1.3 多媒体产生的技术背景

一种新技术的产生与发展往往是与其特定的技术背景相联系的，是以其他有关技术的发展作为基础的。实际上，多媒体技术之所以能够在20世纪80年代末期出现，主要得益于下述几个方面的技术成果。

1.3.1 图像压缩编码技术的成熟

在通信领域中，人人都知道数字通信具有模拟信号通信所无法比拟的优越性。模拟信号在传输过程中产生了失真或者混进去噪声，在接收端难以使其恢复原形。数字信号则不同，因为发送的脉冲信号形状是已知的，如果在传输中产生失真或叠加上噪声，在接收端经过放大、幅度切割等整形处理，失真和噪声则被消除，又恢复成原来的形状。

数字通信的缺点是将模拟信号变为数字信号以后，对信道带宽的要求大幅度增加。以电话为例，一个模拟话路只需要3.4kHz的带宽。变成数字信号时，取样频率取8kHz（根据取样定理，取样频率的数值最低不得低于被取样信号的最高频率的2倍），每个取样点采用8比特量化，一路数字电话的数据率则为64kb/s。当用二进制码传输时，每赫兹带宽最高只能传送2b/s（采用多进制码传输时，这个数字可以高一些）。可见一路电话从模拟传送改为数字传送，对信道带宽的要求提高了很多。彩色电视所遇到的情况则更为困难。我们在1.2节里已粗略地估算了彩色电视信号的数据率。按照国际标准，一路按分量进行编码的彩色电视信号（不包括伴音）的数据率R＝216Mb/s，而一路模拟彩色电视信号的带宽只有6MHz。正是由于这个原因，虽然早在1937年A.Reeues就发明了PCM（脉冲编码调制），但数字通信得到广泛的应用还是在20世纪70年代之后。

要以数字方式传输电视信号，必须解决数据率的压缩问题。人们对信源压缩编码已进行了几十年的深入研究，进入20世纪80年代，这项技术已经较为成熟，能够将数字电视信号数据率实时地压缩到34Mb/s左右。这里所讲的技术的成熟是指压缩方法，而实时是指压缩与解压缩的速度跟得上25帧/秒、或30帧/秒的图像显示要求。处理速度的高低取决于用以实现压缩和解压缩的电子电路的集成化水平。

人们研究数字电视信号的压缩编码问题的最初出发点，是要解决电视信号长距离传输中的抗干扰（失真、噪声）问题，也就是说，将电视台要发出的信号数字化，然后压缩编码以求用较低的数据率传送，传到目的地以后（如从北京传到上海），数字信号经过切割整形，再还原为模拟信号，送到本地发射机发射出去。因此在多媒体出现之前的几十年中，电视信号的压缩编码一直是针对通信领域中的应用的。

将图像压缩编码的研究成果应用到计算机领域则导致了新技术的产生。当DVI技术与世人见面时，它已经能够将图像信号和伴音信号压缩100倍以上（包括适当地将电视信号的图像分辨率降低），其速率为1.2～1.4Mb/s，这使得活动图像数据能够在当时的计算机总线上传输，从而成为计算机可以处理的数据类型之一。同时也使得1张CD-ROM能记录74分钟的电视节目，如果数字电视信号没有经过压缩，则只能记录30秒钟的电视节目。

1.3.2 大规模集成电路技术的发展

代表大规模集成电路技术水平的主要参数之一是制作在芯片上的线的宽度。线宽做得越窄，一块芯片上能容纳的元件便越多，集成度也便越高。至20世纪80年代末，已经能在芯片上制作线宽小于0.5μm的线了。在多媒体技术发展初期，CPU（如80286）的处理能力还比较低，那时数据的压缩和解压缩运算要靠专用的芯片来完成。在Intel公司的DVI技术中，图像的压缩、解压缩是用2个芯片来完成的，其中每个包含有26万多个晶体管。这个数字清楚地表明，要实时地将彩色电视信号的数据率压缩到几个Mb/s以下，电路的集成度不高是无法实现的。

让我们看一下这几个数字，286CPU只集成了13.4万只晶体管，386CPU则有27.5万只，发展到486、586（P5）和686（P6）时，CPU内集成的晶体管数分别为120万、300万和350万只。这些数字充分说明了大规模集成电路技术发展之迅速，从而也为多媒体技术的发展提供了良好的条件。要使多媒体终端的成本降低到普通家庭的购买力能接受的水平，使之能像现在电话机这样普及，在很大程度上也要有赖于大规模集成电路技术的发展。

1.3.3 大容量数字存储技术的发展

激光视盘（LVD，后称LD）是20世纪70年代研究成功的，能够在1张直径12英寸的大盘上记录大约30分钟的电视节目。LVD的出现最初并没有引起太大的重视，人们的注意力还集中在探讨究竟光盘机与磁带录像机哪一种技术更有发展前途。光盘记录技术于1982年被用来记录音乐、流行歌曲，1张5英直径的小盘CD（Compact Disc）能够记录超过70分钟的数字化的、高质量的音乐节目。CD的出现与迅速发展提醒了人们用它来记录计算机程序与数据。

用来记录计算机数据的光盘与记录音乐的光盘有不同的技术要求。首先，音乐的播放通常是顺序进行的，即从头至尾地播放；当需要从这个曲子跳到另一个时，跳跃的间隔也比较大。计算机数据的读取则不同，它要求可以从光盘的任何一点取出数据，这通常称为随机访问（Random Access）。其次，个别数据发生错误将降低音乐播放的质量，但是CD的误码率在不高于10－8时，人们并不容易察觉到播放质量的降低。而对于计算机数据而言，这个错误率是不能容忍的。

随着光盘技术的发展，随机访问问题的解决，并且能够将误码率降低至10－12，于1984年出现了记录计算机数据的CD-ROM（Read Only Memery）。最初1张CD-ROM的存储容量为660～1080MB，读取速率是150kB/s，寻道时间（即找到文件的起始位置的时间）为几百毫秒。至此，光盘的容量已经满足存储一个电影节目（1小时左右）的要求，而读出速率已经足够支持实时地提取已压缩的活动图像数据流的需要（1.2Mb/s），这就为多媒体技术的诞生提供了另一个必要条件。

差不多与CD-ROM迅速得到广泛应用的同时，只写一次光盘（Write Once）研究成功。这种12英寸的光盘最初能记录1GB的数据，后来其容量也迅速扩展到5GB和10GB。

近年来可读/写光盘和计算机硬盘的容量迅速增大，并出现了磁盘阵列、光盘阵列等大型数据存储设备，为多媒体技术的实际应用和全面发展提供了充分的条件。