多媒体系统结构

第7章多媒体系统结构7.1多媒体计算机系统结构7.2多媒体计算机硬件介绍7.3多媒体I/O设备介绍7.4多媒体存放系统7.5多媒体操作系统*7.6惯用多媒体应用软件*第1页7.1多媒体计算机系统结构多媒体计算机系统是对基本计算机系统软、硬件功效扩展，作为一个完整多媒体计算机系统，它应该包含5个层次结构，如图7-1所表示。多媒体应用系统

第五层多媒体著作工具及软件第四层多媒体应用程序接口(API)第三层多媒体操作系统第二层多媒体通信软件

多媒体输入/输出控制卡及接口第一层多媒体计算机硬件多媒体外围设备图7-1多媒体计算机系统层次结构第2页最底层为多媒体计算机硬件系统。其主要任务是能够实时地综合处理文、图、声、像信息，实现全动态视像和立体声处理。同时还需对多媒体信息进行实时压缩与解压缩。第二层是多媒体软件系统。它主要包含多媒体操作系统、多媒体通信软件等部分。操作系统含有实时任务调度、多媒体数据转换和同时控制、多媒体设备驱动和控制以及图形用户界面管理等功效。第三层为多媒体应用程序接口(API)。这一层是为上一层提供软件接口，方便程序员在高层经过软件调用系统功效，并能在应用程序中控制多媒体硬件设备。7.1多媒体计算机系统结构第3页第四层为多媒体著作工具及软件。它是在多媒体操作系统支持下，利用图形和图像编辑软件、视频处理软件、音频处理软件等来编辑与制作多媒体节目素材，并在多媒体著作工具软件中集成。第五层是多媒体应用系统，这一层直接面向用户，是为满足用户各种需求服务。7.1多媒体计算机系统结构第4页7.2多媒体计算机硬件介绍多媒体硬件系统包含多媒体计算机主机系统、音频与视频获取系统、磁盘存放系统和显示系统等。如图7-2所表示。为了使计算机能够实时地处理多媒体信息，对多媒体数据进行压缩编码和解码，早期处理方法是设计制造专用接口卡。当前发展趋势是将上述功效集成处处理器芯片中，这种芯片可分为三类：第一类是采取VLSI(超大规模集成电路)实现通用和专用数字信号芯片，可用于数字信息处理；第二类是在现有CPU芯片中增加多媒体与通信功效，如IntelMMX微处理器；第三类称为媒体处理器(MediaProcessors)，它以多媒体和通信功效为主，同时融合CPU芯片原有计算机功效。第5页静态图像输入扫描仪数字相机存放设备大容量硬盘数据磁带光存放设备模拟视频摄像机录象机电视机视盘机图像采集卡话筒计算机主机数字信号显示器打印机网络通信接口显示器网卡模拟信号投影电视电视司步部件MIDI声音回放音频采集卡图7-2多媒体硬件系统组成框图7.2多媒体计算机硬件介绍第6页数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)是一个用VLSI实现通用和专用数字信号芯片，以数字计算方法对信号进行处理。含有多媒体功效微处理器多媒体计算机关键。Intel企业推出了基于MMX技术微处理芯片。MMX技术将面向多媒体数据处理指令集成到CPU芯片内，加紧了对多媒体信息处理速度。媒体处理器

媒体处理器可定义为一个专门用于同时加速处理多个多媒体数据可编程处理器，在媒体处理器中执行特定多媒体功效软件称为媒体件。由媒体处理器和媒体件共同处理各种多媒体数据。

7.2多媒体计算机硬件介绍第7页

7.3.1扫描仪7.3.2投影仪7.3.3数字视频展示台7.3.4触摸屏7.3.5数码相机7.3.6数码摄像机与摄像头7.3.7手写输入设备7.3.8显示设备7.3.9打印设备7.3多媒体I/O设备介绍第8页7.3.1扫描仪扫描仪是一个计算机输入设备，是桌面模拟/数字转换器，它可将各种图片、图纸等资料扫描输入到电脑，转换成数字化图像数据保留和使用。扫描仪工作原理扫描仪是光机电一体化产品，主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分组成。扫描仪关键是完成光电转换电荷耦合器件(CCD)。CCD：CCD是电荷藕合器件(ChargeCoupleDevice)简称，它能够将摄入光线转变为电荷并将其储存、转移，把成像光信号转变为电信号输出，完成光电转换功效，所以是理想摄像元件。第9页7.3.1扫描仪图7-3扫描仪外形第10页7.3.1扫描仪图像扫描仪分类图像扫描仪普通分为平板式、手持式和滚筒式三种。扫描仪性能指标扫描仪性能指标主要有分辨率、色彩位数和扫描速度等。另外，用户还要考虑接口形式、幅面大小、操作环境、随机软件是否丰富以及安装方便性等原因。光学符号识别(OCR)OCR技术实际上是计算机认字，也是一个文字输入法，它经过扫描和摄像等光学输入方式获取纸张上文字方式图像信息，利用各种模式识别算法，分析文字形态特征，判断出文字标准码，并按通用格式存放在文本文件中。

第11页多媒体投影仪能够与录像机、摄像机、影碟机和多媒体计算机系统等各种信号输入设备相连，可将信号放大投影到大面积投影屏幕上，取得巨大、逼真画面，从而方便地供多人观看，成为计算机教学、演示汇报等必备设备，正在逐步发展成为一个独立于普通显示设备标准外设种类。到当前为止，投影机主要经过三种显示技术实现，即CRT投影技术、LCD投影技术和DLP投影技术。7.3.2投影仪图7-5投影仪外形第12页视频展示台是一个新型数字化电教设备。数字视频展示台不但能将胶片上内容投影到屏幕上，更主要是能够直接将各种实物，甚至能将可活动图像投影到屏幕上。视频展示台实际上是一个图像采集设备，它作用是将摄像头拍下来景物，经过与外部输入、输出设备配套使用，如经过多媒体投影机、大屏幕背投电视、普通电视机、液晶监视器等设备演示出来。7.3.3数字视频展示台

第13页7.3.3数字视频展示台

第14页触摸屏是一个定位设备，系统主要由3个主要部分组成：传感器、控制部件、驱动程序。当用户用手指或者其它设备触摸安装在计算机显示器前面触摸屏时，所摸到位置以坐标形式被触摸屏控制器检测到并送到CPU，从而确定用户所输入信息。普通地说，触摸屏可分为5个基本种类：红外线扫描式触摸屏、电容式触摸屏、电阻式触摸屏、表面声波式触摸屏、矢量压力传感式触摸屏。7.3.4触摸屏

图7-7触摸屏外观第15页7.3.5数码相机数码相机是一个能够进行拍摄并经过内部处理把拍摄到景物转换成以数字格式存放特殊摄影机。

数码相机是由镜头、CCD、A/D(模数转换器)、MPU(微处理器)、内置存放器、LCD(液晶显示器)、PC卡(可移动存放器)和接口(包含计算机接口、电视机接口)等部分组成，数码相机中只有镜头作用与普通相机相同，其余部分则完全不一样。数码相机在工作时，外部景物经过镜头将光线会聚到感光器件CCD上，并被转换成电荷，然后经过A/D器件进行从模拟信号到数字信号转换，接下来MPU对数字信号进行压缩并转化为特定图像格式，如JPEG格式。最终，图像文件被存放在内置存放器中。第16页7.3.5数码相机数码相机应用中常见术语：1.焦距：指经过镜头平行光焦点与镜头透镜距离。2.光圈：光圈大小以f加数字表示，如f4、f5.6等，数字越小，透光量越大；数字越大，透光量越小。3.变焦和聚焦：变焦(ZOOM)在实物展示台上是用来放大和缩小被摄物体，变焦实现是应用了变焦镜头，它能够在成像清楚情况下，经过镜头焦距改变来改变图像大小与视场大小。聚焦(FOCUS)在视频展示台上是用来对被摄物体进行微调，以到达最正确视觉效果。4.有效像素：整块CCD上全部像素总数－边缘部分被遮盖像素＝有效像素5.信噪比：放大器输出信号电压与同时输出噪声电压之比。用分贝(dB)表示。信噪比越高越好。第17页7.3.5数码相机数码相机应用中常见术语：6.电子快门：快门是用来控制光经过时间长短，它分为两种结构：一个为焦平面快门；另一个为叶片式快门，两种均是利用弹簧将“门”打开。快门速度使用分数表示。7.白平衡模式：就数码相机而言，由不一样光源产生“白色”在颜色上来说是不尽相同，有含浅蓝色，有含黄色或红色。为了贴近人视觉，数码相机就必须模仿人类大脑并依据光线来调整色彩，方便在最终相片中能够展现出肉眼所看到白色。这称之为“白平衡”。8.AGC：AGC为自动增益控制，它作用是当信号源较强时，使其增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而确保了强弱信号均匀性。9.内同时：采取内同时方式使得图象愈加流畅和清楚。10.TV制式：指世界上使用电视广播制式：PAL、NTSC、SECAM三种。11.水平清楚度和垂直清楚度：垂直清楚度即是图像能够分解出多少水平线条数，最大垂直清楚度由垂直扫描总行数所决定。12.景深：景深是指拍出影像纵向上清楚范围，譬如拍摄一张风景照片，假如前景、背景和主体都清楚，说明景深范围大；假如主体本身有一部分不清楚，说明景深范围太小。第18页7.3.6数码摄像机与摄像头伴随数字视频(DigitalVideo，DV)标准被国际上55个大电子制造企业统一，数字视频正以不太高价格进入消费领域，数码摄像机也应运而生。家用级数字摄像机有MD摄像机、数字8mm摄像机、MiniDV摄像机。数字摄像机必须在1s内拍摄30幅图像，把光转换成电，再转换成二进制数字信息，这么各个图像就能够连在一起成为对应视频。第19页7.3.6数码摄像机与摄像头数字摄像头是一个新型多媒体计算机外部设备和网络设备，人们形象地称之为计算机和网络“眼睛”。数字摄像头外观如图7-10所表示。数字摄像头是一个依靠软件和硬件配合多媒体计算机从属设备，其成像使用CCD或CMOS图像传感器、A/D器件进行，模拟图像到数字图像转换等部分与数码摄像机是一样，只是其光电转换器件分辨率差一些。第20页7.3.7手写输入设备手写输入笔是一个直接向电脑输入汉字，并经过汉字识别软件将其转变成为文本文件一个电脑外设产品。电脑手写输入硬件设备普通由两部分组成：一部分是与电脑相连，用于向电脑输入信号手写板(手写区域)；另一部分是用来在手写板上写字手写笔。手写识别实际上是手写轨迹坐标序列到汉字内码一个映射过程。手写输入笔软件是手写输入关键部分，它决定了汉字输入识别率及汉字输入易用性和可操作性。第21页7.3.8显示设备显示系统包含显示器和图形显示适配器(显示卡)两部分。只有将二者有机地结合起来，才能取得良好显示效果。显示器分类依据工作原理，可分为基于阴极射线管（CRT）显示器，液晶显示器（LCD），发光型等离子体显示器（PDP）、场致显示器（FED）、发光二极管显示器（LED）等等。按照显示颜色可分为单色(mono，或称黑白)和彩色两种。按照分辨率，可分为低分辨率、中分辨率、高分辨率显示器等。依据扫描方式分类：按扫描方式能够分为隔行扫描显示器和逐行扫描显示器两种。依据配接显示卡分类：MDA单色显示器、CGA彩色显示器、EGA彩色显示器、VGA（包含SVGA）彩色显示器和MTS多频显示器等。第22页7.3.8显示设备1.CRT显示器原理CRT显示器是一个光栅图像显示器（图7-12）。

加热灯丝电子枪聚焦系统加速系统磁偏转系统金属阴极电平控制器水平偏转板垂直偏转板电子束荧光屏图7-12阴极射线管基本结构第23页7.3.8显示设备CRT显示器技术参数主要有：点距：指CRT上两个颜色相同磷光点之间距离。点距越小显示器画面就越清楚、自然。像素：每一个像素包含一个红色、绿色、蓝色磷光体。分辨率：显示器画面解析度，由每帧画面像素数决定。以水平显示像素个数×水平扫描线数表示，如800×600是指每帧图像由水平800个像素和垂直600条扫描线组成。行频（kHz）：又称水平刷新频率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过水平线条数。场频（Hz）：又称垂直刷新频率，是每秒钟屏幕重复绘制显示画面次数，即重绘率。另外，还有带宽（MHz）、动态聚焦等。第24页7.3.8显示设备2.LCD显示器原理

液晶是一个介于液体和固体之间特殊物质，它含有液体流态性质和固体光学性质。当液晶受到电压影响时，就会改变它物理性质而发生形变，此时经过它光折射角度就会发生改变，而产生色彩。

第25页7.3.8显示设备LCD显示器技术参数主要有：1)视角度:大约在160度以内。2)点距和分辨率：0.279mm，1024×768

3)亮度与对比度：200～250cd/m2，500:14)反应速度：普通20～30ms，好5ms以下5)色彩表现度：普通6位，即64种表现度；好为8位，即256种表现度第26页7.3.8显示设备图形处理器一个光栅显示系统离不开图形处理器（俗称显卡），图形处理器是图形系统结构主要元件，是连接计算机和显示终端纽带。显卡主要配件有显示主芯片、显示缓存（简称显存）、数字模拟转换器（RAMDAC）。显示主芯片是显卡关键，俗称GPU，它主要任务是对系统输入视频信息进行构建和渲染，各图形函数基本上都集成在这里面。第27页6.3.9显示系统及其工作原理显存是用来存放将要显示图形信息以及保留图形运算中间数据，它与显示主芯片关系，就像计算机内存之于CPU一样密不可分。显存大小和速度直接影响着主芯片性能发挥，简单地说当然是越大越好、越快越好。RAMDAC(RAMDigitaltoAnalogConverter)实际上是一个数模转换器，它负责将显存中数字信号转换成显示器能够接收模拟信号。RAMDAC转换速度以“MHz”来表示，其转换速度越快，影像在显示器上刷新频率也就越高，从而图像也越稳定。第28页6.3.9显示系统及其工作原理显示卡在计算机中是怎样工作呢?简单地说，显示卡就是将CPU送来图像信息经处理再输送到显示器上，其中包含4个步骤：1.CPU将数据经过总线传送到显示芯片；2.显示芯片对数据进行处理，并将处理结果存放到显示内存中；3.显示内存将数据传送到RAMDAC(数模转换器)并进行数字信号到模拟信号转换；4.RAMDAC将模拟信号经过VGA接口输送到显示器。第29页7.3.9打印设备打印机是计算机系统主要输出设备。1.黑白激光打印机

激光打印机关键技术就是所谓电子成像技术。图7-14是一个黑白激光打印机外形。

第30页7.3.9打印设备打印机是计算机系统主要输出设备。2.彩色激光打印机

彩色激光打印机原理与黑白激光打印机原理相关。黑白激光打印机使用黑色墨粉来印刷，彩色激光打印机则是用青、品红、黄、黑四种墨粉各自来印刷一次，依靠颜色混色就形成了丰富色彩。3.彩色喷墨打印机

彩色喷墨打印机作用是将计算机产生彩色图像或来自扫描仪彩色图像高质量地打印出来。第31页7.4.1存放系统及其基本工作原理7.4.2当代多媒体信息存放技术

7.4多媒体存放系统第32页磁盘(存放器)是一个精密机电结合体，它主要功效是将主机送来电脉冲信号转换成磁统计信号保留在涂有磁介质盘片上，或者从盘片上将被保留磁统计信号再转换成电脉冲信号送往主机。磁统计介质稳定性好，统计信息能够脱机长久保留，故便于交换，同时，因为其存放每一位信息所占面积很小，即统计密度高，故存放容量大，另外，还易于将其信息擦除，再写入新数据，含有重复使用性能。同其它存放方式相比，其价格也较低。7.4.1存放系统及其基本工作原理第33页软盘(FloppyDisk)是使用软塑料作为片基，表面涂有磁性材料，封装在方型保护套中，故而称为软盘。软盘含有携带方便特点，缺点是存取速度慢，存放容量小，且轻易损坏，不适合存放数据量较大或数据可靠性要求较高信息。硬盘仍是MPC系统最主要数据存放设备