之一，数据库技术的研究范围非常广泛，大致可以概括为以下几个研究领域：（1）数据库管理软件的研制DBMS是数据库系统的基础，DBMS的研制包括DBMS本身以及以DBMS为核心的相关的软件系统，其目标是提高系统的可用性、可靠性、可伸缩性、性能和效率。,5.数据库技术的研究领域,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,（2）数据库设计数据库设计的主要任务是在DBMS的支持下，按照应用的要求，为某一部门或组织设计一个结构合理、易用、高效的数据库及应用系统。（3）数据库理论由于目前关系数据库管理系统几乎是一统天下，所以数据库理论的研究主要集中于关系的规范化理论、关系数据理论等。,5.数据库技术的研究领域,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,要在庞大的数据库中快速准确地找到需要的数据，需要有效地数据查询技术和工具。SQL语言则是目前关系数据库系统广泛采用的数据查询语言。SQL（结构化查询语言，Structured Query Language）是由SEQUEL（Structured English QUEry Language）改进而来，所以通常将SQL读作sequel。,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,SQL是由Boyce和Chamberlin于1974年提出的，并在IBM研制的System R关系数据库管理系统上实现。1986年，ANSI（美国国家标准局，American National Standards Institute）的数据委员会X3H2批准了SQL作为美国关系数据库语言的标准，1987年ISO（国际标准化组织，International Organization for Standardization）也通过了该标准，使其成为国际标准。经改进，ISO于1989年颁布了SQL-89标准（即SQL2）,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,SQL语言之所以能够在业界得到广泛使用，是因为其功能完善、语法统一，而又简单易学。SQL主要有以下特点：（1）功能的一体化SQL集数据定义语言（Data Definition Language，DDL）、数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML）、数据控制语言（Data Control Language，DCL）于一体，能够完成关系模式定义、建立数据库、插入数据、查询、更新、维护、数据库重构、数据库安全性控制等一系列操作。,1.SQL的特点,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,（2）统一的语法结构SQL有两种使用方式，一种是自含式（联机使用方式），即SQL可以独立地以联机方式交互使用;另一种是嵌入式，即将SQL嵌入到某种高级程序设计语言中使用。这两种方式分别适用于普通用户和和程序员，虽然使用方式不同，但SQL的语法结构是统一的，便于普通用户与程序员交流。,1.SQL的特点,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,（3）高度非过程化SQL是一种非过程化数据操作语言，即用户只需指出“干什么”，而无需说明“怎么干”。如用户只需给出数据查询条件，系统就可以自动查询出符合条件的数据，而用户无需告诉系统存取路径及如何进行查询等。（4）语言简洁SQL语句简洁，语法简单，非常自然化，易学易用。,1.SQL的特点,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,SQL主要有以下功能：（1）数据定义 定义数据库的逻辑结构，包括定义基本表、视图和索引，相关的操作还包括对基本表、视图、索引的修改与删除。（2）数据操纵 主要包括数据查询和数据更新操作。数据查询是数据库应用中最常用最重要的操作;数据更新则包括对数据库中记录的增加、修改和删除操作。数据操作功能是通过数据操纵语言（DML）实现的。,2.SQL的功能,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,（3）数据控制 主要是对数据的访问权限进行控制，包括对数据库的访问权限设置、事务管理、安全性和完整性控制等。数据控制功能是通过数据控制语言（DCL）实现的。（4）嵌入功能 即SQL可以嵌入到其它高级程序设计语言（宿主语言）中使用。为了实现嵌入使用，SQL提供了与宿主语言之间的接口,2.SQL的功能,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,下面以简单的例子来简要说明SQL的几个主要操作。这里用图书关系，将该关系的基本表命名为Books，如图5-4：,2.SQL的功能,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,则下面语句将定义图5-4中的图书基本表：该语句定义了关系Books基本表的5个属性,2.SQL的功能,CREATE TABLE Books（图书编号 CHAR（8）NOT NULL，书名 CHAR（20）NOT NULL，学科 CHAR（10），主编 CHAR（8），出版社 CHAR（20），PRIMARY KEY（图书编号）,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,利用INSERT语句可以添加数据，如下面语句。下面的DELETE语句则将数学学科的图书的记录全部删除：,2.SQL的功能,INSERT INTO Books（图书编号，书名，学科，主编，出版社）VALUES（05814101，计算机导论，计算机，李国方，清华大学）,DELETE FROM Books WHERE学科=数学,5.2 数据库系统及其应用5.2.3 常用的DBMS,Microsoft Access Microsoft SQL Server Visual FoxPro Oracle DB2 MySQL Sybase Informix,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,分布式数据库（Distributed Database，DDB）是指数据库中数据在物理上是分布在计算机网络的不同结点上，但逻辑上是属于同一个系统，具有数据的物理分布性和逻辑上的整体性，同时还有局部自治和全局共享性、数据的分布独立性（分布透明性）、数据的冗余和冗余透明性等。,1.分布式数据库,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,1.分布式数据库,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,多媒体技术的研究也是当前研究的热点之一，多媒体技术与数据库技术结合便产生了多媒体数据库。多媒体数据库就是数据库中的内容包括文本、图形、图像、音频和视频等多媒体信息，多媒体信息的主要特征就是内容多样化、信息量大、难以管理，所以多媒体数据库的研究内容主要包括多媒体数据库的体系结构、多媒体的数据模型、多媒体数据压缩、多媒体数据的存取与组织、基于内容的检索等。,2.多媒体数据库,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,主动数据库是相对于传统数据库的被动性而言的，传统的数据库只是被动地按照用户给出的请求执行数据库的操作。由于在许多实际应用中，要求数据库能够在特定情况下主动做出响应，主动数据库的主要目标就是提供对紧急情况及时反应的能力，并提高数据库管理系统的模块化程度。当然，主动数据库还要具有传统数据库的功能。,3.主动数据库,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,并行数据库是传统的数据库技术与并行技术结合产生的，是在并行体系结构的支持下，实现对数据库的并行操作，其主要目标是通过并行性来提高效率，以满足当前的超大型数据检索、数据仓库、联机数据分析、数据挖掘等数据量大、复杂度高、对数据库系统处理能力要求高的实际应用的需求。,4.并行数据库,5.2 数据库系统及其应用5.2.4 几种新型的数据库系统,数据仓库是支持决策的面向主题的、集成的、稳定的、定期更新的数据集合。从名称上可以看出，数据仓库存储和处理的数据量要比数据库大得多。数据仓库技术就是充分利用已有的数据资源，对海量的数据进行分析，从中挖掘出知识、规律、模式和有价值的信息，为决策提供支持。,5.数据仓库,5.2 数据库系统及其应用5.2.5 数据库系统的应用,管理信息系统（Management Information System，MIS）是一个由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。其主要任务是最大限度的利用现代计算机及网络通讯技术加强组织机构或企业的信息管理，通过对一个组织机构或企业的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解，建立正确的数据，加工处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员，以便进行正确的决策，提高管理水平和效率。,1.管理信息系统MIS,5.2 数据库系统及其应用5.2.5 数据库系统的应用,数据挖掘技术（Data Mining）也称为数据库中的知识发现(Knowledge Discover Database，KDD)，是将机器学习应用于大型数据库，从大量数据中提取出隐藏在其中的有用信息，是从大量数据中提取出可信、新颖、有效并能被人理解的模式的高级处理过程，从而更好地对决策或科研工作提供支持。例如保险公司想知道购买保险的客户一般具有哪些特征；医学研究人员希望从已有的成千上万份病历中找出患某种疾病的病人的共同特征，从而为治愈这种疾病提供一些帮助。,2.数据挖掘系统,5.2 数据库系统及其应用5.2.5 数据库系统的应用,决策支持系统（Decision Support System，DSS）是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是管理信息系统（MIS）向更高一级发展而产生的先进信息管理系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，为决策者迅速而准确地提供决策需要的数据、信息和背景材料，帮助决策者明确目标，建立和修改模型，提供备选方案，评价和优选各种方案，通过人机对话进行分析、比较和判断，为正确决策提供有力支持。帮助决策者提高决策水平和质量。,3.决策支持系统,5.3 多媒体技术及其应用,多媒体技术是近年来迅速发展起来的热点技术，多媒体技术的应用使传统的计算机系统、视听设备等发生了巨大的变化，极大地扩展了计算机的应用空间。本节主要介绍多媒体技术的基本概念、超文本与超媒体、多媒体数据压缩技术和标准、虚拟现实、多媒体创作和处理工具等。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,媒体（medium）：是表示和传播信息的载体。如纸张、电视、磁盘、光盘等等。现代科技的发展，赋予了“媒体”许多崭新的内涵，国际电报电话咨询委员会（CCITT）曾对媒体作过以下分类：（1）感觉媒体（Perception medium）（2）表示媒体（Representation medium）（3）表现媒体（Presentation Medium）（4）存储媒体（Storage Medium）（5）传输媒体（Transmission Medium）,1.媒体及其分类,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（1）感觉媒体（Perception medium）是指直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉的媒体。感觉媒体又可分为：视觉媒体、听觉媒体、触觉媒体、嗅觉媒体、味觉媒体。,1.媒体及其分类,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（2）表示媒体（Representation medium）表示媒体是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造出来的一种媒体，也可以说是数字化后的感觉媒体，其目的是为了更有效地描述和传播感觉媒体，便于加工和处理。表示媒体有各种编码方式：如语言编码、文本编码、图像编码等。,1.媒体及其分类,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（3）表现媒体（Presentation Medium）是将感觉媒体转换成表示媒体、或将表示媒体转换成感觉媒体的物理设备。即输入/输出设备。,1.媒体及其分类,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（4）存储媒体（Storage Medium）存储媒体用于存放表示媒体（感觉媒体数字化后的代码），以便在计算机中处理、加工和使用信息编码。此类媒体主要有磁盘、光盘、磁带等。（5）传输媒体（Transmission Medium）传输媒体是用来传播媒体的物理载体，是通信的信息载体，如光缆、导线、同轴电缆等。,1.媒体及其分类,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,多媒体（Multimedia）：是融合两种以上的媒体的信息交互和传播媒体。多媒体技术：就是计算机交互式综合处理多种媒体信息文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑链接，集成为一个系统并具有交互性。简言之，多媒体技术就是计算机综合处理声、文、图信息的技术，具有集成性、实时性和交互性。,2.多媒体技术及其特点,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,多媒体的特点从定义中可以看出，多媒体只是在计算机技术中的概念，它有三个显著的特点，是区别于传统计算机系统的特征。,2.多媒体技术及其特点,（1）集成性,媒体信息的集成;表现媒体设备的集成。,（2）实时性,是指在多媒体系统中声音及活动的视频图像是强实时的，即系统提供了对这些时基媒体进行实时处理的能力。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（3）交互性,2.多媒体技术及其特点,交互性是指用户可以交互地处理系统的媒体。这是计算机多媒体系统与其它如电视机、VCD、录音机等设备的主要的区别，普通家用声像电器用户只有被动地收听收看，而不能参与处理和加工媒体信息。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（1）初始发展阶段,3.多媒体技术的发展历程,1984年APPLE公司在研制Macintosh机时，创造性地引入了位图、窗口、图标等技术，构成了图形用户界面（GUI），同时鼠标的引入，极大地方便了用户的操作，使系统的交互性大大增强。,1985年Microsoft公司推出了第一个Windows 1.0，Windows是一个多任务的图形界面操作系统，支持多层窗口操作。,1985年，美国的Commodore公司推出了世界上第一台多媒体计算机系统Amiga系统，配置了该公司研制的三个专用芯片 图形处理芯片、声音处理芯片和视频处理芯片，可以处理声、影等。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（1）初始发展阶段,3.多媒体技术的发展历程,1986年，Philips和SONY联合推出CD-I（Compact Disc Interactive），并公布了采用的CD-ROM光盘的数据格式，并成为ISO国际标准。,1989年，Intel公司和IBM公司合作，于Comdex/Fall89展示会上推出Action Media 750多媒体开发平台（基于RCA公司的交互式数字视频系统DVI（Digital Video Interactive）。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.1 多媒体技术概述,（2）标准化阶段,3.多媒体技术的发展历程,自20世纪90年代以来，多媒体技术逐渐成熟，开始从以研究开发为重心转移到以应用为重心。,1990年10月，在MS公司召开多媒体开发者工作会议上提出MPC 1.0标准。,1993年由IBM、Intel等数十家软硬件公司组成的多媒体个人计算机市场协会（The Multimedia PC Marketing Council:MPMC）发布了多媒体PC的性能指标MPC 2.0。,1995年6月，MPMC又宣布了新的多媒体个人机技术规范MPC 3.0。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.2 超文本与超媒体,传统的文本是最常用的信息表示方式，如文章、书本、程序等，其特点是它在组织结构上是线性的和顺序的。超文本结构采用一种非线性的网状结构组织块状信息，没有固定的顺序，类似于人类这种联想式记忆结构。超文本与传统的文本文件的主要差别是：传统文本是以线性方式组织的;超文本是以非线性方式组织的。超文本系统：是能对超文本进行管理和使用的系统。,1.超文本（Hypertext）,5.3 多媒体技术及其应用5.3.2 超文本与超媒体,第一代超文本系统处理对象是文本和数字信息。第二代超文本系统，它的结点信息可将正文、图形、声音、动画、静态图像、视频等结合在一起。为强调第二代超文本系统系统处理多媒体信息的能力而称为“超媒体系统（hypermedia）”，即：“超媒体=多媒体+超文本”从目前研究和应用内容来看，超文本与超媒体很难区别，即它们所代表的含义几乎相同，所以往往不加区分地使用。,2.超媒体(Hypermedia),5.3 多媒体技术及其应用5.3.3 多媒体技术的研究内容,多媒体技术是多个学科的综合，研究的主要内容有：,（1）多媒体数据压缩/解压算法和标准包括文字、声音、图形、图像、动画、影视等媒体在计算机中的表示方法。,（2）多媒体数据存储技术（3）多媒体计算机硬件平台（4）多媒体计算机软件平台（5）多媒体作品开发和编著工作（6）多媒体数据库和基于内容的检索技术（7）超文本与Web技术,5.3 多媒体技术及其应用5.3.3 多媒体技术的研究内容,（8）多媒体系统数据模型 多媒体系统数据模型是指导多媒体软件系统（软件平台、多媒体开发工具、编著工具、多媒体数据库等）开发的理论基础。,（9）多媒体通信与分布式多媒体系统 20世纪90年代开始，计算机系统是以网络为中心，多媒体技术和网络技术、通信技术相结合，如可视电话、电视会议、视频点播、以分布式多媒体系统为基础的计算机支持协同工作系统（远程会诊、报纸共编等）、远程教育等。,（10）基于Internet的多媒体技术在Internet上传输多媒体信息需要更高的服务质量。,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,对于图像，预测编码是利用空间中相邻数据之间的相关性，利用过去和现在出现过的点的数据情况来预测未来点的数据。而对预测值与实际值的差值进行编码，从而降低编码后的数据量，实现压缩。常用的预测编码有差分脉冲编码调制（Differential Pulse Code Modulation，DPCM）、自适应差分脉冲编码调制（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，ADPCM）。,1.预测编码,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,1.预测编码,DPCM系统原理框图如下图：,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,信息熵编码是基于息熵原理的，即给出现概率大的符号赋予短的码字，而给出现概率小的符号分配长的码字，从而降低编码后的总数据量。信息熵编码是基于信号的统计特性的，所以也称为统计编码。常用的信息熵编码主要有Huffman（哈夫曼）编码、Shannon（香农）编码、行程编码（Run Length Code，RLC）和算术编码等。,2.信息熵编码（统计编码）,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,是将图像空间域信号变换到频率域上进行处理。在时域空间上具有强相关性的信号，反映在频域上是某些特定的区域内能量常常被集中在一起，只需处理相对小的区域上的信号，从而进行压缩。一般采用正交变换，如离散余弦变换（DCT）、离散傅立叶变换（DFT）、Walsh-Hadamard变换（WHT）和小波变换（WT）等。,3.变换编码,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,将图像数据从时域变换到频域后，按频域分成子带，然后对不同的子带使用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组合。或者分步渐进编码，在初始时，对某一频带的信号进行解码，然后逐渐扩展到所有频带。随着解码数据的增加，解码图像也逐渐变得清晰,4.子带编码,5.3 多媒体技术及其应用5.3.4 多媒体数据压缩技术,编码时首先将图像中的边界、轮廓、纹理等结构特征找出来，然后保存这些结构信息。解码时根据结构和参数信息进行合成、恢复原图像。具体方法有轮廓编码、域分割编码、分析合成编码、识别合成编码、基于知识的编码和分形编码等。,5.模型编码,5.3 多媒体技术及其应用5.3.5 多媒体技术标准简介,JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）标准全称为“多灰度静态图像的数字压缩编码”标准，是由ISO和ITU组织的联合图像专家组制定的静态图像压缩标准，适用于彩色和单色、多灰度连续色调的静态图像。目前网页上广泛使用的.JPG/.JPEG格式的图片即采用JPEG标准压缩。,1.JPEG,5.3 多媒体技术及其应用5.3.5 多媒体技术标准简介,MPEG（Moving Picture Experts Group，动态图像专家组）标准是由ISO组织的MPEG制定的有关数字运动图像及其伴音的压缩编码的一套系列标准，包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和正在制定的MPEG-21等。,2.MPEG,5.3 多媒体技术及其应用5.3.5 多媒体技术标准简介,H.26X是ITU制定的一个系列标准，包括H.261、H.262（即MPEG-2）和H.263。H.261标准全称为“P64 kb/s视听服务用视频编码方式”，又称为“P64 kb/s视频编码标准”，当时是为ISDN提供电视服务而制定的，是一个面向可视电话和电视会议的视频压缩算法国际标准，其中P是可变参数（1