第02章多媒体信息处理系统环境

第二章多媒体信息处理系统环境主讲人：杨帆1第2章多媒体信息处理系统环境本章导读多媒体计算机系统是多媒体信息处理、多媒体应用开发和应用多媒体系统的基本环境。本章介绍多媒体计算机系统的基本组成和结构，说明具体产品中两种不同的多媒体计算机系统PowerMac系统环境和MPC系统环境。然后，以MPC系统环境为主，介绍多媒体计算机系统的基本硬件系统（主要包括CPU、显示卡、音频卡、视频卡等）、基本软件系统（包括多媒体操作系统、驱动程序、多媒体开发工具软件等）以及常用的多媒体输入/输出设备等。主讲人：杨帆2第2章多媒体信息处理系统环境本章主要内容：2.1多媒体系统环境简介2.2MPC的基本硬件2.3MPC的软件系统2.4数字图像输入设备2.5其它常用外设主讲人：杨帆3第2章多媒体信息处理系统环境2.1多媒体系统环境简介从用户的角度看，多媒体计算机系统是一个以多媒体计算机为核心的连接各类多媒体I/O设备的应用系统，如下图。2.1.1多媒体系统的组成音频卡视频卡到因特网光驱语音输入设备音频设备音箱MIDI设备彩色打印机扫描仪数码照相机模拟视频源数字摄像头电视机摄像机多媒体计算机各类存储卡接口主讲人：杨帆4第2章多媒体信息处理系统环境逻辑结构（层次结构）多媒体I/O驱动程序多媒体扩展硬件（音、视频卡）计算机硬件多媒体操作系统用户多媒体应用系统多媒体开发工具其它多媒体I/O设备A层B层C层D层E层F层硬件软件

由下向上由A-F共六个层次组成，其中A、B两层构成了多媒体系统的硬件部分，C-F层构成了多媒体系统的软件部分。

主讲人：杨帆5第2章多媒体信息处理系统环境1、多媒体硬件

（1）计算机硬件

是指具备多媒体信息处理能力的计算机基本部件，主要包括CPU、内存、外存（磁盘、光盘）、显示系统（显示卡、显示器）以及基本输入输出设备。

性能：涉及CPU主频、内存容量、硬盘容量、光盘驱动器性能、图形/图像性能、MPEG支持以及操作系统版本等多项指标。

特点：是速度快、容量大、显示色彩丰富。

主讲人：杨帆6第2章多媒体信息处理系统环境

（2）其他多媒体I/O设备

主要包括以下五类：视频、音频、图像输入设备：如摄像机、录像机、数码照相机、话筒、扫描仪等。视频、音频输出设备：如电视机、投影仪、音响等。人机交互设备：例如键盘、鼠标、触摸屏、显示器、彩色打印机、光笔等。存储设备：如软盘、硬盘、磁带、USB移动盘、各种光盘、磁盘阵列等。通信设备：宽带网络等。主讲人：杨帆7第2章多媒体信息处理系统环境

（3）多媒体扩展硬件

主要指用于连接和控制多媒体I/O设备的接口部件，如声卡、视频卡等。这一层的主要功能是连接、控制多媒体硬件设备，完成音/视频等多媒体信息压缩与解压缩功能。

主讲人：杨帆8第2章多媒体信息处理系统环境

2、多媒体软件

（1）多媒体I/O驱动主要指各种硬件的驱动程序。主要功能是联接、驱动硬件设备，并提供软件编程接口，以便于高层软件调用。

（2）多媒体操作系统是多媒体高层软件与硬件之间交换信息的桥梁，是用户使用多媒体设备的操作接口。主要包括三大功能：

向用户提供操作使用多媒体设备的操作接口向用户提供多媒体程序设计的程序调用接口提供一般操作系统的管理功能（如各种媒体的大容量文件存储管理）。主讲人：杨帆9第2章多媒体信息处理系统环境

（3）多媒体工具集成了用于多媒体信息处理、多媒体应用创作与开发的各种工具软件，它向用户提供各种媒体信息的编辑处理能力、多种媒体信息的集成交互能力和多媒体应用系统的开发能力，从而构成一个高效方便的多媒体集成环境。

（4）多媒体应用系统位于多媒体计算机系统的最高层，是利用多媒体创作工具设计开发的面向应用领域的多媒体软件系统。

本层的最大特点是直接面向用户，强调人性化的交互界面以及简单高效的人机交互性。主讲人：杨帆10第2章多媒体信息处理系统环境1.PowerMac系统:是由Apple公司的PowerMac系列机和MacOSX系列操作系统组成的多媒体计算机系统。采用Motorola和IBM公司生产的系列处理机芯片作为自己的CPU，整机具有良好的体系架构和整体设计，采用MacOSX系列操作系统，是与PC系列机完全不同的一种多媒体个人计算机系统，比同期的PC系列机具有较高的处理性能。MacOSX操作系统，其系统核心为UNIX，具有高可靠性和安全性，且外观人性化，系统资源占用较少。2.1.2两种不同的多媒体环境主讲人：杨帆11第2章多媒体信息处理系统环境（a）PowerPC970CPU（b）PowerMacG5双CPU结构

主讲人：杨帆12第2章多媒体信息处理系统环境2、MPC系统是以PC系列机和Windows系列操作系统组成的多媒体个人计算机系统，符合多媒体个人电脑（MultimediaPersonalComputer，MPC）规范。MPC其实并不是严格意义上的多媒体计算机，而是根据Windows操作系统的需求在基本硬件系统的基础上，扩展相应的声音、视频等多媒体处理硬件后组合而成的。MPC采用x86系列CPU，其基本硬件的所有部件都是以标准扩展配件的形式由任何厂家生产的，所以缺乏整体性能的优化设计，整体性能比不上同期的PowerMac系统。但由于应用软件丰富和价格等原因，MPC得到了广泛应用，特别是家用计算机方面。主讲人：杨帆13第2章多媒体信息处理系统环境

3、系统互联与跨平台问题

由于PowerMac系统与MPC系统属两种不同的系统，所以开发和应用就会遇到互联问题。目前的局域网络和互联网络均支持异构，实际工作中，可以通过网络连接两种系统平台，构成实用的使用环境。在建立多媒体应用环境或开发多媒体应用系统时，还应注意软件的跨平台问题，比如两种系统中的字体字号差异、文件格式差异等一些非常基础的问题。目前有许多软件同时提供PowerMac版和MPC版，但相互之间的转换仍是值得注意的问题。

由于MPC系统在国内得到了广泛的应用，所以下面将以MPC为主，介绍多媒体计算机系统的软硬件内容，部分内容也适应于PowerMac系统。主讲人：杨帆14第2章多媒体信息处理系统环境2.2MPC的基本硬件包括：主板、CPU、显示系统、存储系统、音视频系统、USB/1394接口、网络通信支持等

主板组成：各种电子元件、芯片或芯片插座（CPU、内存、I/O芯片组）、I/O插槽以及有关的I/O接口等。2.2.1主板主讲人：杨帆15第2章多媒体信息处理系统环境北桥芯片PCIPCI-E16XPCI-E1X南桥芯片SATA存储器插槽CPU插座IDE插座多媒体计算机主板图示主讲人：杨帆16第2章多媒体信息处理系统环境1、CPU支持主板对CPU的支持首先表现在所用的CPU插座类型上，主板对CPU的支持还表现在对外频和倍频的支持上。2、高性能芯片组芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存储器(简称内存)的类型和最大容量、ISA／PCI／AGP插槽、ECC纠错等支持，通常在主板上靠近CPU插槽的位置。南桥芯片则提供对键盘控制器(KBC)、实时时钟控制器(RTC)、通用串行总线(USB)、UltraDMA／33(66)EIDE数据传输方式和高级能源管理(ACPl)等的支持。北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥(HostBridge)。芯片组的优劣决定了MPC的系统支持能力。主讲人：杨帆17第2章多媒体信息处理系统环境3、内存寻址能力和双通道支持

主板所能支持的内存最大容量由CPU寻址能力、芯片组支持能力、主板物理架构等因素决定。

4．I/O插槽总线类型

PCI-EX16PCI-EX16PCI-EX16PCI-EX1新型I/O总线PCI-E主板对不同类型I/O插槽总线的支持，反映了主板与I/O接口卡的数据交换性能。新型主板除了继续支持PCI总线外，还支持新的PCI-E（PCI-Express）总线。主讲人：杨帆18第2章多媒体信息处理系统环境CPU负责信息的处理和控制，是MPC的核心部件。CPU的一个重要指标是主频，以Hz为单位，它决定MPC的运行速度。主要生产厂家有Intel公司、AMD公司、Cyrix公司、NexGen公司以及我国的神州龙芯公司。2.2.2CPU（a）龙芯1号（b）龙芯2号（c）龙芯2F主讲人：杨帆19第2章多媒体信息处理系统环境（a）IntelPentium4CPU(b)IntelCore2CPUIntel系列CPU产品主讲人：杨帆20第2章多媒体信息处理系统环境Intel与AMD主要CPU性能对比图Corei7975Corei7950Corei7920Core2Q9550Core2Q9400Core2Q8400Core2Q8200Core2E8400Core2E7400PentiumE6300PentiumE5300PentiumE2210CeleronE1500PhenomIIX4955PhenomIIX4945PhenomIIX4810PhenomIIX3720PhenomIIX3710PhenomIIX2550AthlonIIX2250AthlonIIX2240SempronX22300入门级CPU中端CPU高端CPU主讲人：杨帆21第2章多媒体信息处理系统环境1、显示卡显示卡是MPC系统中实现显示功能的主要设备。除了普通的显示功能外，还具有显示256色以上彩色图像及视频、动画等功能，它是决定MPC系统视觉效果的最重要组成部分。从最简单的文字、数据，到图形界面、彩色照片、计算机动画、2.2.3显示系统

显示系统由显示适配器（又称显示卡）和显示器组成，提供多媒体信息（文字、图形、图像、视频、动画）的显示功能。显示卡安装在主板对应标准的插槽上，通过显示信号线与显示器相连。主讲人：杨帆22第2章多媒体信息处理系统环境①ROMBIOS②显示存储器③显示主控芯片④信号输出端子

一款华硕显卡

显示卡一般由4部分组成：

视频播放等显示功能，都需要显卡的支持，而且更强调色彩的丰富和更快的刷新速度，即强调显示效果。主讲人：杨帆23第2章多媒体信息处理系统环境

显示卡可提供不同的显示模式，以适应不同性能的显示输出设备。下表为显示模式参数表。显卡主控芯片性能对比图高端显卡中端显卡入门显卡GTX295GTX285GTX275GTX260GTS2509800GT9600GT9600GSO9500GT9400GTHD4870X2HD4890HD4870HD485HD4830HD4670HD4650HD4550主讲人：杨帆24第2章多媒体信息处理系统环境模式颜色参数说明4位彩色模式16色

早期MPC-1的显示模式，以文字或简单图形显示为主，这个模式只用到最低的系统资源，是Windows95/98下的默认显示模式。由于在16色的模式下每个像素只用到4个数据位的显示存储器，因此这也是速度最快的显示模式。8位彩色模式256色

每像素用8个数据位表示，比较节省存储空间。这种显示模式可以满足一般彩色图形的显示要求，但对色彩比较丰富的高质量图像来讲还是差一些，它使用了所谓“调色板”（palette）的概念。16位彩色模式64K色MPC-2和MPC-3都希望用户使用高彩色（hi-color）显示模式，也就是16位数据位、65536色或者15位数据位、32768色的显示模式。这种显示模式的好处是不但能提供更逼真的色彩显示，还能顾及显存的限制。24位彩色模式16M色又称真彩色（truecolor）显示模式，每个像素需要3个字节来表示，所以颜色逼真。32位彩色模式128M色也称真彩色显示模式，每个像素需要4个字节来表示，所以色彩比24位彩色模式更逼真清晰。但是这种显示模式需要更多的显示内存，对CPU的速度也有很高的要求。主讲人：杨帆25第2章多媒体信息处理系统环境2、显示器用于显示通过显示卡送出的各种图文信息，显示器按器件可分为CRT显示器和LCD液晶显示器两种，CRT显示器采用阴极射线管，体积较大、品种繁多，其外观经历了球面、平面直角、纯平几个发展阶段。屏幕尺寸有15英寸、17英寸、19英寸、21英寸或更大尺寸，在色彩还原、亮度调节、控制方式、扫描速度、清晰度以及外观等方面更趋完善和成熟。LCD显示器以液晶作为显示元件，主要采用TN、STN、TFT等技术，具有可视面积大、外壳薄、辐射几乎为零等特点。

显示器的主要性能指标如下：

两种类型的显示器①显示分辨率②点距：③显示器刷新频率④环保性能主讲人：杨帆26第2章多媒体信息处理系统环境

主要由内存、硬盘、光盘、移动存储等四部分组成。存储要求较高的系统还可能采用磁盘阵列（RedundentArrayofInexpensiveDisks,RAID）技术，通过对单个磁盘存储的组合控制，形成大容量的、快速响应的、高可靠的存储系统。1、内存2.2.4存储系统2、硬盘硬盘是MPC的主要外存储器之一。硬盘的技术指标主要有：容量、转速、平均寻道时间、平均访问时间、数据传输率、缓冲区容量、噪音与温度、接口类型等。一种DDR内存内存是MPC高速运行的关键部件之一。内存容量越大，访问速度越快，程序运行的速度就越快。主讲人：杨帆27第2章多媒体信息处理系统环境3、光盘

通常所说的光盘包括CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW等六种主流类型，可用于存储多媒体数据、音乐、影片等信息，单张CD光盘的存储容量为650MB，而DVD光盘的存储容量有4.7GB、8.5GB、9.4GB、17GB之分。4．移动存储移动存储是指不固定在特定主机上、可随应用需要在各种多媒体主机或播放器上移动使用的各种存储装置，如U盘、移动硬盘、各类存储卡、各类掌上设备等，此类设备一般使用USB接口标准。选择硬盘要考虑以下4个主要指标：①硬盘容量②盘体转速③缓冲区容量④接口类型主讲人：杨帆28第2章多媒体信息处理系统环境

音频卡俗称为声卡，用于将声音信号引入MPC或将MPC中的数字音频还原成声音信号播放出来，使MPC具有处理音频信号的能力，主要包括模拟声音的采样、量化、数据压缩、数字音频还原、MIDI合成以及音频信号放大等。目前的声卡普遍采用16位采样，采样精度较高。2.2.5音频处理系统1、普通声卡具有功能强、价格低的特点，提供Line-In、Line-Out、Mic、Speaker-Out等I/O插口，新型的声卡支持多声道，右图为Ectiva5.1声卡的外形，它支持5.1声道，去掉了声卡上原有的游戏接口，可在半高机箱中安装。主讲人：杨帆29第2章多媒体信息处理系统环境2、专业声卡专业声卡一般指用于专业录音的录音卡，除具备普通声卡的基本功能外，主要在音效处理和其他性能指标方面满足专业音频处理的要求，一般情况下，专业声卡要与专业的功放设备配合使用。主讲人：杨帆30第2章多媒体信息处理系统环境2.2.6视频处理系统

从硬件的角度看，视频处理系统主要指视频卡，它是一种专门用于对视频信号进行实时处理的接口设备，又叫“视频信号处理器”。

视频卡可以对视频信号源（激光视盘机、录像机、摄像机等设备的输出信号）进行采集、压缩编码、解码还原等处理，并通过编辑软件将处理结果保存为数字化的视频文件。视频卡产品也是多种多样的，常见的有视频转换卡、视频捕捉卡、TV卡、视频压缩卡、视频编缉卡以及支持网络视频流的视频流压缩卡等。

主讲人：杨帆31第2章多媒体信息处理系统环境1、视频流压缩卡2、非线性编辑卡3、TV卡MovieMaker200Networker视频卡DC30+非线编卡TV卡外形高频头主讲人：杨帆32第2章多媒体信息处理系统环境2.2.7网络通信支持MPC上的网络通信支持主要指硬件上的连网支持——即配备网卡或ADSL等其它宽带通信设备，目前可用于MPC的网卡主要有10/100Mbps和1000Mbps两种，这些都能满足个人连网的多媒体通信要求。2.2.8两种I/O接口1、USB接口是一种通用串行总线接口。用来连接不同速率的USB外设，可独立供电，支持热拔插，真正做到即插即用。目前有USB1.0和USB2.0两个版本的标准，其中USB2.0的传输速率高达480MbpS。主讲人：杨帆33第2章多媒体信息处理系统环境2、IEEE1394接口

IEEEl394是一种高速的串行数据传输总线标准，支持热插拔和即插即用，最高可以达到400Mbps，改进后的IEEE1394b标准，传输速率更是高达800Mbps。IEEEl394已成为专业数字视频设备的连接和互联的主要接口方式。一款1394卡的外形主讲人：杨帆34第2章多媒体信息处理系统环境2.3MPC的软件系统

2.3.1MPC的操作系统

桌面多媒体信息处理能力主要包括：

①多媒体文件存储与管理；

②图形用户界面(GUI)；

③音频采集、压缩、各种媒体播放器；

④动态数据交换(DDE)、对象链接与嵌入(OLE)以及其他多媒体开发支持等。

需要特别提出的是，MacOSX系列操作系统是苹果公司的PowerMac系统中使用的多媒体操作系统，具有比Windows更高的安全性和灵活性，用户界面更为美观。主讲人：杨帆35第2章多媒体信息处理系统环境2.3.2设备驱动程序

设备驱动程序是与多媒体设备的硬件特性紧密相关的软件。它完成设备的初始化、各种操作以及设备的关闭等。

2.3.3多媒体信息处理软件

主要功能包括不同媒体信息的采集、压缩、编辑、播放以及各类动画制作等。例如，音频的录制编辑软件、MIDI文件的制作编辑软件、图像扫描及预处理软件、全动态视频采集软件、动画生成与编辑软件等。常见的音频编辑软件有SoundEdit、CoolEdit等，图形图像编辑软件有CorelDraw、AdobePhotoshop等，非线性视频编辑软件有AdobePremiere、UleadStudio等，动画编辑软件有MacromediaFlash、AnimatorStudio和3DStudioMAX等。主讲人：杨帆36第2章多媒体信息处理系统环境2.3.4多媒体开发软件

多媒体开发工具有两种类型，一种是桌面设计型的多媒体开发工具，其特点是大量的桌面设计，少量采用编程，例如不同版本的Authorware、MSFrontpage、MSPowerpoint等；另一种是基于程序设计的多媒体编程工具，如MSVisualS集成开发环境等。它们都能够对文本、声音、图像、视频等多种媒体信息进行控制和管理，并按要求连接成完整的多媒体应用软件。主讲人：杨帆37第2章多媒体信息处理系统环境2.4数字图像输入设备

2.4.1扫描仪1、扫描仪的分类

根据扫描原理，扫描仪可分为反射式扫描仪和透射式扫描仪两类。

按照工作方式，扫描仪可分为平板式、手持式和滚筒式三种。

2、主要技术指标扫描仪主要技术指标有扫描幅面、分辨率、色彩位数、扫描速度、接口类型和内置图像处理能力等。主讲人：杨帆38第2章多媒体信息处理系统环境①扫描幅面②扫描分辨率③色彩位数④扫描速度⑤平板扫描仪的接口类型⑥内置图像处理能力3、安装与使用方法4、使用OCR识别文字使用扫描仪的图像扫描功能将书面印刷文字以图像的形式输入计算机，并以TIFF格式保存，再使用OCR文字识别技术，将“文字图像”变成可编辑的文本文字。主讲人：杨帆39第2章多媒体信息处理系统环境2.4.2数码照相机

数码相机也叫数字相机，是一种能够进行景物拍摄，并以数字格式存放拍摄图像的新型照相机。它不使用胶卷，而用CCD（ChargedCoupledDevice，电荷耦合器件）图像传感器和存储器来采集和存储图像；1、数码照相机的组成与工作过程数码相机由镜头、感光器件CCD、A/D转换器、MPU（微处理器）、内存储器、LCD（液晶显示器）、外存储器（可移动存储器）、操作键盘和I/O接口（包括计算机接口、电视机接口）等部分组成。主讲人：杨帆40第2章多媒体信息处理系统环境A/D转换器外存储器计算机接口TV接口MPU内存储器LCD屏操作键盘镜头CCD光线光线模拟电子图像数字图像压缩图像图2-21数码照相机的逻辑组成与工作过程主讲人：杨帆41第2章多媒体信息处理系统环境

数码相机工作时，外部景物通过镜头将光线会聚到CCD上，形成模拟的电子图像，然后由A/D转换器将其转换成数字图像，再由MPU（微处理器）对数字图像进行压缩并转化为特定的图像格式，并以文件的形式存储到外置存储器中，从而完成一幅照片的拍摄。整个工作过程如图2-21所示。在整个拍摄过程中，使用者可通过操作键盘（按钮）设置、调整拍摄参数和工作模式，并通过LCD浏览拍摄的照片。最后可通过I/O机口与MPC连接，传输照片；或与电视机连接观看照片。2、性能指标数码相机的主要性能指标包括：有效像素、光学变焦倍数、数码变焦倍数、最大图像分辨率、存储介质种类、操作模式、数据接口类型以及其他拍摄参数。索尼DSC-F828

数码照相机主讲人：杨帆42第2章多媒体信息处理系统环境2.4.3数码摄像机

2.4.4数字摄像头

数字摄像头通过摄像镜头将现场影像传入MPC，利用MPC的快速处理性能完成影像数据的压缩处理和实时播放。因此，数字摄像头又被称为计算机摄像机（PC-Camera)。静态图像分辨率、输入输出接口、存储介质类型、防抖功能以及其他相关技术参数。数字摄像头与MPC连机使用

索尼DCR-PC350E

数码摄像机数码摄像机（DigitalVideo，简称DV），是以数字形式存放视频内容的摄像机，其图像数字化原理与数码照相机的原理类似。数码摄像机主要性能指标有：传感器像素、静态有效像素、动态有效像素、水平解像度、主讲人：杨帆43第2章多媒体信息处理系统环境

数字摄像头的工作原理：首先通过镜头摄取影像到CCD或CMOS图像传感器、再由A/D转换器件进行模拟图像到数字图像的转换，然后通过数据接口将数字图像传输给与之连接的MPC，在软件的控制下实现采集、压缩、实时播放、存储、传输等功能。需要强调的是，当数字摄像头被用来采集动态图像时，实时捕捉和压缩需要占用大量的CPU处理时间和内存空间，因此对MPC的硬件处理速度有较高要求，不过目前的MPC都能满足这一要求。另外，数字摄像头是否捆绑功能强大的软件，也直接关系到数字摄像头的实际使用效果。大多数数字摄像头都有一个专用的控制程序，以实现最基本的功能，如影像采集、拍照、参数设置等。主讲人：杨帆44第2章多媒体信息处理系统环境2.5其它常用外设2.5.1彩色打印机

1、彩色激光打印机

2、彩色喷墨打印机MPC的外设主要包括文字、图片、视频、声音等媒体信息的输入和输出设备，本小节主要介绍彩色打印机、触摸屏、数字投影机、麦克风、音响等常用设备。主讲人：杨帆45第2章多媒体信息处理系统环境2.5其它常用外设2.5.2触摸屏

用来感知手指（或物体）触摸到屏幕时的位置。它通过数据电缆与MPC相连，人们可以直接用手指触摸屏幕以实现与计算机的交互。

2.4.3数字投影机数字投影机是通过投影方式显示大幅影像画面的一种显示输出设备，可与录像机、摄像机、影碟机和MPC等多种信号输入设备相连，将信号放大投影到大面积的投影屏幕上，从而获得巨大而逼真的图像画面供多人观看。