現(xiàn)代

編著新技術(shù)數(shù)字第6章數(shù)字媒體壓縮、存儲(chǔ)與傳輸技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論6.1數(shù)字媒體的壓縮6.2數(shù)字媒體的存儲(chǔ)6.3數(shù)字媒體的傳輸6.1.1數(shù)字媒體壓縮的原理數(shù)字媒體在計(jì)算機(jī)中是以數(shù)字的形式存在，而這些數(shù)字構(gòu)成的數(shù)據(jù)只是媒體信息的載體。盡管數(shù)字媒體的數(shù)據(jù)量很大，但并不是所有的數(shù)據(jù)都是有用的，將多余的數(shù)據(jù)去掉，對信息沒有本質(zhì)影響，并不妨礙正確理解信息，這就是數(shù)字媒體之所以能夠被壓縮的原因。數(shù)字媒體壓縮的核心是編碼，編碼是指將媒體信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠理解和處理的二進(jìn)制數(shù)形式的過程。數(shù)字媒體壓縮便是通過不同的編碼方法去除多余的數(shù)據(jù)，達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。與壓縮相對的是解壓縮，它是指把二進(jìn)制數(shù)還原成原來信息的過程。6.1.2數(shù)字媒體壓縮的分類VS有損壓縮也稱為不可逆編碼，是指數(shù)據(jù)在壓縮時(shí)丟失了部分信息，解壓縮后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同，但不影響人們理解原始信息。無損壓縮也稱為可逆編碼，是指數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后可以進(jìn)行解壓縮，而且解壓后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)完全相同。有損壓縮無損壓縮6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)1．JPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會(huì)（IEC）聯(lián)合成立的聯(lián)合圖像專家組（JPEG）所制定的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)JPEG在網(wǎng)頁中下載時(shí)只能由上而下依序顯示圖像，直到下載完，才能看到圖像全貌。標(biāo)準(zhǔn)JPEG漸進(jìn)式JPEGJPEG2000漸進(jìn)式JPEG在網(wǎng)頁中下載時(shí)，先呈現(xiàn)出圖像的粗略外觀后，再慢慢地呈現(xiàn)出完整的內(nèi)容，一般存儲(chǔ)為該標(biāo)準(zhǔn)的圖像文件比標(biāo)準(zhǔn)JPEG格式的小，這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用有損壓縮，支持多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)，壓縮比越小，圖像質(zhì)量越好。JPEG2000是JPEG的最新標(biāo)準(zhǔn)，它是一種很靈活的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可以使用不同的壓縮比壓縮圖像，又支持無損壓縮和有損壓縮，與早期的標(biāo)準(zhǔn)相比，JPEG2000在有損壓縮情況下通常也能獲得更高品質(zhì)的圖像效果。6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)2．MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)動(dòng)圖像專家組制定的主要用于音視頻信息壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)采用有損壓縮方法減少數(shù)字媒體中的冗余信息，具有較高的壓縮比，可以大大減小媒體文件大小，傳輸效率高，支持多平臺(tái)和多種文件格式，一些公司或機(jī)構(gòu)根據(jù)MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了不同的制式，因此市面上出現(xiàn)了很多基于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的視頻格式，例如WMV9（WMV的第9版）、QuickTime。直到現(xiàn)在，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)仍廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻、動(dòng)畫、多媒體系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)3．H.264、H.265、H.266標(biāo)準(zhǔn)H.264標(biāo)準(zhǔn)H.264標(biāo)準(zhǔn)在MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立開發(fā)，與MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)相比，H.264標(biāo)準(zhǔn)不僅具有更高的壓縮比，同時(shí)擁有更高質(zhì)量的畫面效果，經(jīng)H.264標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中所需的帶寬更少，廣泛應(yīng)用于高清視頻（HDTV）中。H.265標(biāo)準(zhǔn)是基H.264標(biāo)準(zhǔn)，在保留原有的某些技術(shù)的同時(shí)，改進(jìn)另一些相關(guān)的技術(shù)，如提高壓縮效率、降低編碼復(fù)雜度等，并實(shí)現(xiàn)更好的視頻質(zhì)量。H.266標(biāo)準(zhǔn)是繼H.265標(biāo)準(zhǔn)之后制定的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，主要面向4K和8K超高清（UHD）視頻應(yīng)用，它基于H.265標(biāo)準(zhǔn)做了進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)，在保持清晰度不變的情況下，數(shù)據(jù)壓縮效率獲得極大提高。H.265標(biāo)準(zhǔn)H.266標(biāo)準(zhǔn)6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)4．MP3標(biāo)準(zhǔn)MP3標(biāo)準(zhǔn)是伴隨MPEG1標(biāo)準(zhǔn)（該標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)動(dòng)圖像專家組開發(fā)的第一個(gè)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)）開發(fā)的，它是MPEG1標(biāo)準(zhǔn)的第三部分——MPEGAudioLayerⅢ音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，后來MPEG1標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上做了一定的技術(shù)改進(jìn)。MP3標(biāo)準(zhǔn)采用有損壓縮方法壓縮音頻數(shù)據(jù)，壓縮比較高，壓縮后的文件體積小，適于存儲(chǔ)和傳輸，雖然有損壓縮在一定程度上損壞了音頻質(zhì)量，但并不妨礙人們對它的廣泛應(yīng)用，MP3音樂文件至今仍受到大眾歡迎。數(shù)字媒體的壓縮6.16.2數(shù)字媒體的存儲(chǔ)6.3數(shù)字媒體的傳輸6.2.1數(shù)字媒體存儲(chǔ)介質(zhì)硬盤U盤移動(dòng)硬盤服務(wù)器光盤6.2.2數(shù)字媒體存儲(chǔ)性能指標(biāo)1．存儲(chǔ)容量在存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)時(shí)，以8位二進(jìn)制代碼為一個(gè)單元存放在一起，稱為一字節(jié)，即1字節(jié)（Byte）=8位（bit）。存儲(chǔ)容量是指存儲(chǔ)介質(zhì)能夠容納的字節(jié)數(shù)。字節(jié)（byte）是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位。在計(jì)算機(jī)中，通常用B（Byte，字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）和TB（太字節(jié)）等為單位來表示存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)容量或文件大小。存儲(chǔ)單位之間的換算關(guān)系是：1Byte＝8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)容量越大，可存儲(chǔ)數(shù)字媒體信息的數(shù)據(jù)量就越大。6.2.2數(shù)字媒體存儲(chǔ)性能指標(biāo)2．傳輸速率傳輸速率是指存儲(chǔ)媒介讀寫數(shù)據(jù)的速度，較高的傳輸速率可以使存儲(chǔ)媒介更快地讀取和寫入數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)介質(zhì)的性能指標(biāo)對數(shù)字媒體的存儲(chǔ)起著至關(guān)重要的作用，提高存儲(chǔ)介質(zhì)的性能指標(biāo)在一定程度上將促使數(shù)字媒體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。6.2.3數(shù)字媒體存儲(chǔ)方式2．傳統(tǒng)動(dòng)畫時(shí)代云存儲(chǔ)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，可以將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備集合起來協(xié)同工作，共同對用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等服務(wù)。通過云存儲(chǔ)，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，以任何可連網(wǎng)的裝置連接到云服務(wù)器存取數(shù)據(jù)。百度網(wǎng)盤（網(wǎng)盤又稱網(wǎng)絡(luò)U盤或網(wǎng)絡(luò)硬盤）就屬于云存儲(chǔ)服務(wù)，用戶可以將數(shù)據(jù)上傳到百度網(wǎng)盤中，隨時(shí)隨地訪問、查看和管理數(shù)據(jù)。手機(jī)中的云盤（有的手機(jī)顯示為云空間）也屬于云存儲(chǔ)服務(wù)。6.3數(shù)字媒體的壓縮6.1數(shù)字媒體的存儲(chǔ)6.2數(shù)字媒體的傳輸6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念（1）互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)廣域網(wǎng)現(xiàn)在較常用的網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)（Internet），因特網(wǎng)俗稱互聯(lián)網(wǎng)，也稱國際互聯(lián)網(wǎng)，它是一個(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò)，是由遍布全世界的眾多大大小小的網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它將全世界的計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，全世界的用戶相互之間都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字媒體信息交換。局域網(wǎng)（LAN）是指將一定區(qū)域內(nèi)各種計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備和數(shù)據(jù)庫連接起來形成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋的范圍有限，地理距離一般是幾米至I0千米以內(nèi)。無線城域網(wǎng)（WMAN）是指在一個(gè)城市范圍內(nèi)建立的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，采用和局域網(wǎng)類似的技術(shù)，連接的計(jì)算機(jī)數(shù)量更多，連接距離可以在10~100千米。無線廣域網(wǎng)（WWAN），也稱為外網(wǎng)、公網(wǎng)，是連接不同地區(qū)局域網(wǎng)或無線城域網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程網(wǎng)，所覆蓋的地理范圍從幾百千米到幾千千米，常以國家或城市為單位進(jìn)行覆蓋。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念（2）萬維網(wǎng)萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW），又稱環(huán)球信息網(wǎng)、環(huán)球網(wǎng)和全球?yàn)g覽系統(tǒng)等。萬維網(wǎng)是一種基于超文本的、方便用戶在因特網(wǎng)（Internet）上搜索和瀏覽信息的信息服務(wù)系統(tǒng)，它通過超鏈接把世界各地不同Internet節(jié)點(diǎn)上的相關(guān)信息有機(jī)地組織在一起，用戶只需發(fā)出檢索要求，它就能自動(dòng)地進(jìn)行定位并找到相應(yīng)的檢索信息。用戶可用萬維網(wǎng)在Internet上瀏覽、傳遞和編輯超文本格式的文件。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件（1）傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)常用的無線傳輸介質(zhì)有無線電波、微波和紅外線等。通過無線傳輸介質(zhì)可以擺脫有線介質(zhì)的束縛，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而有效擴(kuò)展通信空間。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件（2）光貓光貓是光纖調(diào)制解調(diào)器的簡稱，它是光纖的接入終端，可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)光纖上網(wǎng)。簡單的說，它的作用是把光纖傳輸過來的光信號(hào)變換為適合在路由器、計(jì)算機(jī)、電視等設(shè)備中傳輸?shù)碾娦盘?hào)。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件（3）路由器路由器通常連接在用戶終端設(shè)備和光貓之間，主要功能是用來拓展網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)用戶終端設(shè)備共享一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。將光貓與路由器連接，路由器不僅可以擴(kuò)展局域網(wǎng)接口數(shù)量，企業(yè)級(jí)路由器的接口可到達(dá)上百個(gè)，家用的路由器接口數(shù)量一般不超過8個(gè)。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件（4）網(wǎng)卡網(wǎng)卡用于計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)的連接。一般可分為有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡，顧名思義，有線網(wǎng)卡用于將計(jì)算機(jī)與有線傳輸介質(zhì)相連，無線網(wǎng)卡用于將計(jì)算機(jī)與無線傳輸介質(zhì)相連。6.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)交換信息時(shí)的約定，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中互通信息的規(guī)則。互聯(lián)網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是TCP/IP。提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的專用軟件該類軟件用于提供一些特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，如文件的上傳與下載服務(wù)、信息傳輸服務(wù)等。010203網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡(luò)軟、硬件資源，常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有UNIX、Netware、WindowsNT和Linux等。6.3.2移動(dòng)通信技術(shù)1．移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展移動(dòng)通信技術(shù)大致經(jīng)歷了第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）、第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）、第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）、第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）和第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的發(fā)展。目前，主流的是4G與5G的應(yīng)用。4G是集3G與WLAN于一體的，能夠提供高速數(shù)據(jù)傳輸、高質(zhì)量的音視頻和圖像的技術(shù)。在4G時(shí)代，文字不再是主流，視頻資訊的應(yīng)用更加常見，短視頻在微信、微博等平臺(tái)中隨處可見。它是整合以往優(yōu)勢技術(shù)后構(gòu)成的綜合性技術(shù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和傳輸速度，理論上，數(shù)據(jù)傳輸速度將比4G提高10倍左右，只需要幾秒便可下載一部高清電影，能夠滿足消費(fèi)者對虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻等更高的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)需求。4G5G6.3.2移動(dòng)通信技術(shù)2．移動(dòng)終端移動(dòng)終端的操作十分簡單、快捷，只需通過觸摸屏來選擇操作命令與使用應(yīng)用程序，無須接入其他設(shè)備或使用按鈕操作。移動(dòng)終端具備開放的操作系統(tǒng)平臺(tái)，如目前主流的智能手機(jī)主要包括安卓（Android）和iOS操作系統(tǒng)平臺(tái)。移動(dòng)終端通過具有高效的網(wǎng)絡(luò)接入能力與信息共享功能，能夠?qū)崟r(shí)處理信息。移動(dòng)終端也叫移動(dòng)通信終端，從廣義上講，一切可以在移動(dòng)中使用的計(jì)算機(jī)設(shè)備都可以看作移動(dòng)終端，包括手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和車載智能終端等，但大部分情況下主要指手機(jī)。在顯示技術(shù)、語音識(shí)別和圖像識(shí)別等多模態(tài)交互技術(shù)越來越成熟的環(huán)境下，移動(dòng)終端的人機(jī)交互功能將越來越完善，未來將朝著以人為核心、更智能化的方向發(fā)展。6.3.2移動(dòng)通信技術(shù)3．移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是在移動(dòng)通信和移動(dòng)終端技術(shù)飛速發(fā)展的情況下產(chǎn)生，是一種通過移動(dòng)終端，采用移動(dòng)無線通信方式獲取網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。與互聯(lián)網(wǎng)相比，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在它的移動(dòng)性上，滿足了用戶隨時(shí)隨地查看、獲取、傳輸數(shù)字媒體信息的需求。并且移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)是相互融合的，一方可以使用手機(jī)發(fā)送或接收信息，一方可以使用計(jì)算機(jī)接收或發(fā)送信息。6.3.3流媒體技術(shù)實(shí)時(shí)流式傳輸用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。需要注意的是，要想獲得高質(zhì)量的實(shí)時(shí)流式傳輸體驗(yàn)，就需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不佳，流媒體會(huì)為了保護(hù)流暢度而降低內(nèi)容質(zhì)量。實(shí)時(shí)流式傳輸順序流式傳輸采用這種方式，數(shù)字媒體在播放時(shí)，會(huì)預(yù)先下載一段內(nèi)容作為緩沖區(qū)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際速度小于播放所耗用文件的速度時(shí)，播放程序就會(huì)取用緩沖區(qū)內(nèi)的信息進(jìn)行播放，同時(shí)繼續(xù)下載一段新的內(nèi)容到緩沖區(qū)，避免播放中斷。6.3.4數(shù)字媒體文件壓縮、傳輸與轉(zhuǎn)換工具的應(yīng)用1．?dāng)?shù)字媒體文件壓縮工具