多媒体系统软硬件环境=创新教育基础与实践=大连理

多媒体系统软硬件环境大连理工大学创新实验学院1多媒体计算机系统多媒体计算机系统不是单一的技术，而是多种信息技术的集成，是把多种技术综合应用到一个计算机系统中，实现信息输入、信息处理、信息输出等多种功能。一个完整的多媒体计算机系统由多媒体计算机硬件和多媒体计算机软件两部分组成。多媒体硬件环境1.光存储设备1.1光存储的类型只读型光存储系统只读型光盘包括LV和CD-ROM等。CD-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）只读式压缩光盘，其技术来源于激光唱盘，形状也类似于激光唱盘，能够存储650MB左右的数据。用户只能从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。只读型光驱只读型光盘1.1光存储的类型一次写型光存储系统一次写（WORM）光存储系统可一次写入，任意多次读出。与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定记录内容的优点。一次写型光驱一次写型光盘1.1光存储的类型可重写型光存储系统可重写光盘（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盘一样可任意读写数据。分为两种磁光型（MagneticOptical，简称MO）相变型（PhaseChange，简称PC）两种形式。磁光型可重写光驱相变型可重写光驱与光盘1.2光存储格式标准和类型CD-DA（CD-DigitalAudio）是为激光数字音频唱盘制定的规格。它是CD标准的第一个文本，属于红皮书（RedBook）规格。CD-ROMCD-ROM逻辑格式，1988年正式作为国际标准IS09660，黄皮书（YellowBook）。CD-G（CD-Graphics）

是1985年出现的遵循红皮书规格的光盘，主要用于存储静止画面。CD-WORM（CD-WriteOnceReadMany）属于蓝皮书（BlueBook）规格，实现了光盘的一次写多次读的功能。CD-I（CD-Interactive）

CD-I（CD-Interactive）属于绿皮书（GreenBook）规格。它在CD-ROM规格的基础上补充了音频、视频和计算机程序方面的规定。1988年出现了CD-I交互式光盘系统，1992年底出现了第二代CD-I，可播放互动式电影。1.2光存储格式标准和类型CD-V（CD-Video）

CD-V（CD-Video）与CD-G一样，是红皮书标准的延伸，用于影碟机，其视频信号可以输出到电视机上。CD-ROMXA（ExtendedArchitecture）它是Philips、SONY和Microsoft制定的CD-ROM扩展结构。CD-ROMXA扩充了对数字音频信号的编码，目的是为了弥补推出CD—I规格带来的问题。该规格也称为黄皮书的第二组标准。CD-R（CD-Recordable）属于橙皮书（OrangeBook）规格。它在黄皮书的基础上增加了可写入的多种CD格式标准。是一种可刻录光盘，可以多次在CD空余部分写入数据。什么是PhotoCDPhotoCD是一种像片光盘，允许多段追入记录，属于白皮书（WhiteBook）标准。该规格也称为黄皮书的第二组标准。1.2光存储格式标准和类型光盘CD系列LVCD-ROMCD-GCD-DACD-VWORMPhoto-CDCD-RDVDVCDCD-ROMXADVICD-ICD-MO磁光（MOD）磁光（PCD）只写一次可重写只读数字模拟数字声音卡拉OK数字+模拟1.3光存储系统的技术指标尺寸LV的直径为12英寸（300mm）CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸（120mm）WORM一次写光盘为14.12英寸和5.25英寸可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。容量格式化容量格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。对于SONY的SMO-D501光盘，若格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只有297MB。

用户容量用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。CD-ROM的容量为550MB和680MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM的容量标为550MB。

1.3光存存储储系系统统的的技技术术指指标标平均均存存取取时时间间平均均存存取取时时间间是是指指从从计计算算机机向向光光盘盘驱驱动动器器发发出出命命令令开开始始，，到到光光盘盘驱驱动动器器在在光光盘盘上上找找到到需需读读/写写的的信信息息的的位位置置并并接接受受读读/写写命命令令为为止止的的一一段段时时间间。。平均寻道道时间光学头沿沿半径移移动全程程1/3长度所所需的时时间为平平均寻道道时间。。平均等待待时间盘片旋转转半周的的时间为为平均等等待时间间。把平均寻寻道时间间、平均均等待时时间和读读/写光光学头稳稳定时间间相加，，就得到到平均存存取时间间。误码率率采用复复杂的的纠错错编码码可以以降低低误码码率。。存储储数字字或程程序对对误码码率的的要求求高，，存储储图像像或声声音数数据对对误码码率的的要求求较低低。CD-ROM要求的的误码码率为为10-12—10-16。平均无无故障障时间间(MTBP)要求达达到25000小时时。1.3光存储储系统统的技技术指指标数据传传输率率数据传传输率率数据传传输率率一般般是指指单位位时间间内光光盘驱驱动器器送出出的数数据比比特数数。该该数值值与光光盘转转速和和存储储密度度有关关。CD-ROM，，其数据据传输输率已已从初初期的的150KB/s提高到到6MB/s。。同步传传输率率、异异步传传输率率和DMA传输率率数据传传输率率也指指控制制器与与主机机之间间的传传输速速率。。它与与接口口规范范和控控制器器内的的缓冲冲器大大小有有关。。SCSI接口的的同步步传输输率为为4MB/s，，异步传传输率率为1.5MB/s。。AT总线规规定的的DMA方式的的传输输率为为1MB/s。。突发传传输率率光盘驱驱动器器或控控制器器中都都包含含有一一个64K、256K或512K的缓冲冲存储储器。。为了了提高高数据据传输输率，，读数数据过过程中中先把把数据据存入入缓冲冲器，，再进进行集集中传传送；；如果果下次次读取取同一一内容容，就就不必必从光光盘上上去读读取，，直接接把缓缓冲器器中的的数据据传送送给主主机就就可以以了，，这种种传输输率称称为突突发传传输率率。持续传传输率率当传送送的数数据量量很大大时，，缓冲冲器就就起不不到提提高传传输率率的作作用了了，这这时的的传输输率称称为持持续传传输率率。多媒体体硬件件环境境2.音频接接口2.1音频卡卡的工工作原原理音频卡卡处理音音频信信号的的PC插卡是是音频频卡（AudioCard）），又称声声音卡卡，声声音卡卡处理理的音音频媒媒体有有数字字化声声音（Wave））、合成音音乐（MIDI））、CD音频。。音频卡卡的功功能音频的的录制制与播播放编辑与与合成成MIDI接口文–语语转换换CD-ROM接口游戏接接口支持全全双工工功能能2.1音频卡卡的工工作原原理声音的的工作作原理理从模拟到数字声源声波传声器模拟电信号数字声音2.1音频卡卡的工工作原原理音频卡卡的体体系结结构音频卡卡由下下列部部件组组成：：MIDI输入/输出出电路路；MIDI合成器器芯片片；用来把把CD音频输输入与与线输输入相相混合合电路路；带有脉脉冲编编码调调制电电路的的模数数转换换器，，用于于把模模拟信信号转转换为为数字字信号号以生生成波波形文文件；；用来压压缩和和解压压音频频文件件的压压缩芯芯片；；用来合合成语语音输输出的的语音音合成成器；；用来识识别语语音输输入的的语音音识别别电路路；输出立立体声声的音音频输输出或或线输输出的的输出出电路路等。。2.1音频卡卡的工工作原原理合成器器波形表表（WaveTable）合成成频率调调制FM合成2.2音频合合成和和MIDI接口规规范MIDIMIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是指指乐器器数字字接口口，是是数字字音乐乐的国国际标标准。。MIDI的音乐乐符号号化过过程实实际上上就是是产生生MIDI协议信信息的的过程程。音乐合合成器器是电电脑音音乐系系统中中最重重要的的设备备之一一。。MIDI术语MIDI文件通道Channels音序器器Sequencer合成器器Synthesizer乐器Instrument通道映映象ChannelMapping复音Polyphony音色Timbre音轨Track合成音音色映映射程程序PatchMapper2.2音频合合成和和MIDI接口规规范MIDI接口MIDIIn（输入入口））接收从从其他他MIDI装置传传来的的消息息。MIDIOut（输出出口））发送某某装置置生成成的原原始MIDI消息。。向其其他设设备发发送MIDI消息。。MIDIThru（转发发口））传送从从输人人口接接收的的消息息到其其他MIDI装置。。向其其他设设备发发送MIDI消息。。多媒体体硬件件环境境3.视频接接口3.1视频图图像显显示概述为了显显示原原始图图像（（这里里使用用的““图像像”是是泛指指，包包括全全运动动视频频）的的可接接受的的复制制图，，需要要使用用各种种显示示系统统技术术来解解码信信号和和压缩缩数据据。显示系系统技技术VGA混合可伸缩缩的VGA混合双缓冲冲VGA混合/伸缩视频显显示技技术标标准第一代代标准准：MDA和CGA第二代代标准准：EGA第三代代标准准：VGA采用256K种颜色色的调调色板板及用用模拟拟量输输出，，使显显示的的颜色色更加加逼真真第四四代代标标准准：：XGAl990年IBM公司司宣宣布布了了XGA高性性能能的的视视频频子子系系统统3.2视频频卡卡的的分分类类和和功功能能简简介介视频频采采集集卡卡将视视频频信信号号连连续续转转换换成成计计算算机机存存储储的的数数字字视视频频信信号号（（离离散散））保保存存在在计计算算机机中中或或在在VGA显示示器器上上显显示示，，完完成成这这种种功功能能的的视视频频卡卡称称之之为为视视频频采采集集卡卡，，或或称称为为视视频频转转换换卡卡。。如如果果能能够够实实时时完完成成压压缩缩，，则则称称实实时时压压缩缩卡卡。。通通常常可可将将外外部部视视频频输输入入信信号号叠叠加加在在显显示示器器上上，，并并将将视视频频输输入入信信号号变变换换成成计计算算机机可可存存储储的的信信息息保保存存在在硬硬盘盘中中。。只只能能单单帧帧捕捕获获的的，，称称为为图图像像卡卡。。视频播放卡将压缩保存在在计算机中的的视频信号数数据在计算机机的显示器上上播放出来的的这种卡称之之为视频播放放卡，或称解解压缩卡，也也称之为电影影卡。电视转换卡电视转换卡分分为两类：电电视卡和TV编码器。电视卡：是将将标准的NTSC、PAL、SECAM电视信号转换换成VGA信号在计算机机屏幕上显示示TV编码器：它将将计算机的VGA信号转换为NTSC、PAL、SECAM等标准的信号号在电视上播播放或进行录录像，3.2视频卡的分类类和功能简介介视频卡的主要要功能全活动数字图图像的显示、、抓取、录制制、支持MicrosoftVideoforWindows；可以从录像机机（VCR）、摄像机、、ID、IV等视频源中抓抓取定格，存存储输出图像像；近似真彩色YUV格式图像缓冲冲区，并可将将缓冲区映射射到高端内存存；可按比例缩放放、剪切、移移动、扫描视视频图像；色度、饱和度度、亮度、对对比度及R、G、B三色比例可调调；可用软件选端端口地址和IRQ；具有若干个可可用软件相互互切换的视频频输入源，以以其中一个做做活动显示。。多媒体硬件环环境4.多媒体I/O设备4.1笔输入手写板和手写写笔电阻式压力板板、电磁式感感应板和近期期发展的电容容式触控板。。4.2触摸屏概述触摸屏（TouchScreen）是一种定位位设备当用户用手指指或者其他设设备触摸安装装在计算机显显示器前面的的触摸屏时，，所摸到的位位置（以坐标标形式）被触触摸屏控制器器检测到，并并通过串行口口或者其他接接口（如键盘盘）送到CPU，从而确定用用户所输入的的信息。改善人与计算算机的交互方方式，触摸屏的分类类按安装方式分分类外挂式内置式整体式投影仪式从结构特性与与技术分类红外：使用红红外线传感器器，这是一种种需要特殊框框的触摸屏形形式；电阻膜：使用用电阻性传感感器，其主要要结构是电阻阻膜；电容：使用电电容性传感器器，利用人体体所带电荷的的电容感应作作用工作；；表面声波：使使用声波传感感器，由声波波传感器和反反射器组成；；压力矢量：使使用压力矢量量传感器，利利用显示器下下的垫感受压压力4.3扫描仪概述扫描仪（Scanner）是一种图像像输入设备，，利用光电转转换原理，通通过扫描仪光光电的移动或或原稿的移动动，把黑白或或彩色的原稿稿信息数字化化后输入到计计算机中。扫描仪的种类类手动式扫描仪平面式扫描仪滚筒式扫描仪仪胶片扫描仪便挟扫描仪4.4数码相机原理数字照相机不不用胶片，而而使用CCD阵列，把来自自CCD阵列的电压信信号送到模数数转换器后，，变换成图像像的像素值。。4.5虚拟现实的三三维交互工具具踪探测设备跟踪器跟踪球手数字化设备备立体显示设备备头盔显示器立体眼镜4.6输入输出接口口SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）即“小型计算算机系统接口口”是当今世世界上最流行行的用于小型型机、工作站站和微机的输输入输出设备备标准接口。。USB接口USB是英文文UniversalSerialBus的缩写写，中中文含含义是是“通通用串串行总总线””。它它不不是一一种新新的总总线标标准，，而是是应用用在PC领域的新型型接口技术术。USB目标想把各各种不同的的接口统一一起来，使使用一个4针插头作为为标准插头头。通过这这个标准插插头，采用用菊花链形形式可以把把所有的外外设连接起起来，并且且不会损失失带宽。也也就是说，，USB将取代当前前PC上的串口和和并口USB分为五个部部分：控制器控制器驱动动程序USB芯片驱动程程序USB设备针对不同USB设备的客户户驱动程序序多媒体软件件基础多媒体硬件多媒体应用多媒体驱动程序多媒体操作系统多媒体工具软件（准备、创作、使用、维护……）多媒体应用软件（数据库、超媒体……）多媒体应用系统（会议系统、VOD……）用户用户用户多媒体软件系统层次多媒体软件件基础多媒体驱动动软件多媒体软件件中直接和和硬件打交交道的软件件称为驱动动程序，它它完成设备备的初始化化、各种设设各操作以以及设备的的打开、关关闭、基于于硬件的压压缩解压、、图像快速速变换等基基本径件功功能调用等等等。这种种软件一般般随着硬件件提供。多媒体软件件基础支持多媒体体的操作系系统或操作作环境多媒体操作作系统，又又称多媒体体核心系统统(MultimediaKernelSystem)。它应具有实实时任务调调度、多媒媒体数据转转换和同步步控制机制制，对多媒媒体设备的的驱动和控控制，以及及具有图形形和声像功功能的用户户接口等。。一船是