无连接的数据报服务的特点是:某一主机想要发送数据就随时可以发送,每个报文分组独立地选择路由,这样做的好处是报文分组所经过的结点交换机不需要事先为该报文分组预先保留一些资源,而是对分组在进行传输时动态地分配给其资源。由于每个报文分组走不同的路径,所以数据报服务不能保证先发送出去的报文分组先到达目的主机,也就是说这种数据报服务的报文分组不能按序交给目的主机,因此目的站就必须对收到的报文分组进行缓冲,并且重新组装成报文再传送给目的主机。当网络发生拥塞时,网络中的某个结点可以将一些分组丢弃,所以数据报的服务是不可靠的,它不能保证服务质量。另外数据报服务的每一个报文分组都有一个报文分组头,它包含着一些控制信息,如源地址、目的主机地址和报文分组号等源信息。其中源地址、目的地址作用是,可使每个报文分组独立选择路由所必需的信息。报文分组号作用是为了使目的站能对收到的报文分组进行重新排序,但这个报文分组头无形中增加了网络传输的数据量。
4.Internet
(1)Internet 及意义
Internet 是一种国际互联网,它是通过分层结构实现的,包括物理网、协议、应用软件和信息4大部分。Internet 上的资源是极为丰富的,可以说,人类知识的每一方面,都可以在网上找到。Internet 的核心内容是全球信息共享,包括文本、声音、图像等多媒体信息。本质是高速数字化的通信网络。
(2)Internet 的功能和工作方式
Internet 上的资源分为信息资源和服务资源两类。其功能主要有5个方面:即网上信息查询、网上交流、电子邮件、文件传输和远程登录。
(3)IP 地址与子网掩码
在Internet 上为每台计算机指定的地址称为IP 地址。IP 地址规定Internet中每个结点都要有一个统一格式的32位地址,具体含义是:
它是Internet 上通用的地址格式;
Internet 上的每台计算机,包括主机、路由器都必须有IP 地址;
IP 地址是唯一的。
所有的IP 地址都要由国际组织——NIC(Net Information Center)统一分配。目前全球共有三个这样的网络信息中心,它们分别是:Inter NIC(负责美国及其他地区)、ENIC(负责欧洲地区)、APNIC(负责亚太地区)。在中国是由中国互联网络信息中心(CINIC)负责。
子网掩码的作用是识别子网和判别主机属于哪一个网络。同样用一个32位的二进数表示,采用和IP 地址一样的点十进制记法。当主机之间进行数据交换时,通过子网掩码与IP 地址的逻辑与运算,可分离出网络地址,达到正确传输数据分组的目的。设置子网掩码的规则是:凡IP 地址中表示网络地址部分的那些位,在子网掩码的对应位上置1,表示主机地址部分的那些位设置为0。
例如一个C 类IP 地址202.112.1.36,网络地址共3个字节,故其子网掩码是255.255.255.0。而一个B 类IP 地址的子网掩码是255.255.0.0,一个A 类IP 地址的子网掩码是255.0.0.0。
(4)下一代的网际协议IPv6
IPv6主要在以下几个方面进行了扩充和改进。
IPv6把原来IPv4地址增大到了128bit,其地址空间大约是3.4×1038,是原来IPv4地址空间的296倍;
IPv6没有完全抛弃原来的IPv4,且允许与IPv4在若干年内共存。它使用一系列固定格式的扩展首部取代了IPv4中可变长度的选项字段;
与原来的IPv4相比,IPv6对IP 数据报协议单元的头部进行了简化,仅包含7个字段(IPv4有13个),这样,数据报文经过中间的各个路由器时,各个路由器对其处理的速度可以更快,从而可提高网络吞吐率;
IPv6另一个主要的改进体现在安全性上。
(5)Internet 的基本服务功能
Internet 的信息服务方式可分为基本服务和扩充服务两种,基本服务方式有电子邮件、远程登录和文件传输;扩充服务方式有基于电子邮件的电子公告板和电子杂志、名录服务、查询服务、万维网(WWW)服务等。
2.3 多媒体技术
多媒体技术是将数据、文字、声音、音乐、动画、视频、图像等信息媒体综合于一体,通过计算机进行数字化处理,以实现用一种传输系统处理多种媒体信息的新型信息技术。作为多媒体技术核心的视频技术、音频技术、信息压缩和解压技术、图像技术、高密度存储技术等日臻完善。多媒体硬件系统、操作系统平台、窗口系统、多媒体创作工具等正日趋成熟。多媒体技术在传媒行业尤其是在广播电视工作中的应用越来越普遍。字幕、动画、音视频前期摄制、后期制作、编辑、绘画特技等许多方面都由于多媒体技术的广泛采用而使广播电视传媒的工作发生了深刻的变革。
2.3.1 多媒体的基本概念
媒体是指信息表示和传播的载体。例如,文字、声音、图形和图像等都是媒体。在计算机里这些媒体的定义有:
感觉媒体:感觉媒体是指人的感官能直接接收和感觉到的信息载体。例如,各种语言、播放的音乐、自然界的各种声音、图形、图像、气味、温度等都是感觉媒体。
表示媒体:表示媒体是将感觉媒体人为地进行构造编排产生的各种编码,如语言文字编码、文本数字编码、图像编码等。
表现媒体:表现媒体是计算机用于体现感觉媒体和表示媒体的输入输出设备,如键盘、摄像机、光笔、话筒、显示器、打印机等。
存储媒体:存储媒体是用来存放表示媒体,即存放各种信息编码的物理设备。如半导体存储器、软磁盘、硬磁盘、磁带和CD‐ROM 等。
传输媒体:传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体,如双绞线、同轴电缆、光纤等。
计算机多媒体技术是由一套复杂的硬件和软件有机结合的综合系统。硬件系统包括计算机硬件、声音/视频处理器、多媒体输入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等;软件系统包括多媒体工作平台、媒体处理系统工具和用户应用软件。
2.3.2 多媒体计算机
具有多媒体功能的计算机叫多媒体计算机(MPC),多媒体计算机主要在CPU性能、光驱、硬盘容量以及多媒体设备方面对计算机提出了更高的要求。
MPC 的主要硬件配置除了计算机必须的主机(CPU、内存)和外设(硬盘、显示器、键盘、鼠标)、显示卡外,还应包括DVD‐ROM、音频卡和音响、视频卡(不是必需)等。DVD‐ROM 可解读大容量的光盘,解决多媒体信息的大容量存储问题;音频卡完成声音信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等功能,并提供各种声音设备的接口与集成能力;视频卡以硬件方式快速有效地解决活动图像信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等重要视频处理和标准化问题,并提供各种视频设备的接口与集成能力,为多媒体计算机与电视机、录音机、摄像机提供一个接口。
2.3.3 多媒体信息的处理过程
在处理多媒体信息时,应具有转换、集成、管理、控制、传输和交互等功能。
转换:转换包括两个方面的处理工作,一是负责采集感觉媒体的信息,并将它转换成计算机能够识别的数字信号即转换成表示媒体。二是将表示媒体中的各种数字编码还原,转换成人们所能接受的感觉媒体形式。
集成:集成的对象分为两种,一是各种表示媒体,即各种编码进行组合供转换处理;二是感觉媒体中的各种信息,即对声音和图像信息进行综合处理。
管理和控制:在使用媒体信息过程中对各种媒体素材进行编辑、剪裁和重组等操作。
传输:将处理后的媒体信息通过传输介质,以各种方式传递给其他用户。
交互:在多媒体计算机上利用计算机的各种查询技术对各种媒体信息进行查找,实现人机交互的使用方法。
在实现以上功能时,多媒体计算机涉及的关键技术有数字化技术和数据的压缩、解压缩技术等。
2.3.4 图像与图形信息处理技术
计算机中的数字图像按其生成方法可以分为两大类,一类是从现实世界中通过数字化设备获取的图像,它们称为取样图像(Sampled Image)、点阵图像(Dot Matrix Image)和位图图像(Bitmap Image),以下简称图像(Image);另一类是计算机合成的图像(Synthetic Image),它们称为矢量图像(VectorImage),以下简称图形(Graphics)。
1.图像的数字化
从现实世界中获取数字图像的过程称为图像的获取(capturing),所使用的设备称为图像获取设备,如扫描仪、数码相机和数字摄像机等。图像获取的过程实质上是模拟信号的数字化过程,它的处理步骤大体分为三步:取样、分色和量化。
(1)取样
将画面划分为M×N 个网格,每个网格称为一个取样点。这样,一幅模拟图像就转换为M×N 个取样点组成的一个阵列。
(2)分色
将彩色图像取样点的颜色分解成3个基色(如R、G、B三基色),即每个取样点用3个亮度值来表示,称为3个颜色分量;如果不是彩色图像(即灰度图像或黑白图像),则每一个取样点只有一个亮度值。
(3)量化
对取样点的每个分量进行A/D转换,把模拟量的亮度值用数字量(一般是8位到12位正整数)来表示。
一幅不经压缩的图像数据量可按下面的公式计算(以字节为单位) :
图像数据量= 图像水平分辨率×图像垂直分辨率×像素深度/8所谓像素的深度是指表示每个取样点的颜色值所采用的数据位数。一幅640×480分辨率(即640×480个采样点)的图像若分成红、绿、蓝三色,并且每一颜色分量的亮度用八位二进制数来表示,则可以计算出图像的数据量。
由于每一个采样点有三个颜色分量,而且每个颜色分量用八位来量化,所以每一个采样点的数据位数为8+ 8+ 8= 24(bits),这就是像素深度。再根据以上公式,此图像数据量为640×480×24/8= 900(KB)。
2.图像的压缩编码
一幅未经压缩的图像的数据量是比较大的。这既不方便存储(浪费空间),也不利于图像在Internet 上传输,因此进行图像压缩就显得特别重要。
由于数字图像中的数据相关性很强,或者说数据的冗余度很大,因此对数字图像进行大幅度压缩是完全可能的。而且,人眼的视觉有一定的局限性,即使压缩前后的图像有一定的失真,只要限制在人眼无法察觉的误差范围之内,也是允许的。
数据压缩可分成两种类型,一种是无损压缩,另一种是有损压缩。无损压缩是指把压缩以后的数据进行图像还原(即解压缩)时,重建的图像与原始图像完全相同,例如行程长度编码(RLC)、哈夫曼(Huffman)编码等。有损压缩是指对压缩后的数据进行图像重建时,重建的图像与原始图像有一定的误差,但这种误差应不影响人们对图像含义的正确理解。常见的有损压缩编码有变换编码和矢量编码等。
为了便于在不同的系统中交换图像数据,人们为计算机中使用的图像压缩编码方法制订了一些国际标准和工业标准。如JPEG,它是一个静止图像数据压缩编码国际标准。JPEG 的适用范围比较广,能处理各种连续色调的彩色或灰度图像,其算法复杂度适中,既可用硬件实现,也可用软件实现。另外,JPEG 图像的压缩比是用户可以控制的。压缩比越低,图像质量越好,反之,质量越差。
3.计算机图形
与从实际景物获取其数字图像的方法不同,人们也可以对景物(无论是真实的还是假想的)的结构、形状与外貌使用计算机进行描述,需要显示它们的图像时,计算机可根据其描述和用户的观察位置及光线的设定,生成该景物的图像。景物在计算机内的描述即为该景物的模型,人们进行景物描述的过程称为景物建模。根据景物的模型生成图像的过程称为“绘制”,也叫做图像的合成,所产生的数字图像称为计算机合成图像。研究如何使用计算机描述景物并生成其图像的原理、方法和技术称为“计算机图形学”。
在计算机中为景物建模的方法有多种,它与景物的类型有密切关系。以普通工业产品(如电视机、电话机、汽车和飞机等)为例,它们可以使用基本几何元素(如点、线、面和体等)及表面材料的性质等进行描述,所建立的模型称为“几何模型”。按照所使用的几何元素类型,几何模型主要可分为线框模型、曲面模型和实体模型三种,它们在许多方面有着重要的应用。
在现实世界中,还有许多景物是很难使用几何模型来描述的,例如树木、花草等。对于这些景物,需要找出它们的生成规律,并使用相应的算法来描述其规律,这种模型称为过程模型或算法模型。分形模型就是过程模型的一种特例。