多媒体技术基础(第2版) (2008 年度畅销榜NO.810 )

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、XML和HTML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大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”。 \r\n 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。

第一部分 多媒体的表示和计算\r\n 第1章 多媒体技术概要 \r\n 1.1 多媒体是交互式信息传播媒体\r\n 1.2 多媒体涉及的几个概念\r\n 1.3 多媒体与网络\r\n 1.4 多媒体与光盘存储器\r\n 1.5 多媒体的技术研究与应用开发\r\n 练习与思考题\r\n 第2章 数字声音及MIDI简介\r\n 2.1 声音与听觉器官\r\n 2.2 声音信号数字化\r\n 2.3 声音文件的存储格式\r\n 2.4 声音工具\r\n 2.5 声音质量的度量\r\n 2.6 电子乐器数字接口（MIDI）系统\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点 \r\n 第3章 话音编码\r\n 3.1 话音编码概要\r\n 3.2 脉冲编码调制（PCM）\r\n 3.3 PCM在通信中的应用\r\n 3.4 增量调制与自适应增量调制\r\n 3.5 自适应差分脉冲编码调制\r\n 3.6 G.722 SB－ADPCM编译码器\r\n 3.7 线性预测编码（LPC）的概念\r\n 3.8 GSM编译码器简介\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点\r\n 第4章 无损数据压缩\r\n 4.1 香农－范诺与霍夫曼编码\r\n 4.2 算术编码\r\n 4.3 RLE编码\r\n 4.4 词典编码\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点\r\n 第5章 彩色数字图像基础\r\n 5.1 视觉系统对颜色的感知\r\n 5.2 图像的颜色模型\r\n 5.3 图像的三个基本属性\r\n 5.4 图像的种类\r\n 5.5 r（伽马）校正\r\n 5.6 JPEG压缩编码\r\n 5.7 图像文件格式\r\n 5.8 图像文件后缀一览表\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点\r\n 第6章 颜色的度量体系\r\n 6.1 颜色科学简史\r\n 6.2 描述颜色的几个术语\r\n 6.3 颜色的度量体系\r\n 6.4 Munsell颜色系统\r\n 6.5 Ostwald颜色系统\r\n 6.6 CIE颜色系统\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站长\r\n 第7章 颜色空间变换\r\n 7.1 该用什么颜色空间\r\n 7.2 计算机图形颜色空间\r\n 7.3 设备无关的颜色空间\r\n 7.4 电视系统颜色空间\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点\r\n 第8章 小波与小波变换\r\n 8.1 小波介绍\r\n 8.2 一维哈尔小波变换\r\n 8.3 哈尔小波变换\r\n 8.4 规范化算法\r\n 8.5 二维哈尔小波变换\r\n 练习与思考题\r\n 参考文献和站点\r\n 第9章 小波图像编码\r\n 第10章 彩色数字电视基础\r\n 第11章 MPEG简介\r\n 第12章 MPEG声音\r\n 第13章 MPEG电视\r\n第二部分 多媒体的存储\r\n 第14章 只读光盘存储器\r\n 第15章 光盘存储器的格式\r\n 第16章 错误检测和校正\r\n第三部分 多媒体网络应用\r\n 第17章 多媒体网络应用及交换技术\r\n 第18章 因特网与TCP／IP\r\n 第19章 网际多目标广播简介\r\n 第20章 多媒体通信系统技术\r\n第四部分 多媒体内容编辑语言\r\n 第21章 超文本标记语言（HTML）\r\n 第22章 可扩展标记语言（XML）\r\n 第23章 可扩展超文本标记语言（XHTML）\r\n附录 术语汇编

清华大学计算机系列教材已经出版发行了近30种, 包括计算机专业的基础数学. 专业技术基础和专业等课程的教材, 覆盖了计算机专业大学本料和研究生的主要教学内容. 这是一批至今发行数量很大打赢得广大读者赞誉的书籍, 是近年来出版的大学计算机教材中影响比较大的一批精品.

本系列教材的作者都是我熟悉的教授与同事, 他们长期在第一线担任相关课程的教学工作, 是一批很受大学生和研究生欢迎的任课教师. 编写高质量的文学（研究生）计算机教材, 不仅需要作者具备丰富的教学经验和科研实践, 还需要对相关领域科技发展前沿的正确把握和了解. 正因为本系列教材的作者们具备了这些条件, 才有了这批高质量优秀教材的出版. 可以悦, 教材是他们长期辛勤工作的结晶. 本系列教材出版发行以来, 从其发行的数量. 读者的反映. 已经获得的许多国家级与省部级的奖励. 以及在各个高等院校教学中所发挥的作用上, 都可以看出本系列教材所产生的社会影响与效益.

计算机科技发展异常迅速. 内容更新很快. 作为教材, 一方面要反映本领域基础性. 普遍性的知识, 保持内容的相对稳定性, 另一方面, 又需要跟踪科技的发展, 及时地调整和更新内容. 本系列教材都能按照自身的需要及时地做到这一点, 如《计算机组成与结构》一书十年中共出版了三版, 其他如《数据结构》等也都已出版了第二版, 使教材既保持了稳定性, 又达到了先进性的要求, 本系列教材内容丰富. 体系结构严谨. 概念清晰. 易学易懂, 符合学生的认识规律, 造合于教学与自学, 深受广大读者的欢迎. 系列教材中多数配有本富的习题集和实验, 目的还配备多媒体电子教案, 便于学生理论联系实际地学习相关课程.

随着我国进一步的开放, 我们需要扩大国际交流, 加强学习国外的先进经验. 在大学教材建设上, 我们也应该注意学习和引进国外的先进教材. 但是, 计算机系列教材的出版发行实践以及它所取得的效果告诉我们, 在当前形势下, 编写符合国情的具有自主版权的高质量教材具有重大意义和价值. 它与前者不仅不矛盾, 而目是相辅相成的. 本系列教材的出版还表明, 针对某个学科培养的要求, 在教育部等上级部门的指导下, 有计划地组织任课教师编写系列教材, 还能促进对该学科科学. 合理的教学体系和内容的研究.

我希望今后有更多. 更好的我国优秀教材出版.

清华大学计算机系教授, 中科院院士

2002年6月 28日

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。

自20世纪90年代开始, 美国. 加拿大和欧洲等许多著名大学都纷纷开设了多媒体技术方面的课程. 为配合教学改革, 积极采用现代教育技术, 提高学生的主动性. 创造性和各方面的能力, 在1998 1999学年的秋季学期, 清华大学计算机科学与技术系面向全校研究生试行开设了“多媒体技术基础与应用”网上课程, 并于1999一2000学年的秋季学期作为正式的网上课程面向全校开放. 为利用网上教材便于更新的特点, 本课程中文部分的教学材料一直放在网上. 任何感兴趣的读者都可以免费访问和下载. 尽管如此, 还是收到许多读者发来的邮件, 要求把电子版教材转换成传统形式的书面教材. 为满足这个愿望, 本教材就是在网上教材的基础上改编而成的.

一. 增加六章新内容

本教材第1版的内容于1999年定稿, 2000年8月第1次印刷. 由于多媒体技术发展迅速, 自1999年以来网上教学材料已经多次更新和补充. 根据最近几年的教学和科研实践, 笔者对第1版的书面教材做了删改, 选择了最近几年更新和补充的部分教学材料, 经过改编作为第2版教材. 第2版教材保留了第l版教材中的大部分内容, 删除了第1版教材中的第6章“图像文件格式”的大部分内容和第19章“使用Javascript”, 但它们的电子版将继留在教学站点上. 第2版教材增加了6章, 三个方面的内容.

颜色科学方面的两章：颜色的度量体系和颜色空间变换. 颜色科学基础对理解和开发多媒体技术有很大帮助. 例如, 理解和开发图形. 图像和电视技术都需要有比较系统和深入的颜色科学基础. 在基于图像内容检索方面, 颜色是一个非常重要的特征.

小波技术方面的两章：小波与小波变换和小波图像编码. 小波分析是近十几年才发展起来并迅速应用到图像处理和语音分析等众多领域的一种数学工具, 是继110多年前的傅立叶（Joseph Fourier）分析之后的又一个重大突破, 无论是对古老的自然学科还是对高新技术应用学科都产生厂强烈冲击.

Web语言方面的两章：可扩展标记语言（XML）和可扩展超文本标记语言（XHTML）. XML是万维网协会（ W3C）推荐的一个开放标准, 是构造Web上的文档和数据的通用格式, 它有着越来越广泛的应用前景. XHTML是用XML重写的HTML版本, 是新一代的Web标准. 这些标准将为日益增长的多媒体网络应用. 多媒体移动通信和多媒体电子出版业等产生深远的影响.

二. 教材的组织结构

为保持多媒体技术基础课程内容的完整性, 第2版教材仍由多媒体计算. 多媒体存储. 多媒体应用和内容编辑语言等四个相对独立的模块组成：（l）多媒体的表示和计算共9章（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）多媒体的存储共3章（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）多媒体网络应用共4章（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.

第1~23章后面都有思考题和练习题. 这是为帮助读者加深对基础知识的理解而设计的, 答案都可在书本中找到. 第2～23章后面都有参考文献和站点. 列出它们有两个目的：（1）表示在编写本教材时参考过他们的文章和访问过他们的站点. （2）更重要的是为读者提供进一步的学习指南. 然向, 书上提供的网址有可能发生变化, 这是很自然的.

三. 教材的使用建议

多媒体技术是一门新兴的计算机应用学科, 多媒体技术课程是一门比较新的课程. 许多兄弟院校在课程建设方面都有很多很好的经验值得借鉴. 在学习他们成功经验的基础上, 通过近几年的教学实践, 为使用和打算使用本教材的老师和同学提出如下建议供参考.

1. 有所教有所不教

在编写本教材过程中笔者已经注意到, 国外有些信息技术学院从人大学到研究生毕业每年都开设有内容不同. 深浅不同的多媒体课程, 既有广度又有深度. 考虑到我们目前的多媒体课程教学计划（如果有的话也）只安排在一个学期内, 面对内容多而不浅的多媒体技术, 教师应该采用有所教有所不教的策略, 学生应该采用有所学有所不学的策略.

本教材由四个相对独立的模块组成, 如果把每一个模块都展开, 那就相当于厚厚的几本书. 因此不一定在一个学期里把本教材的内容全部教完, 可针对任课教师自己的兴趣和专年. 学生已有的基础和专业方向等情况, 有的放矢地选择其中的部分内容. 对于不作为重点的教学内容, 如果有需要, 学生自己就会主动去钻研.

2. 教材作为参考书

对于信息技术课程的教材来说, 写进书面教材的内容通常是比较成熟的. 即使刚刚出版的教材, 其内容也不见得新. 大学教材不是产品的说明书, 也不是产品的使用手册, 其主要内容应该是多媒体的基本原理和技术. 据我观察, 许多大学的多媒体课程内容是当前最新的技术, 教师都有自己编写的教学提纲和材料, 而把正式出版的教科书列为必要的参考材料加以推荐. 这不是说书面教材不重要, 而是用通过教授新技术来带动基本原理的学习. 其结果是学的内容先进, 学的基础扎实.

本教材并23章, 比较系统地介绍多媒体技术的基本理论. 笔者有意使本教材覆盖多方面的重要技术, 努力选取相对比较新和实用的技术, 力图对多媒体技术原理解释清楚和准确. 因此可把手教材作为多媒体技术课程的起点, 在此基础上教授最新的技术.

3. 用课程设计驱动

凡任课教师都知道, 教一本书不等于开设一门课程. 为更好地激励学生学习基础理论的积极性, 设计了两个课程设计供背景不同的学生选用, 以此带动技术基础的学习.

（1）具有中等难度的“多媒体网页设计与制作”. 其目的主要是培养学生熟练地使用多媒体计算机和网络未获取知识. 汗展科学研究和国内外学术交流的技能. 该设计要求使用Web开发了具和多媒体制作软件来完成. 对于暂时没有网络环境的学校也完全可以采用.

（2）“使用MATLAB语言实现小波图像分解与重构”. MATLAB（Matrix Laboratory）是当今国际公认的最优秀的数学软件之一, 在多媒体计算和其他领域中, 其强大的功能越来越受到广大师生和科技工作者的青睐. 安排该课程设计的目的主要是为了理解小波变换的原理和应用, 同时也让学生自己去学会一种新的数学工具, 培养学生的科学研究能力. 虽然现用的这个课程设计内容显得比较简单, 但可根据学生的程度提高难度.

4. 用评估系统引导

评估系统是一个无形的指挥棒, 可以引导学生的学习方向. 教授本教材是“多媒体技术与应用”课程中的一个部分, 而课程设计是本课程的另一个重要组成部分. 因此该课程的评估原则上采用“基础知识书面开卷考试约占50％, 课程设计约占50％”的方法, 但对不同专业的学生拟在评估标准或者在所占分数的比例上加以调整.

四. 衷心感谢

衷心感谢谢霄艳在攻读硕士学位期间为本课程编写和出版了《多媒体技术基础实验指南》, 感谢她为开设“多媒体技术基础与应用”网上课程所做出的重要贡献, 衷心感谢张磊博士和我们课题组的其他博士生与研究生为本教材所做的贡献, 衷心感谢使用本教材的梅传军等老师和学生给予我们热情的鼓励和提出的宝贵建议.

特别感谢中国科学院院士张线教授和实验室领导的直接指导, 没有他们在各方面的支持是不可能编写这本教材的.

林福宗

清华大学计算机科学与技术系

能技术与系统国家重点实验室

电子邮件地址：linfz＠mail. tsinghua. edu. cn

2002年7月15日

为配合教学改革, 积极采用现代教育技术, 提高学生的主动性. 创造性和各方面的能力, 在1998一1999学年的秋季学期, 计算机科学与技术系面向全校研究生试行开设了“多媒体技术基础与应用”课程, 并于1999一2000学年的秋季学期作为正式的网上课程面向全校开放. 本教材即是在此基础上编写而成的. 本教材的大纲是在参考美国. 加拿大和欧洲的多所大学最近几年在因特网上有关多媒体课程的教学大纲的基础上拟定的.

本教材的内容由以下4个部分组成：

第一部分多媒体的计算（第1～10章）：主要介绍声音. 图像和数字电视媒体的基本知识和压缩编码的方法.

第二部分多媒体的存储（第11～13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.

第三部分多媒体网络应用（第14～17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.

第四部分多媒体网反编辑语言（第18～19章）：主要介绍超文本标记语言（HTML）和JavaScript清言的使用.

本教材的每章后面都有“练习与思考题”和“参考文献和站点”. 此外, 为更好地理解教材中所介绍的内容, 还为同学设计了一个有中等难度的作业——多媒体网页设计与制作, 以培养学生熟练地使用多媒体计算机和网络来获取知识. 开展科学研究和国内外学术交流的技能.

“多媒体网页设计与制作”要求使用因特网开发工具来完成, 对于暂时没有网络环境的读者也完全可以做. 在20世纪90年代中期, 多媒体制作主要围绕光盘存储器, 大多数多媒体编辑工具也是围绕这个目的开发的. 但随着网络技术的飞速发展, 多媒体制作需要从以光盘为中心转向以网络为中心, 这是一个方向. 制作的多媒体内容不仅可以在网络上传输, 而且也可以牙储在光盘上. 如果把极其宝贵的资源按照过去的方式做在光盘上, 也许还要花费大量的人力和物力制作网络版的多媒体内容.

本课程的评估方法原则上采用“基础知识书面考试约占50％十多媒体网负设计与制作约占50％”. 对于不同专业的学生, 拟在评估标准或在所占分数的比例上加以调整.

在编写本教材的过程中, 虽然阅读了大量的文献资料, 也曾做过许多具体的实际工作, 但本书的内容仅仅是根据当前的认识水平选定的. 本教材共有19章, 当然它不可能包罗万象, 有些读者需要的内容可能没有反映在教材中, 而有些读者已经熟悉的内容又可能出现在教材中. 按需选用是很自然的事, 现在干什么都要按需. 虽然对本教材作了几次修改和补充, 但总觉得还有很多要修改和补充的地方, 留下很多的遗憾. 衷心希望读者不吝惜自己的智慧, 提出宝贵的批评和建议.

衷心感谢中国科学院院士张钹教授的指导和支持. 还要感谢为开设“多媒体技术基础与应用”课程做出过努力的老师和学生.

林福宗

2000年1月20日