大学计算机多媒体艺术导论-陈利群-课件PPT
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,1,多媒体计算机系统,第1章 多媒体计算机系统 什么是多媒体？它究竟涵盖了哪些内容？具体表现形式为何？这些概念对普通的用户而言似乎显而易见，好像也比较好理解。只要进入电子城，似乎里面的所有商品都叫多媒体！可以这么理解，此类说法也对也不完全对。究竟如何叫才算完整，这个问题引起人们的好奇！如果在网上搜索“多媒体”几个字，会发现内容多得无法鉴别和筛选。下面就多媒体进行详细阐述。 1.1 计算机多媒体的基本概念 1.1.1 多媒体及其特点 多媒体一词的英文的multimedia，由词根multi和media 构成。核心词medium具有中间、中庸；手段；媒质、媒介物等多种含义。信息不能独立存在和传播，必须依附在某种介质上。因此medium也被用做信息表现和存在形态的总称，是信息媒体的简称。 计算机刚出现时，基本上是用文字形态来表现信息。后来随着应用的深入、计算机外部设备的发展、计算机处理能力的增强，20世纪80年代起人们开始在计算机中进行图形、图像、音频、视频影像、动画等信息形态的处理，使计算机信息处理从单一文字形态向多形态发展。于是，就出现了multimedia多媒体的概念和相关技术。,1,多媒体计算机系统,多媒体技术是以数字技术为基础，融合通信技术、广播技术和计算机技术为一体的技术。它具有以下几个基本特点： （1）集成性。可以多种渠道获取的信息，综合性的处理、组织、存储与合成。 （2）可控制性。以计算机为中心，对信息内容、形式、设备进行有效控制。 （3）可交互性。可实现人与计算机之间的多渠道交互，逐步从人要适应计算机走向计算机适应人。 （4）非线性。可以借助超文本链接方式，以更灵活、更具变化的方式从一个入口跳跃式地链接到相关信息，并呈现给用户。 （5）实时性。当用户给出操作命令时，得到同步响应。 （6）使用方便性。用户方便地、人性化地进行信息的收集、存储、检索和利用。 （7）结构动态性。用户可以随时按照自己的需要、兴趣、要求及偏爱，增加、删除或修改结点，重新建立信息链组织。,1,多媒体计算机系统,1.1.2 信息媒体的分类 在计算机领域中，媒体有两方面的所指：一是指存储信息的载体，如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器；一是指传播信息的形态及载体，如数字、文字、声音、图形、图像、动画、影视等。多媒体技术中的媒体指的是后者。下面的讨论将其分为5类。 1. 感觉媒体 感觉媒体是可以直接作用于人们的感觉器官，使人产生感觉的媒体。如声音、文字、图形、图像、动画等，即人们生理意义上的多媒体。 2. 表示媒体 表示媒体是用于加工、处理感觉媒体的媒体。如对感觉媒体进行存储、传播、加工和处理过程中的媒体。如声音、文字、图形、静动图像、波形、数据等。 3. 显示媒体 显示媒体是能够将感觉媒体表现出来的媒体，通常是将感觉媒体转换光、电等信号的设备。如 输入显示媒体：键盘、鼠标、数字化仪、数码相机、数码摄相机、监控器、扫描仪、麦克风等； 输出显示媒体：如显示器、打印机、音箱、耳麦等。 4. 存储媒体 存储媒体是用于存放信息数据的媒体，如硬盘、磁盘、光盘等。通常也叫存储媒介。 5. 传输媒体 传输媒体是信息进行传输的物理载体，如光缆、铜线、微波、红外线、同轴电缆等。 由此可见按照通俗的说法多媒体就是感觉媒体中的各种成分的综合体。而严格来讲应该是指同时能获取、处理、编辑、存储、展示两个以上不同类型的信息媒体的技术即文字、图形、图像、声音、视频影像、动画等。因此通常人们所说的“多媒体”指的并不是媒体本身，而是运用和处理它的一整套技术。,1,多媒体计算机系统,1.1.3 多媒体元素及其属性 本节从文字、图形、图像、音频、视频影像、动画、超文本等7个方面介绍多媒体元素及其属性。 1. 文字 文字（text）是组成文本文件的基本元素，属性可以包括字体、大小、颜色、格式等。没有这些属性的文字称为纯文本，其文件扩展名为TXT。纯文本文件是软件系统中各种文本文件之间进行相互转换的桥梁。例如，Windows自带的记事本或写字板中均可以进行文字样本的录入，所形成的文件虽然无法直接编辑或排版成需要的文档格式，但它们可以被现有的任何文本编辑软件（如Word、WPS、Pagemaker、Freehand等）进行编辑排版；也可以将纯文本应用于图形、图像等多媒体软件中进行制作和编辑（如CorelDRAW、Photoshop、Premiere等）。 2. 图形 图形（graphic）指具体形状的基本原素，属性可以包括形状、颜色、大小、位置和维数等。在计算机中由点、线和面组成的几何形状，按照数学公式独立定义而绘制的图形称为图形，属于矢量图。其优点是文件容量小、可以分别控制、处理图形的各个部分、对图形进行放大缩小时，无论是色彩还是形状都绝对不会失真。最常用的矢量制作软件有CorelDRAW（扩展名为CDR）、Illustrator（扩展名为AI）、Flash（扩展名为FLA）及CAD（扩展名为DXF）等软件可以实现矢量图形的制作。,1,多媒体计算机系统,3图像 图像（image）是所有图片的通称，最为关键的属性是清晰度、色度、饱和度等组成图片的基本原素。图像的清晰度常常用分辨率描述。关于图像的分辨率有不同的含义。一种是指像素点的大小，一种是指图像中存储的信息量多少。最典型的是以每平方英寸的像素数（PPI）或点数/平方英寸（DPI）来衡量。显然，图像分辨率和图像尺寸的大小决定该文件的输出质量。由于位图被放大或缩小时，像素点的数量并不会增多或减少，因此就会影响图像的清晰度。因此位图最大的特点就是图像的清晰度要受到像素点的约束。当然，质量越好的图像对磁盘空间也就要求越多。以像素为单位组成的图片，如数码相机拍摄的照片、通过扫描仪扫入的图片，网上下载的图片等等。由于每个像素点都用一定的字长（如8位、16位等）存储。其属性：颜色、灰度、明暗对比度等都分别有相应的“位”表示，因此这类图片也称之为位图。在位图中，一个像素点所占的位数越多，所表现出的颜色就丰富，图像就逼真，就清晰。目前最优秀的处理软件是Photoshop（扩展名为PSD）。 4. 音频 音频（audio）就是声音数据，它实际上就是一种波。频率为20Hz20kHz的波称之为音频波。计算机中的音频是利用声卡将所需要的声波转换成数字信号。在计算机中，利用声卡将模拟的声波转换成数字信号进行处理。,1,多媒体计算机系统,5. 视频 视频（video）是活动的影像。类似于电影原理，将若干有联系的图像连续播放形成视频。利用人眼的视觉暂留特性产生运动影像。计算机中的视频信号和音频信号均为数字信号。数字视频是先将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号（将模拟信号需要通过视频捕捉卡转换为电信号）再记录到储存介质。播放时，视频信号被转变为帧信息，并以一定的速度投影到显示器上，人眼的视觉暂留特性就会产生连续不间断运动的感觉。我国和欧洲电视采用的PAL标准，要求每秒不少于25帧，每帧有625个扫描行；美国和日本电视采用是NTSC标准，要求每帧525个扫描行，每秒不少于30帧。否则人的肉眼就能感觉停顿。 6. 动画 与视频类似，动画（animation）也是一幅幅静态的图片的连续播放。它实际上是生成视频图像的产品。和视频的区别在于视频是生活写实的再现，而动画是人工设计绘制出来的动态。动画一般较多地用于卡通电影及电影场景、舞动的网页、逼真的游戏、广告片头等。 计算机制作的动画分为两大类； 造型动画：对运动的每一个角色均赋予其固有的特性，如形状、动态、大小、色调等；每一帧也均由特定的角色、声音、色调、文字等组成。 帧动画：由一幅幅的位图连续播放组成，和放电影有些相似。 具体由计算机生成的动画又可分为二维动画和三维动画。常用的二维动画制作的软件有：Flash、Photoshop以及 Autodesk公司的 Animator pro和Animator studio等。比较常用的制作三维动画的软件有：3dmax、Maya、Poser 及Bryce等。,1,多媒体计算机系统,7. 超文本和超媒体 超文本（hypertext）和超媒体（hypermedia）中的hyper就是“超越”的意思。即超越信息的线性方式组织的结构，形成非线性的网状结构。它的特点是以结点为单位，通过结点与结点之间的链加以连接，构成特定的信息网络。其信息的组织方式与人类的联想记忆方式有相似之处，从而可以更有效地表达和处理信息。超媒体技术通常用于各种信息查询：如教学、图书资料检索、网络信息检索、字典和参考资料、商品介绍展示、旅游和购物指南、交互式娱乐等。 超媒体和超文本有一定区别，超媒体所强调的是对多种媒体信息的组织、管理，面向对这些信息的检索和浏览，超文本的重点在以图形、图像、音频、视频、动画元素为基础构建的组成非线性的网状结构的节点上。单纯的超文本应是超媒体的一部分，不过现在人们实际上己经不再去严格地区分它们了。,1,多媒体计算机系统,1.1.4 多媒体关键技术 多媒体技术涉及到从计算机硬件技术到软件技术的多种技术，其中最关键的技术是输入输出技术和处理技术（包括视频技术、音频技术、压缩技术等）。 1. 多媒体输入输出技术 多媒体输入输出技术主要指如下4种技术： （1）变换技术。进行实际视频和音频的模拟信号与计算机处理的数字信号之间的转换。 （2）识别技术。人们可以通过麦克风读文稿，计算机可以通过人们的声音将所读的内容以文字的方式进行录入编排。这种通过识别而产生的信号的方式称为识别技术。 （3）理解技术。通常用计算机将一幅图像处理成油画，变彩色为黑白，变模糊和清晰等等的处理，计算机通常是接受命令后，进行理解分析得出结果。 （4）综合技术：有时只靠一种技术无法完成时，可以几种技术配合用。 多媒体素材元素的多样性、复杂性决定了多媒体的输入输出技术和设备也必将相应地具有多样性。后面的章节将从元素的角度介绍多媒体输入输出技术及配置。,1,多媒体计算机系统,2. 多媒体视频和音频技术 无论是视频还是音频均可分为模拟和数字两类。模拟信号是连续的信号，通常以不同的电压值表示；而数字信息是离散的信号，通常离散为0和1的组合。 模拟视频信号的优点在于还原性好且成本较低，缺点是长时间的存放会降低清晰度的，反复拷贝会使图像失真，同时难于编辑（如过去的老电影版本，现如今再拿出来观看无论是声音还是图像的质量均无法恢复。数字视频可以弥补这些缺憾。它不仅可以进行完全恢复，还可以进行编辑和修改。 数字视频的产生有两种渠道：一是由模拟视频信号转换而来；一是直接由数字设备采集而来。前者在转换过程，由于视频采集卡本身的质量以及在转换过程中的各种因素，有可能影响到视频的质量和失真度。而后者，由于拍摄的时候用的就是计算机能够使用数字信号，因而影像不会有任何改变。 影响声波质量的主要因素是采样频率、采样精度和通道数，以及相应的三个基本功能：一是音乐合成发音功能；二是混音器功能和数字声音效果处理器功能；三是模拟声音信号的输入和输出功能。声音类型又可细分为讲解声音（11KHz）、音乐（22KHz）和高保真（44.1KHz）三种形式。,1,多媒体计算机系统,数字化之前的声波都是以模拟信号进行采集的，模拟音频信号的产生分为采样和量化构成。和视频信号一样采集需要有一个声音采集卡（声卡）。将模拟声音转换为计算机能够接受的数字信号，需要计算机进行数-模转换：采样、量化、编码。因此采样频率和采样精度及通道数，为声波质量的主要因素。由于人们的耳朵能够听到的声音最高频率为16Hz，为了确保采样质量，一般采样的频率应该在40Hz50KHz之间。再考虑其他因素，一般采用数字化为16位标准量化的线性脉冲编码调制。计算机处理的音频信号可以是单声道，也可是双声道立体声的。采样过程中，速度和位数均可以根据需要自行调节。 对于计算机而言，无论是视频信号还是音频信号均应为数字的。一整套的动态图片及单双声道音频所其构成的数据十分庞大，从而造成数据的存储困难、机器的运算速度过慢等一系列问题。这就产生了必须将巨大的数据进行压缩的技术。,1,多媒体计算机系统,3. 多媒体压缩技术 在多媒体系统中，无论是视频信号还是音频信号均应为数字的。一整套的动态图片及单双声道音频所其构成的数据十分庞大。例如，按PAL制式，视频播放每秒钟25帧，未经压缩的数据大约为21.5MB（即每秒钟的影片文件21.5MB）。对音频而言，一分钟的立体声音乐的未压缩数据约为100MB。显然，为了节省带宽，提高处理速度，降低存储空间，必须将巨大的数据进行压缩。 压缩可分为：无损压缩、有损压缩和混合压缩。 （1）无损压缩。优点是解压还原后得到信息与原信息的质量完全相同，没有任何信息的丢失。缺点是压缩的效果不理想，不太适合于视频信息。 （2）有损压缩。与无损压缩相反。优点是压缩效果明显，缺点是还原后信息质量有所下降，会有部分信息丢失，适合于要求不高的视频信号。通常用在视频非线性编辑的压缩技术有JPEG、MPEG和DV。 JPEG用于静态图像压缩。优点是可按20:1的比例进行压缩；压缩和解压对称，即压缩和解压可以使用相同的软件，且时间相同。虽为静止图像压缩，但利用非线性的视频卡也可实时地压缩每一帧，形成otion-JPEG格式。 MPEG用于动态图像压缩。它有不同的压缩标准，如VCD采用的是MPEG-1方式，而DVD采用的是MPEG-2格式。 DV主要用于数字视频信号的压缩。DV数字摄像机所记录的视频数据就是采用DV格式。它采用的压缩格式同otion-JPEG，为帧内压缩，同时采用自适应压缩（即一帧中两场信号靠近，可一起压缩、释放）。 （3）混合压缩：在前两种压缩方式上，对压缩比及保真度进行折衷取得最佳压缩效果。,1,多媒体计算机系统,1.1.5 多媒体文件格式 1. 常用的位图文件格式 最为常用的位图文件格式有TIF、TIFF、JPG、JPEG、GIF、BMP、TGA等。 （1）TIF/ TIFF。为标记图像格式文件，主要用于OCR识别扫描文档的存储和页面排版；使用LZW编码方式压缩，支持多通道图像。 （2）JPG/ JPEG。是静态图像文件的一种。最大的优点在于提供40:1比例的几乎无损压缩。利用人的视觉的灵敏度，将一些常人不易察觉的颜色变化略去。在压缩时只存储单元内相差较大的颜色值，随着压缩比例的上升，这一存储值便相应减少。 （3）GIF。GIF是图形交换格式的英文缩写，是由计算机生成的动画序列，文件尺寸比较小。GIF图像传输步骤可以使用逐行输出和显示，还增加了渐显方式。即在图像传输过程中，接受的用户可以先看到图像的大致轮廓，然后随着传输过程的继续而逐渐看清图像的细节部分，从而适应了用户的观赏心理。因此该图像文件适合于网络传输。 GIF格式为8位位图，最大支持256种颜色。支持动画格式和透明效果。 （4）TGA。该文件格式结构比较简单，属于一种图形、图像数据的通用格式。是由计算机生成图像向电视转换的一种首选格式。最大的特点是可以做出不规则形状的图形、图像文件，用于需要镂空的图像文件。 TGA格式支持压缩，使用不失真的压缩算法。 （5）BMP。BMP是Windows图形界面的基本构件之一。BMP的颜色模式分为四种：2位（黑白）、4位（16色）、8位（256色）、24位（65535色）。无法进行压缩，人们青睐它的原因在于，它不会丢失任何的图像细节，适合对图像要求严格的设计者使用。,1,多媒体计算机系统,2. 常见的音频文件格式 常用的音频数据文件格式有WAV、AIF/AIFF、MP1/MP2/MP3、MID/RMI、WMA。 （1）WAV。WAV是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，支持Windows平台，支持多种压缩格式、音频位数、采样频率和声道，是目前PC机比较流行的声音文件格式。WAV的音质与CD相差无几，但对存储空间需求太大。 （2）AIF/AIFF。AIF/AIFF是苹果公司开发的声音文件，多用于Macosintosh平台，目前Windows平台也可以兼容。支持多种压缩格式和16位44.1kHz立体声。 （3）MP1/MP2/MP3。MP1/MP2/MP3为MPEG标准中的音频，属于有损压缩，根据压缩质量和编码的不同分为3层，对应于MP1/MP2/MP3，其压缩比为4:1/6:18:1/10:112:1。由于压缩比最高，所以在计算机的多种媒体播放器中得以广泛使用。 （4）MIDI与MID/RMI。MIDI是乐器数字接口的缩写，是数字音乐、电子合成乐器的统一国际标准。它以音乐演奏指令的形式出现，用这些指令模拟多种乐器的声音效果，如同乐谱。通过MIDI将乐器、磁带录音机、录像机、混声器置于计算机的控制之下，将设备的音色、声音的强弱、声音的长短等转换为指令输入到计算机的声卡，再合成出完整的音乐。MID/RMI为MIDI文件。,1,多媒体计算机系统,（5）WMA。WMA是微软针对互联网音频领域推出的媒体格式。它以减少数据流量但保持音质的方法来达到更高的压缩率目的，压缩率一般可以达到1:18。在48Kb/s的低比特率情况下，同等体积大小的WMA 音质要明显优于MP3。WMA还可以通过DRM方案加入防止拷贝，或者限制播放时间和播放次数，限制播放机器的类型，可有效地防止盗版。 （6）VQF。VQF是由YAMAHA和NTT共同开发的一种音频压缩技术，它的压缩率能够达到1:18，相同情况下压缩后VQF的文件体积比MP3小30%50%，更有利于网上传播。同时音质极佳，仅次于WAVE，接近CD音质。但由于播放软件的普及应用不高，没有广泛传播使用。 （7）DVD Audio。DVD Audio是新一代的数字音频格式，与DVD Video尺寸以及容量相同，为音乐格式的DVD光碟；低采样率（192kHz、176.4kHz）虽然是2声道重播专用，但它最多可收录到6声道；以2声道192kHz/24b或6声道96kHz/24b收录声音，可容纳74分钟以上的录音，动态范围达144dB，整体效果甚佳。 （8）RealAudio。RealAudio文件可以实时传输音频信息，尤其是在网速较慢的情况下，仍然可以较为流畅地传送数据，因此主要适用于网络上的在线播放。RealAudio文件格式主要有RA、RM、RMX三种，这些文件的共同性是可以随着网络带宽的不同而改变声音的质量，在保证大多数人听到流畅声音的前提下，带宽较宽的听众能够获得较好的音质。,1,多媒体计算机系统,常见视频文件格式 常见视频文件格式有AVI、MOV、FLC/FL、MPG/MPEG/DivX、RealVideo。 （1）AVI。AVI是Microsoft公司开发的一种符合RIFF文件规范的数字音频与视频文件格式，即Windows的视频多媒体文件格式，可以看作是由多幅连续的图形按顺序组成的动画文件。现在已被多数PC操作系统直接支持。AVI格式允许视频和音频一起同步播放，支持256色和RLE压缩；由于视频文件的信息量很大，产生了很多压缩方法，这些AVI的压缩和解压缩的方法做成驱动程序就缩写为codec。但AVI文件并未限定压缩标准，不同压缩算法生成的AVI文件，必须使用相应的解压缩算法才能播放出来。AVI文件主要应用在多媒体光盘上，用来保存电影、电视等各种影像信息，互联网上也有供用户下载的多媒体文件。 （2）MOV。MOV是 QuickTime格式的视频文件格式，支持Internet流式播放，广泛应用于苹果计算机上，Windows系统中也有对应的版本。MOV有很多种类的压缩方式，提供150多种视频效果，可以存储Alpha通道的文件，且配有提供多种MIDI 兼容音响和设备的声音装置，便于影像的后期合成。新版的QuickTime进一步扩展了基于Internet应用的关键特性，能够通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能；此外，还提供QuickTime VR（虚拟现实）技术，用户通过鼠标或键盘的交互式控制，可以观察某一地点周围3600的景象，或者从空间任何角度观察某一物体。QuickTime以其领先的多媒体技术和跨平台特性、较小的存储空间、独立的技术性。以及高度开放等特性成为数字媒体软件技术领域的较为广泛使用的播放器之一。,1,多媒体计算机系统,（3）FLC/FLI。FLC、FLI是Autodesk开发的一种视频格式，支持256色和色彩抖动技术，在很多情况下和真彩视频区别不是很大，不支持音频信号，常用于3DS渲染的动画中。FLI最初是基于320200分辨率的动画文件格式。FLC是FLI的进一步扩展，其分辨率也不再局限于320200，并采用行程编码（RLE）算法和Delta算法进行无损的数据压缩：首先压缩并保存整个动画序列中的第一幅图像，然后逐帧计算前后两幅相邻图像的差异或改变部分，并对这部分数据进行RLE压缩。由于动画序列中前后相邻图像的差别通常不大，因此可以得到相当高的数据压缩率。 （4）MPG/MPEG/DivX。MPEG是Motion Picture Expert Group（活动图像专家组）压缩的视频文件标准。 MPEG-1是针对1.5Mb/s以下的数据传输率的视频及伴音编码设计的。其压缩的分辨率，在PAL制下为352288，每秒可播放25 帧的画面；在NTSC制下为352240，每秒可播放30 帧的画面。 MPEG是针对310Mb/s的数据传输率的视频及伴音编码设计的。MPEG-1标准在国内被广泛应用于VCD影碟中，DVD影碟用的是更高品质的MPEG-2标准。MPEG-3最初为HDTV制定，由于MPEG-2的快速发展，已经可以满足HDTV的要求，MPEG-3就被跳过了。MPEG-4追求的不是高品质而是高压缩率以及适用于网络的交互能力，主要用于视频电话和视频电子邮件,其特点是对传输速率要求低，可以利用很窄的带宽通过帧重建的技术来压缩和传输数据。 现在比较流行的DivX的视频编码技术则是由 MPEG-4 v3修改而来，音频采用MP3压缩格式。两者结合形成了目前较为流行的文件格式。 在电脑中打开VCD光盘，根目录 MPEGAV下后缀名为DAT的文件也是MPEG格式的，是VCD刻录软件将符合VCD标准的MPEG-1文件自动转换生成的。,1,多媒体计算机系统,（5）RealVideo。RealVideo是RealNetworks公司开发的一种新型流式视频文件格式，它包含在RealNetworks公司所制定的音频视频压缩规范RealMedia中，主要用来在低速率的广域网上实时传输活动视频影像，可以根据网络具体的数据传输速率而采用不同的压缩比率，从而实现影像数据的实时传送和实时播放。RealVideo除了可以以普通的视频文件形式播放之外，还可以与RealServer服务器相配合，在数据传输过程中边下载边播放视频影像，而不必像大多数视频文件那样，必须先下载然后才能播放。目前很多在线影片就是采用该种文件格式进行传送的。,1,多媒体计算机系统,1.2 多媒体计算机配置,多媒体要求计算机能同时迅速地处理声音、图像、影视等庞大信号。这对计算机的软硬件提出了更高的要求。首先要有高速运转的专用芯片和巨大的存储空间应付庞大的数据，其次要有好的视频采集卡将影视进行采集、编辑、处理，再其次要有一块高质量的显卡和声卡用于设计、编辑、处理所需的图像和声音，另外多媒体计算机系统不仅处理和存储的数据量大，实时性要求高，而且还需要配套的输入输出设备和接口，对硬件和软件都有特殊的要求。 1.2.1 多媒体计算机系统硬件配置 多媒体计算机当然要比一般的仅限于文字处理和数字计算的计算机的配置要高。为了使声、文、图、像、影视处理集于一体，出现了具有多媒体处理能力的计算机，称之为MPC。现如今配备的计算机均具有多媒体基本技术功能，如图1.1所示。需要的。 图1.1 多媒体计算机的配置,1,多媒体计算机系统,下面分核心部分、输入输出设备和接口设备三部分讨论。 1. 多媒体计算机的核心配置 一般来说，计算机的核心配置主要指CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、存储器和主板等的配置。 （1）中央处理器CPU CPU是计算机的中枢部件，执行计算机的所有计算和处理任务，是对计算机的性能起决定性作用的部件之一。CPU的主要性能有如下一些： 字长：字长是CPU表示信息的能力和处理单位的量。字长越长，表明计算机可以表示的数据的精度越高、范围越大，计算机的吞吐能力越强。 主频：主频是CPU工作节奏高低的性能指标。主频越高，CPU的工作节拍越快，计算机的处理速度就越高。 体系结构：CPU的体系结构是组成CPU的各部分之间协调能力和存不存在瓶径的性能要素。例如超线程技术（hyper-threading）可以更有效地克服P4处理器长达20 级的流水线在通常情况下不能被完全利用的弊病，通过虚拟的方法把一个处理器当作两个逻辑处理器工作，可以同时执行两个独立的线程；两个逻辑处理器共享执行引擎、缓存、系统总线等硬件单元，使硬件的利用率得以有效提高。,1,多媒体计算机系统,指令系统：指令系统是CPU能够直接处理的工作的集合。丰富的指令系统可以把许多工作只用一条指令的执行完成。例如PRESCOTT核心处理器添加了多媒体指令集，侧重支持DVD播放、音频、3D图形数据和网络数据流的处理。SEE3指令集在SEE2指令集的基础上又增加了13条新指令，其中包括一条专门针对视频解码的指令和两条针对线程处理的指令，其他10条用于支持复杂的运算，如浮点转整数，单指令多数据流浮点运算。这些都有助于提高计算机的处理速度。通常也把带有多媒体指令的CPU称为多媒体CPUMPU。 图1.2为我国自行设计生产的龙芯CPU芯片外形。,1,多媒体计算机系统,（2）存储器 存储器是计算机存储信息的部件。存储器的主要指标是容量、存取速度和价格。基于对这三方面的折中，计算机的存储系统都采用多级结构。一般是采用三级结构：高速缓存（一般集成在CPU中）、内存和外存。 多媒体系统要求配备足够大的内存，现在一般RAM要求512MB以上。外部存储器包括硬盘、光盘、闪存以及制作在MP3、数码相机等数字设备中的记忆棒等。由于多媒体文件的容量都非常大，因此要求硬盘空间也要足够大。现在市场上的硬盘单碟容量已经达到133GB。 缓存是中央处理器与内存之间的中间存储体，它能提高处理器与内存之间的数据交换速度。目前主流CPU 多为双缓存结构，有一级缓存和二级缓存。一级缓存负责数据缓存和指令缓存；二级缓存负责存储数据缓存。,1,多媒体计算机系统,（3）主板 主板也称主机板，是安装在主机机箱内的一块矩形电路板，为计算机的主要电路系统。主板上安装有控制芯片组BIOS芯片和各种输入输出接口、键盘和面板控制开关接口、指示灯插件、扩充插槽及直流电源供电接插件等。CPU、内存条、驱动器、电源等硬件通过主板上的接口扩充插槽连接。卡主板的类型和档次以及与计算机的主要元件之间的兼容性，决定着整个系统的类型和档次及稳定性。 图1.3为一款计算机的主板照片。 图1.3 一款计算机主板照片,1,多媒体计算机系统,2. 多媒体计算机的输入输出设备 支持多媒体技术的输入输出设备可以分为两大类：多媒体数据采集、变换与处理设备和多媒体通信设备。 （1）多媒体数据采集、变换与处理设备。多媒体数据采集、变换与处理设备包括了： 常规计算机外围设备：键盘、鼠标、显示器、打印机、串并行接口等； 特殊计算机外围设备：采集卡（用于模拟的电视电影信号转换为数字信号）、扫描仪（用于将图片、作品、文字等材料转换到计算机中）、可擦写的光盘刻录机、数码照相机、摄像机、触摸屏。 （2）通信设备。通信传输设备，用于将数据量庞大的多媒体信息传送出去或接收进来。包括视频电话机、电视、传真机、LAN和ISDN等连接的设备。 3. 计算机多媒体适配卡（器） 适配卡（器）也称接口卡，是安装在计算机主版上与外围设备的接口设备，主要起数据转换（压缩/解压缩、加密/解密、格式转换、控制）等作用。任何计算机与输入输出外围设备连接都需要适配卡，但多媒体计算机由于要处理的信息形态多样，所以适配卡也是多样的。下面主要介绍与多媒体相关性大的几种适配卡。,1,多媒体计算机系统,（1）音频卡/声卡 声卡处理音频信息，将模拟声音转换成数字信息（A/D）、数模转换（D/A）、压缩、解压缩释放还原声音。 计算机声卡的出现，标志着多媒体的初级雏形的形成。可以将声卡技术看成是多媒体技术的最基本技术之一。其作用是将模拟的声音信号转变为计算机能够接受的数字信号。如将来自麦克风、音频输入端口、光盘中的CD声音等模拟信号，转换成计算机能够接受的数字参数，进行适当的编辑、修改、处理或原样，再用数模转换器送到扬声器、声卡的输出端口实时播放。输出输入时还需要压缩、解压缩释放还原声音。对于专门用于音乐领域的多媒体计算机，在声卡上还需配备有音乐设备数字接口（MIDI合成器），用于直接和电子乐器连接。图1.4是美国M-AUDIO公司的DELTA 2496音频卡的照片。 图1.4 美国M-AUDIO公司的DELTA 2496音频卡,1,多媒体计算机系统,（2）显卡 显卡即显示器的适配卡。多媒体需要分辨率高、显示色彩丰富的显示卡。显示卡的运算速度决定了图形、图像、三维动画生成的表现质量和速度。而显卡的性能主要由图形芯片的工作速率（由刷新频率决定）和显存决定。显存、像素管线、像素填充率也是影响显卡的速度的因素。显卡在功能无很大的差异，较大的差别在于三维的效果表现上。不同芯片的产品有着各自不同的特点。目前市场上主流显卡都采用0.13m的制造工艺，AGP 8x 接口，支持DirectX9，但随着915925主板芯片推出，采用Pci Express接口的显卡也就成为下一代的标准接口。目前市场上的显卡最大厂商为NVIDIA和ATI两家公司。显卡的速度以显卡核心的刷新频率来鉴定。目前显卡的显存均在32MB以上，用来制作普通的多媒体，基本的显示速率可以够用。 一般不将显卡列为多媒体技术一栏，因为在早期的非多媒体计算机中，自从显示器存在，显示卡就存在。但今天的显卡和早期的显卡已大有区别，尽管原理相同。作为专门制作图形图像的计算机而言，显卡的作用非同一般。大家都知道多媒体的特点就是图文并茂。这不仅需要高分辨率，而且需要屏幕的显示色彩要丰富，接近于自然界的真彩色，这就取决于显示卡的支持。显卡配合系统软件的显示驱动程序，可以加快像素运算的速度，因此又称显卡为图形加速卡。对于专门用于图形图像设计的计算机而言，一块专业的显卡可提高整体运算速度，也可以使整体设计更显得完美。如今之所以可以利用计算机可以使画面设计得色彩更丰富、游戏设计得更逼真，动画连接得更完美，这些都离不开显卡。 图1.5为铭瑄极光GeForce FX5700LE显卡的照片,1,多媒体计算机系统,（3）视频卡 视频卡是专门用于处理影视图像的设备接口，细分为视频捕捉卡、视频处理卡、视频信号卡、TV编码器等。主要和摄像机、VCR影碟机、TV等设备相连接，以便获取、处理和表现各种动画和数字化视频媒体。视频捕捉卡的功能主要是将视频图像逐帧采集转换为数字信号，而视频信号采集卡是将模拟信号转换为数字信号。 视频卡按使用的专业化级别可分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡、民用级视频采集卡，它们档次的高低主要是采集图像的质量高低。由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源，视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像，并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此，实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间，则要出现数据的丢失，也即丢帧现象。采集卡把获取的视频序列先进行压缩处理，然后再存入硬盘，也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的，免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。目前的视频采集卡是视频采集和压缩同步进行，也就是说视频流在进入电脑的同时就被压缩成MPG格式文件，这个过程就要求电脑有高速的CPU、足够大的内存、高速的硬盘、通畅的系统总线。 一般多用于比较专业的多媒体计算机，如专业VCD制作、专业片头广告、电视片头、电影特效等，不是每台计算机必备。由于使用量比较少，目前市场的性价比较高。,1,多媒体计算机系统,（4）网卡（NIC） 网卡（NIC）是计算机与网络传输介质之间的连接设备。它的主要功能是进行数据的接收和发送，同时还有信号转换、控制等功能。网卡的分类主要考虑两个方面：介质的类型（双绞线、光缆、同轴电缆、无线等）和传输速率（10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s等）。 （5）触摸屏 触摸屏技术是计算机控制技术的一种。它的发明使多媒体计算机的使用更贴近人们的现实生活。它主要以电阻压力、电容感应、红外切割等物理手段检测用户在显示屏幕上的触摸点（代替鼠标的作用），完成人机交换的操作。它完美的界面、简洁明了的操作方式很快得到商业、旅游等方面的青睐。很快被广泛用于银行的自动取款机、旅馆的示意图、景点的导游图、商店的导购图、邮局的查询图、图书馆的检索图等。,1,多媒体计算机系统,1.2.2 多媒体软件技术 任何计算机系统都是软件技术和硬件技术的融合和集成。多媒体计算机系统更是如此。 软件功能随人们的需求而产生，其更新随着硬件的发展而发展，同时也推动硬件的换代更新。软件和硬件永远是这样的相互依靠而又相互牵制地同步发展着。 多媒体软件可分为多媒体软件操作系统和多媒体应用软件两大类。,1,多媒体计算机系统,1. 多媒体软件操作系统 多媒体软件操作系统是计算机系统的一组管理程序，承担计算机系统所有软硬件资源管理、软硬件之间的协调、信息流的组织管理、设备的调度及管理、外围设备的驱动及控制、多媒体编程环境的设置与管理等功能，是计算机系统的灵魂，是其他软件工作的基础。 自1990年个人PC出现了建立于DOS系统之上的Windows 3.0之后，给人带来全新概念，即所得的感觉，使多媒体变得可能。如果说声卡是多媒体硬件的桥梁，那么Windows操作系统理所应当就是多媒体软件的桥梁。现在的MPC操作系统均使用Windows 2000、Windows ME、Windows XP、Windows NT等；苹果机的操作系统为Macosintosh；SGI及SUN等工作站使用UNIX操作系统等。 目前最为普及的PC机Windows操作系统多媒体主要功能如下： 将多媒体功能集成到Windows系统中，速度快、图像逼真。 外设的驱动自动搜索，即插即用技术。 提供多种多媒体功能，包括写字板、记事本、绘画、图像处理、游戏、CD自动播放、视频播放、录音机，支持后台播放。 在Windows系统中网络功能得到充分发挥，自带网络浏览器IE。电子邮件收发功能可以群发的方式进行，音频视频可提供多人谈话，共享影像的远程会议功能，超级访问功能等。Windows 2000和Windows 98的最大区别在于网络的功能更趋于完整和方便。 目前广为应用的计算机操作系统是Linux、UNIX和Windows。,1,多媒体计算机系统,2. 多媒体应用软件 多媒体应用软件的功能是进行多媒体产品的制作或处理，大致可以分为图1.6所示的几类。,图1.6 多媒体应用软件,1,多媒体计算机系统,（1）文字处理软件。文字处理软件用于文字的输入、编辑、排版。其常用软件有微软提供的Office中的Word，优点是使用方法简单、功能强大。香港金山公司生产的WPS软件也是专门用于文字处理的软件，其功能与Word相仿，由于功能比较单一，目前使用率比较低。 PageMaker软件为Adobe公司的产品，最早用于苹果的文字处理，现在也有PC机版本。该软件现被专门用于文章的编辑排版印刷，桌面排版是其强项。 （2）图形图像处理处理软件。图像处理，即对已有的位图进行编辑加工处理以及加上特殊效果等，其重点在于对图像的处理加工。图形软件是按照自己的构思在白纸上创作设计图形。 自1990年Adobe公司推出PhotoShop软件。目前它被列为世界上最畅销的图像编辑软件，成为涉及图像处理的行业的标准。2003年，Adobe推出的新版本不再延续原来的Photoshop 8.0，而是结合其他产品组成一套创作软件，称之为Photoshop CS（Photoshop Creative Suite）。加强了数码相机的功能，也可以说是为越来越受青睐的数码产品而开发（如镜头畸变修正、滤镜等），艺术学院将此软件列为必修课程之一。Photoshop的专长在于图像处理，即对已有的位图图像进行编辑加工处理，加上特殊效果等，其重点在于对图像的处理加工。,1,多媒体计算机系统,同样Adobe公司推出的Photoshop的姐妹软件Illustrator为图形软件。和图像处理软件不同的是图形软件是按照自己的构思在白纸上创作设计图形，其出现早于Photoshop软件。Adobe公司的另一个著名软件Freehand也是图形编辑软件，用于矢量图形的生成、编辑处理。早期Adobe公司生产的软件完全用于苹果机的Mac /os系统，与PC机的Windows系统平台不兼容。随着Windows系统多媒体功能的不断完善，PC机用户的普及，Adobe公司最终将软件的使用由专业平面设计师专用转向大众型的普通用户，其Photoshop 2.5之后的版本推出了可运行于Windows系统。 和Illustrator软件并驾齐驱的图形软件Corel公司开发的矢量图形处理软件CorelDRAW，最初主要用于PC机用户的图形设计。1995年CorelDRAW 6和Windows 95同时发布，成为第一个主要的可运行于32位操作系统的应用软件。和Illustrator软件相比，它的优点在于独立性，可独立处理位图图像。 在矢量图形设计领域，Illustrator、CorelDRAW和Freehand多年来一直处于三足鼎立的竞争格局。尤其是Illustrator、CorelDRAW已经成为桌面出版领域中最优秀的绘图软件之首选。 图形软件的优点是：绘制的所有对象都是用数学公式的形式进行独立的定义，所以它们可独立编辑处理而不影响其他对象，且文件容量小；可对所设计的图形进行任意的放大而不必考虑清晰度，在任何输出设备上它能自动地适配到输出设备，并获得最高分辨率进行输出处理。 AutoCAD是AutoDesk公司1982年推出的产品，因此AutoCAD可以适用于DOS、Windows、UNIX甚至Mac系统。但是AutoCAD 2000只能运行在Windows 95、Windows 98和Windows NT下。通常AutoCAD设计软件专门用于建筑设计、电子版绘制、工程制图、服装设计等方面。可方便地标注尺寸，生成立体。,1,多媒体计算机系统,（3）动画软件。动画分为摄像机动画、角色动画、粒子动画、场景动画等。动画软件往往需要具备图形制作、图象处理、动画设计、音乐编辑、音乐合成、脚本编辑和动画播出等功能。 AutoDesk公司的Animator Studio，是二维动画设计软件。它可将图像处理、动画设计、音乐编辑、音乐合成、脚本编辑、影片播出等功能集于一身。只需要导入预先准备好的素材元素，然后对他们进行排序，再加入背景音乐和逻辑图标，就可以轻松地创建自己的动画或AVI视频文件了。 AutoDesk公司的3DS MAX是目前最为出名的动画制作软件。3DS MAX软件的功能非常强大，适合于设计制作三维动画。在动画设计上非常巧妙，外加插件可制作出逼真的影像效果，有仿现实环境的灯光和光线追踪效果、仿真实效果的表面材质的敷设功能。具体动画可分为：摄像机动画、角色动画、粒子动画、场景动画等。它的前身为1991年推出的DOS环境3D Studio。3DS MAX为1996推出的Windows 95/NT环境版。 Alias|Wavefront公司的Maya软件，是基于工业设计软件的基础上发展的三维动画软件，功能非常强大，比3DS MAX更优秀，但操作比较复杂，一般用于人士所青睐。其系统设置使用户可以直接在透视窗口内完成景物在三维空间中的精确定位，内设管理模块、造型模块、动画模块和绘制模块。适合比较专业的动画影片设计人士使用。 Macromedia公司的Flash。该软件是二维的矢量动画软件。其简单易学、功能强大、文件量小等功能被广泛用于网络的页面动画的设计制作。,1,多媒体计算机系统,（4）音频处理软件。利用电脑创作音乐，这在过去只是少数专业人士的工作，随着多媒体动画及非线性编辑技术的越来越平凡的使用，人们开始使用音频编辑技术了。利用音频处理软件，可以对声音进行精确快速的创作、录制、编辑、处理，并存储为音频数据。只要将声音放入软件中，让不识简谱和五线谱的人立即识谱，迈入音乐殿堂，尽情享受音乐带来的乐趣。利用计算机软件可以将声音进行任意剪辑、绘制声波或修改它的声音振幅，声像，左右声道相位差等。调节频率均衡、混响，回声，延迟，和唱，动态，失真降低噪音，升降调，时间拉伸等。利用频率调变的方法自动生成声音，声音文件格式转换等等操作计算机都可以完成。 利用计算机创作音乐，又被称为MIDI制作，MIDI文件本身只是一堆数字信号而已，其实任何声音都有其独特的波形，声音的实际效果就是波形的纪录。MIDI文件体积相当小，所以很适合在网络上传播。如果为一台普通的计算机配上专业的多通道音频接口卡、DSP音效卡、音乐编辑软件、音频缩混软件和母带处理系统、录音棚级电子管电容录音话筒、电子管话筒放大器和压缩器、监听耳机、近场专业监听音箱等软硬件设备，就可以制作出完美的歌曲伴奏、翻唱歌曲舞曲、晚会音乐等数码音乐。在家中就可以完成整个乐队才能完成的工作。 通常使用的软件有： CoolEdit PRO软件是一款非常出色的数字音乐编辑器和MP3制作软件，人们将其称为音频“绘画”程序。它可以用数字“绘制”音调、歌曲、声音、弦乐、颤音、噪音或是调整静音；提供放大、降低噪音、压缩、扩展、回声、失真、延迟等特效；同时处理多个文件，在若干个文件中进行剪切、粘贴、合并、重叠声音；生成噪音、低音、静音、电话信号等声音。它还包含有CD播放器，具有支持可选插件、崩溃恢复、多文件、自动静音检测和删除、自动节拍查找、录制等功能；可以在AIF、AU、MP3、SAM、VOC、VOX、WAV等文件格式之间进行转换，并且能够保存为RealAudio格式,1,多媒体计算机系统, Sound Forge软件是目前使用最为广泛的非多轨音频编辑软件。该软件具备全套的音频处理工具和效果制作等功能，可用以处理音频的编辑、录制、效果处理以及完成编码。操作界面接近Windows 界面，便于掌握音频编辑。它内置支持视频及CD的刻录并且可以保存为WAV.WMA、RM、AVI、MP3等一系列的声音及视频的格式文件。同时还可以处理大量的音效转换的工作。 Wave Corrector软件是一款所见即所得的波形编辑器，它可以将模拟音频信号转换到CD中，在转换之前，它可以自动去除其中的嘶嘶声、嘀嗒声、扑扑声以及其它损伤的音频信号。该软件提供能够重叠显示校正前后波形的图形用于简单的可视化比较。通过这种方式可以评定单次校正的效率，进行调整，校正修改等，也可以将新的校正信号插入使用，便于完全控制校正过程。 “音乐大师”。可以支持128种音色和16声部交响乐的编辑，拥有最强大的简谱诠释能
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