第2章 多媒体计算机系统

第二章

多媒体计算机系统

本章将对多媒体的硬件设备、软件作全面的介绍。主要讨论多媒体系统的硬件、软件以及多媒体计算机系统的层次结构。重点是学会CD-ROM光盘信息的读取、扫描仪和数码相机的使用，了解多媒体系统软件的种类和多媒体计算机的性能。对多媒体计算机体系结构有一个初步的认识。为后续章节的学习打好基础。

第二章

多媒体计算机系统多媒体系统硬件多媒体系统软件多媒体计算机体系结构2.1多媒体系统硬件

提到多媒体设备，许多人马上想到声卡和光盘驱动器。多媒体设备包括所有可以处理多媒体数据的设备。例如，多媒体数据的输入、编辑、输出、存储等设备。可以说能解决任何特定多媒体问题的外部设备都是多媒体硬件设备。为什么大家认为声卡和光盘驱动器是多媒体设备呢？因为声卡解决了声音的输入和输出问题，而光盘驱动器实现了大量多媒体数据的存储问题。多媒体计算机系统是指能对文本、图形、图像、音频、动画和视频等多媒体信息，进行逻辑互连、获取、编辑、存储和播放等功能的一个计算机系统。该系统的组成通常有两种途径：一是直接设计和实现的多媒体系统；二是在已有的计算机基础上通过增加多媒体升级套件而扩展成为多媒体系统。通常多媒体系统由多媒体硬件系统、多媒体操作系统、多媒体创作工具和多媒体应用系统等四部分组成。

2.1.1多媒体系统硬件与传统的计算机相比，其中最特殊的是根据多媒体技术标准而研制生产的多媒体信息处理芯片和板卡、光驱等。例如·IC类：音频／视频芯片组、视频压缩／还原芯片组、数字／模拟转换芯片、数字信号处理芯片（DSP）、网络接口芯片、图形图像控制芯片等。·板卡类：音频处理卡、文一语转换卡、视频处理卡、视频采集／播放卡、图形显示卡、图形加速卡、VGA／TV转换卡、视频压缩／解码卡（MPEG卡，JPEG卡）、光盘接口卡、小型电脑系统接口（SCSI）、光纤连接接口（FDDI）等。·外设类：摄像机／录放像机、数字照像机／头盔显示器、扫描仪、激光打印机、液晶显示器／显示终端机、光盘驱动器／光盘刻录机、光笔／鼠标／传感器／触摸屏、麦克风／喇叭、传真机（FAX）、可视电话机等。2.1.2光盘驱动器

光盘存储器是由光盘驱动器和盘片组成的，它可以存储声、文、图等多媒体信息。光盘驱动器是读取CD-ROM盘片中信息的设备。

CD-ROM是只读光盘（compactdisc-readonlymemory）的英文缩写，它是由音频光盘发展而来的一种小型只读存储器。1．CD-ROM的特点⑴标准化

⑵存储容量大⑶只读属性⑷播放CD音乐

⑸交叉平台兼容性⑹快速的检索方法

⑺多种媒体融合⑻价格低廉

2.1.2光盘驱动器

2．光盘驱动器与计算机的接口光盘驱动器与计算机的接口方法很多，常用的有SCSI接口、专用接口、IDE接口和AT接口等。⑴SCSI接口⑵专用接口⑶IDE接口⑷AT接口3．数据传输速率数据传输速率是指光盘驱动器随机读取数据到计算机的内存的速度。数据传输速率在很大程度上取决于光盘驱动器中的CD-ROM盘片的转速。4．光盘驱动器光盘驱动器硬件通常包括三个部件：CD-ROM驱动器、电缆和控制卡。最新的采用IDE接口的光盘驱动器可以使用PC机本身的多功能卡和硬盘线。如果是SCSI接口的光盘驱动器则应当有SCSI卡支持，也可以单独购买SCSI卡和电缆。

2.1.3音频卡

音频卡是处理和播放多媒体声音的关键部件，它通过插入主板扩展槽中与主机相连。卡上的输入／输出接口可以和相应的输入／输出设备相连。常见的输入设备是麦克风、收录机和电子乐器等，常见的输出设备是扬声器和音响设备等。音频卡从声源获取声音后，进行模拟／数字转换或压缩等处理，然后存入计算机中进行处理。音频卡还可以把经过计算机处理的数字化声音通过解压缩、数字／模拟转换后，送到输出设备进行播放或录制。音频卡可以支持语音和音乐等录制或播放，同时它还提供MIDI接口，以便连接电子乐曲。如何安装以及使用音频卡进行声音信息的处理将在第三章中介绍。2.1.4视频卡

视频卡通过插入主板扩展槽中与主机相连。通过卡上的输入／输出接口可以与录像机、摄像机、影碟机和电视机等连接，使之能采集来自这些设备的模拟信号，并以数字化的形式存入计算机中进行编辑或处理，也可以在计算机中重新播放。通常在视频卡中固化了视频信号采集的压缩／解压缩算法。视频卡的种类很多，功能各异。下面简单介绍V-CD解压卡和电视转换卡。2.1.4视频卡

1．V-CD解压卡

V-CD解压卡也叫电影卡，是MPEG解压缩卡的俗称，它是用于在PC机上播放V-CD电影节目的硬件接口卡。近年来，由于其成本不断下降，以及V-CD节目盘片的价格低廉，从而使其越来越受到大众的青睐，成为家用多媒体电脑配置中必备的硬件之一。

电影卡是在动态图像压缩算法国际标准基础上产生的，这就是MPEG国际标准，它主要用于活动影像的编码。

为实现每秒30帧的播放速度，MPEG要求专门的MPEG解压缩硬件。在CD-I及其类似播放器中，这种硬件的核心就是插在主板上的MPEG解码芯片。1993年11月SigmaDesigns公司推出了RealMagic板，从此

MPEG解压卡迅速为企业界所注目，不久，其他一些公司都竟相推出具有竞争力的MPEG播放板。目前已经有几十种卡供使用者选购。电影卡的功能包括解压缩、VGA输出、视频输出、音频输出等。就其性能而言，有清晰度高的、有动态效果好的、有音质好的等等。各种电影卡都有其自身的特色，在购买时就要看用户着重于何种功能和性能了。2.1.4视频卡

2．电视转换卡电视编码卡的功能是把计算机显示器的VGA信号转换为标准视频信号，在电视机上观看计算机显示器上的画面，或把它通过录像机录制到录像带上，其输出方式有PAL和NTSC两种制式。选择电视编码卡时，应注意它的分辨率，分辨率越高越好。

视频信号解码卡用来接收VHF或UHF信号并转换成视频信号，在计算机的显示器上显示出来，同时伴有声音。其作用是可以把重要的电视信息保存到计算机中。当然，此时的计算机图像质量是不可能高于电视的。

电视转换卡种类繁多，选择时，应仔细比较各种电视转换卡的性能指标，注意其采用的技术，对一些性能指标一定要在微型机上进行实际的检测。2.1.5触摸屏技术

多媒体希望达到的一项重要目标就是用户界面的友好性，希望用户能方便地使用多媒体应用系统。传统上，计算机的输入界面是键盘和鼠标，使用时需要输入一些命令和移动鼠标，为了改进这种输入的不便性，触摸屏应运而生。使用触摸屏，用户只要用手点按屏幕上的按钮或菜单，就可以完成所需要的操作。

（a）是一种卡拉OK触摸屏点播系统，用户只要在屏幕上用手指轻轻点按，就可以选择自己需要的节目。（b）是我们在很多公共场合经常看到的触摸屏信息查询系统。2.1.5触摸屏技术

在选择触摸屏时，不仅要考虑触摸屏所采用的技术，还要考虑以下几个方面的因素。⑴连接接口触摸屏与计算机的通信接口一般是通过串行口或是增加一块接口卡来实现的。⑵触摸屏的分辨率触摸屏的分辨率与屏幕感测所使用的电压测量器有很大的关系，采用位数较高的模数转换器，可以获得比较灵敏的分辨率，而通常要求模数转换器的可测量点数必须大于屏幕显示点数的两倍。⑶线性度与视差触摸屏的感应点有时与显示点之间有点差距，这通常是由于感应材料的不均匀、非线性和采样数的变化引起的。所以在选择触摸屏时，必须注意它的线性度和保修期。⑷透光性在屏幕上加上触摸屏后，屏幕的亮度和清晰度多少会受到影响，所以在选择触摸屏时，应当注意其透光性是否良好，从不同的角度观看屏幕时，是否有较高的清晰度。

2.1.6其他多媒体设备

1．扫描仪多媒体应用系统所使用的图形包括照片、图像、表格、文字等，可以来自一些素材光盘，或是自己利用图形图像工具绘制，但比较方便的方法是利用扫描仪将纸介质上的图像数据数字化后输入计算机。下图是清华紫光的两种扫描仪。

扫描仪将图形的色调和颜色转换成电子信息形式的数据，即用二进制表示这些数据，从而对应一个特别的颜色和灰度，然后利用这些数据复制出一幅图形来。

选择扫描仪时，首先要考虑的是黑白还是彩色扫描仪。由于扫描仪技术发展很快，而多媒体应用系统的图形多是彩色的，一般选择彩色扫描仪。其次是扫描仪的分辨率。扫描仪的分辨率以dpi（dotsperinches）为测量单位，一般的扫描仪达到600dpi和1200dpi。用户不必盲目追求高分辨率，因为多媒体应用系统只是在计算机上使用，对计算机屏幕而言，300dpi已经足够了。2.1.6其他多媒体设备

使用扫描仪时，首先必须将扫描仪与计算机连接起来，然后安装驱动程序。

首先将扫描仪信号线连接到计算机的并行口上，并且接通电源。然后安装扫描仪的驱动程序。其步骤如下：①打开计算机和扫描仪电源开关；②启动Windows操作系统，打开“控制面板”，选择“添加/删除硬件”图标，系统将自动完成新设备的检测；③按照屏幕提示，完成驱动程序的安装；④安装扫描软件。

安装完毕，Windows的“程序”菜单中将出现扫描软件的运行图标。这样就可以将文字和图像信息经扫描仪扫描和识别后送入计算机，从而成为计算机可以处理的数字信息。

2.1.6其他多媒体设备

2．数码相机数码相机是近年来发展迅速的多媒体信息输入设备，它可以把用户拍摄的相片直接输入计算机。数码相机把静止的影像直接转换为数字数据，存储在内存或磁盘上。有些数码相机与普通相机外形非常相似，有些则小巧玲珑得多。右图是一台数码相机。数码相机可以分为面CCD型和扫描线CCD型。根据数码相机能否脱离计算机单独拍摄，数码相机又可以分为联机型和脱机型。按照结构的不同，数码相机可以分为数字单镜头反光式相机、数字轻便相机等类型。2.1.6其他多媒体设备

选购数码相机时，应考虑以下性能指标。⑴分辨率数码相机分辨率的高低决定了所拍摄的影像最终打印出高质量画面的大小，或在计算机显示器上所能显示画面的大小，这是选购数码相机时要考虑的首要问题。⑵彩色深度彩色深度又叫色彩位数，用来表示数码相机的色彩分辨能力。⑶连拍速度数码相机拍摄要经过“光信号——模拟电信号——数字电信号——记录于存储介质上”的过程。⑷存储媒体种类及存储能力数码相机拍摄得到的数字文件，首先通过数码相机中的驱动器存储记录在各种存储媒体上。数码相机用的存储媒体有内置存储式和可移动存储式媒体

⑸可否压缩存储目前数码相机使用的存储媒体价格比较昂贵，因而人们就希望在存储容量一定的存储媒体上能存储更多的影像文件，所以就有压缩存储方式数码相机诞生。

⑹信号的输出形式绝大多数数码相机都有与计算机相连的RS-232接口，有的采用SCSI接口与计算机相连，极少部分采用RS-422接口。部分数码相机还有视频输出口。2.1.6其他多媒体设备

下面以脱机型数码相机为例，说明如何使用数码相机拍摄照片，并将数字信号送入计算机的过程。数码相机与计算机的连接非常简单，只要将数码相机的信号输出端口，通过其附带的专用电缆线连接到计算机的串行口上即可。将数码相机的信号送入计算机前，首先要在计算机中安装相应的软件。下面以PHILIPS数码相机为例，说明软件的安装过程。其他型号的数码相机软件安装可参见随机附带的使用手册。具体步骤如下：①打开计算机电源开关，启动Windows操作系统。②将存有“PhilipsPhotoStudioLite”软件的CD-ROM放入计算机的光盘驱动器中。③单击“开始”按钮，在“开始”菜单中选择“运行”命令，屏幕上弹出“运行”对话框。④单击“浏览”按钮，CD-ROM中选择“install”文件，单击“打开”按钮，随后根据屏幕提示进行相应操作，即可完成软件的安装。软件安装完毕，则可以将数码相机拍摄的数字照片送入计算机中。具体操作方法将在实验中说明。2.1.6其他多媒体设备

3．多媒体投影仪多媒体应用系统的播放设备，除了常用计算机设备外，在公众播放环境还采用多媒体投影仪的方式。常用的多媒体投影仪有三种：阴极射线管投影仪、液晶投影仪和数字投影仪。它们都可以方便地与计算机相连，并且分辨率可达到相当高的程度。阴极射线管投影仪亮度高，使用寿命长，色彩逼真；液晶投影仪亮度高，对图像和视频显示效果好，色彩鲜艳，其亮度会随着使用时间的增加而暗淡；数字投影仪显示文字清晰，但对图像和视频信息的显示不如阴极射线管投影仪和液晶投影仪。右图所示是两种投影仪的外观。2.1.6其他多媒体设备

衡量多媒体投影仪的性能指标有：

光通量：以ANSI为单位，也称流明。如果在常光下使用投影仪，一般要求多媒体投影仪的流明在650以上。流明数越大，价格越贵。

分辨率：同显示器分辨率的概念。例如，640×480、800×600、1024×768，目前，比较常用的是800×600和1024×768。分辨率越高，价格越高。

颜色：支持的颜色范围，如1670万种。

对比度率：如100：1。

投影图像的大小：一般以图像的对角线为单位。应当注意投影大小所对应的投影距离。

支持的显示模式：如VGA、VESA和Macintosh机器等。

视频制式：如NTSC、PAL和SECAM。

此外，还有音频和视频接口标准，灯泡类型和寿命、功耗和使用环境温度等。2.2多媒体系统软件

2.2.1多媒体软件的分类

多媒体技术所涉及的各种媒体，都要求处理大量的数据，所以，多媒体软件的主要任务是让用户方便有效地组织和管理多媒体数据。多媒体软件的特点是运行在支持多媒体加工的操作系统中；能高度综合地处理各种媒体信息；具有良好的交互性，用户能随意控制软件及媒体。

一般地，我们可以根据功能将多媒体软件分成四类：1．支持多媒体信息加工和表演的操作系统

Windows是目前应用和开发多媒体系统的最好环境。2．多媒体加工软件这是最丰富的多媒体软件，包括以下几种。多媒体材料采集软件：如声音的录制、活动影像的截取、各种图形的扫描输入等。多媒体材料的编辑软件：如声音的加工、活动影像的编辑、图形的艺术加工、文字的特技效果加工等。多媒体材料的生成软件：它用于建立媒体模型、产生媒体数据，例如，Macromedia公司的Extreme3D，为三维图形视觉空间的设计和创作，提供了包括建模、动画、渲染以及后期制作等功能，甚至专业级视频制作。随着多媒体技术的发展，许多多媒体软件已经将上述三个部分集成在一起，构成一种功能强大的集成化多媒体材料加工软件。2.2.1多媒体软件的分类3．多媒体材料集成软件多媒体材料集成软件也称为多媒体应用系统创作软件。多媒体材料集成软件通常分成三类：⑴基于程序语言（广受开发者欢迎的VisualBasic，也可采用C++语言。）⑵基于流程图（如

Authorwave

、IconAuthor）⑶基于时间（如Action！和Director）4．多媒体应用软件多媒体应用软件是由各种应用领域的专家或开发人员利用计算机语言或多媒体创作工具制作的最终多媒体产品。它实现某个特定的应用目标，是直接面向用户的。如：多媒体监控系统、多媒体CAI软件、多媒体彩印系统等。除了上述面向终端用户的应用软件外，另一类是面向某一领域的用户应用软件系统，这是面向大规模用户的系统产品。例如，多媒体会议系统，点播电视服务（VOD）等，医用、家用、军用、工业应用等已成为多媒体应用的重要组成方面，多领域应用的特点和需求，推动了多媒体系统用户应用软件的研究和发展。2.2.2文字编辑软件

在多媒体系统中，文字仍然是主要的信息媒体。文字编辑软件主要用来进行文本的编辑、排版等操作，为多媒体系统提供必要的文字信息。同时，许多文字编辑软件允许在编辑的文本中插入声音、图形、图像等多种媒体，从而为用户提供多姿多彩的精彩版面和悦耳的声音。常用的文字编辑软件有Word、WPS等。

Word是用来进行文字处理的软件。它工作于Windows环境下，界面友好，采用人机对话方式，鼠标操作，方便用户。它具有制表功能和绘画功能，能将图形不同部分分别着色，修改非常方便。对编辑的文档可以设定不同格式来满足不同场合的需求。下图是利用Word制作的具有图像和文字的页面。

2.2.3绘画和作图软件

绘画和作图软件可以用来绘制各种图形，作为多媒体计算机系统的基本素材，这些图形是非常有用的。著名的绘图软件AutoCAD在建筑、机械等行业得到及其广泛的应用。2.2.4图像编辑软件

图像编辑软件主要用来对图像进行编辑加工操作。在众多的图像处理软件中，AdobePhotoshop以其完备的图像处理功能和多种美术处理技巧为许多专业人士青睐。AdobePhotoshop神气的力量，它可以让几乎褪色的照片焕然一新。在这里虚幻与现实融为一体，这样一个软件导致了出版行业的革命，其影响波及到摄影、电影、广告、多媒体出版、网络等多种行业。Photoshop出色的画笔功能，不仅具有传统的各种画笔如毛笔、铅笔、喷笔等，还能根据自己的需要制作各种笔头，创作不同风格的作品。Photoshop多样的滤镜，如同专业摄影暗房一样，能够制作出多种图像特技效果。当Adobe公司收购了Aldus的Cellery滤镜后，更是如虎添翼。Photoshop的分层处理功能，使用户可以在不同的层上进行绘画或图像处理，完成的作品饱满丰富、变化多端，令人目不暇接。

CorelDRAW是一个集作图、图像处理、动画编辑及桌面出版等功能为一体的功能强大的套装软件包。包括以CorelDRAW为主的多个功能各异又相辅相成的绘图软件。在绘制矢量图形时得心应手，是其他图形软件难以比拟的，在印刷、广告行业应用十分广泛。其他附属软件的设计都充分考虑到设计人员工作的切身感受，CorelMosaic便于浏览、查找图片，CorelPaint可以进行不亚于Photoshop的图像处理。目前，CorelDRAW已经融合了三维造型、渲染等功能，其综合性能更加完备。

2.2.5动画制作软件

动画制作软件是将一系列画面连续显示达到动画效果的软件。动画制作的基本原理是由软件提供各类工具产生关键帧，安排显示的顺序和效果，再组合成动画。根据动画是平面效果还是立体效果，将动画制作软件分成二维和三维动画制作软件。

AnimatorStudio是美国Autodesk公司推出的二维动画制作软件，它支持24位真彩色图像处理、FLIC动画与VideoforWindows视频的叠加以及全功能声音编辑器等，是一种集图像处理、动画设计、音乐编辑与合成、脚本编辑和动画播出于一体的二维动画制作软件。3DStudio是一个广为国内用户熟悉和喜爱的三维动画制作软件，由美国Autodesk公司推出。3SStudioMAX是Autodesk公司继3DStudio后推出的又一个软件包。除了保留3SStudio的全部功能外，增加了一些新的功能和特色。

Flash是美国Macromedia公司出品的集矢量图形编辑、动画创作和交互设计为一体的专业软件，主要应用于网页设计和多媒体创作。

2.2.6视频处理软件

对多媒体应用系统的开发者来说，将模拟视频信号进行数字化采样后，还应对视频文件进行编辑或加工，然后才能在多媒体应用系统中使用。因此，视频处理是多媒体应用系统创作中不可缺少的环节。常用的对视频信号处理的软件有Premiere、VideoforWindows和DigitalVideoProducer等。

Premiere是Adobe公司推出的一种专业化数字视频处理软件。它可以配合多种硬件进行视频捕获和输出，提供各种精确的视频编辑工具，并能产生高质量的视频文件。它可以为多媒体应用系统增添高水平的创意。例如，设计画面特技效果。传统的视频编辑采用模拟方式，而AdobePremiere则利用数字方式对数字化的视频信息进行编辑处理，制作出具有多种视觉效果的视频文件。2.2.7多媒体集成软件

多媒体集成软件主要用来对文本、图形、图像、动画、视频和音频等多