1、 第二章 多媒体的硬件和 软件环境的建立 返回学习目标 掌握多媒体系统的组成结构及多媒体个人计算机的技术标准和配置。了解Windows98的多媒体环境。掌握数字音频基本概念、各种音频信号的特点、声卡的安装与使用。掌握视频的色彩空间表示及转换，数字视频标准和数字视频的特点、视频采集卡的安装与使用。了解多媒体光存储技术及CD-ROM光盘的结构与读写原理。了解扫描仪的工作原理使用。目录 2.1 多媒体计算机系统的组成结构 2.2 Windows的多媒体环境 2.3 多媒体音频 2.4 多媒体视频 2.5 多媒体光存储器 2.6 多媒体输入输出设备 返回 2.1 多媒体计算机系统的组成结构 多媒体计算
2、机系统由硬件系统和软件系统组成。其中硬件系统主要包括计算机主要配置和各种外部设备以及与各种外部设备的控制接口卡(其中包括多媒体实时压缩和解压缩电路)软件系统包括多媒体驱动软件、多媒体操作系统、多媒体数据处理软件、多媒体创作工具软件和多媒体应用软件。*多媒体计算机系统组成结构如下图所示。多媒体应用软件第八层软件系统多媒体创作软件第七层多媒体数据处理软件第六层多媒体操作系统第五层多媒体驱动软件第四层多媒体输入/输出控制卡及接口第三层硬件系统多媒体计算机硬件第二层多媒体外围设备第一层 2.1.1 多媒体硬件系统 2.1.2 多媒体驱动软件 2.1.3 多媒体操作系统 2.1.4 多媒体数据处理软件
3、2.1.5 多媒体创作软件 2.1.6 多媒体应用系统 返回 2.1.1 多媒体硬件系统 1多媒体硬件系统的组成 2多媒体个人计算机 1多媒体硬件系统的组成 多媒体硬件系统是由计算机传统硬件设备光盘存储器(CD-ROM)、音频输入/输出和处理设备、视频输入/输出和处理设备等选择性组合而成，其基本框图如下图所示。主机显示器视频卡声卡CD-ROM摄像机影碟机录像机麦克风扬声器收录机MIDI合成器声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/输出接口可以与相应的输入/输出设备相连。常见的输入设备包括麦克风、收录机和电子乐器等，常见的输出设备包括扬声器和音响设备等
4、。声卡由声源获取声音，并进行模拟/数字转换或压缩，而后存入计算机中进行处理。声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。视频卡是通过插入主板扩展槽中与主机相连。卡上的输入/输出接口可以与摄像机、影碟机、录像机和电视机等设备相连。视频卡采集来自输入设备的视频信号，并完成由模拟量到数字量的转换、压缩，以数字化形式存入计算机中，数字视频可在计算机中进行播放。光盘存储器由CD-ROM驱动器和光盘片组成。光盘片是一种大容量的存储设备，可存储任何多媒体信息。CD-ROM驱动器用来读取光盘上的信息。2多媒体个人计算机 多媒体个人计算机(Multimedia
5、 Personal Computer，简称MPC)，是指具有多媒体功能的个人计算机。它是在PC基础上增加一些硬件板卡及相应软件，使其具有综合处理文字、声音、图像视频等多种媒体信息的功能。(1).MPC基本硬件构成(2).MPC技术标准 (3).MPC配置 (1).MPC基本硬件构成MPC主要特征可以用一个简单的公式表示：多媒体PC机=PC机+CD-ROM驱动器+声卡(2).MPC技术标准MPC3.0标准规定系统硬件最低配置如下：PC机：至少为8MB内存，640MB硬盘容量，主频75MHz Pentium CPU，分辨率为640480，颜色数为65536色的显示器。CD-ROM驱动器：传输速率为
6、600KBs，最大寻址时间200ms，CD-ROM XA。声卡：采样频率44.1kHz，16bit量化精度，Wavetable（波表）MIDI合成器。(3).MPC配置 在配置MPC时应该具备大容量的硬盘；具有快速数据处理、数据传输能力的CPU和PCI总线；建立更大的高速缓存区以提高微机的运行速度，内存一般在32M以上。高分辨率的图形、图像显示。图形显示卡要有高的分辨率和存储容量，如1024768的分辨率，2M内存容量。高速的CD-ROM驱动器和光盘。高质量的声卡和音响设备。为了声音的采集和回放具有较好的音质，应该采用具有44.1KHz采样频率和16Bit采样位数的声卡。2.1.2 多媒体驱动
7、软件 多媒体驱动软件是多媒体计算机软件中直接和硬件打交道的软件。它完成设备的初始化，完成各种设备操作以及设备的关闭等。驱动软件一般常驻内存，每种多媒体硬件需要一个相应的驱动软件。2.1.3 多媒体操作系统 操作系统是计算机的核心，负责控制和管理计算机的所有软硬件资源，对各种资源进行合理地调度和分配，改善资源的共享和利用情况，最大限度地发挥计算机的效能，它还控制计算机的硬件和软件之间的协调运行，改善工作环境向用户提供友好的人机界面。多媒体操作系统简言之就是具有多媒体功能的操作系统。多媒体操作系统必须具备对多媒体数据和多媒体设备的管理和控制功能，具有综合使用各种媒体的能力，能灵活地调度多种媒体数据
8、并能进行相应的传输和处理，且使各种媒体硬件和谐地工作。多媒体操作系统大致可分为两类：一类是为特定的交互式多媒体系统使用的多媒体操作系统。如Commodore公司为其推出的多媒体计算机Amiga系统开发的多媒体操作系统Amiga DOS，Philips和SONY 公司为他们联合推出的CD-I 系统设计的多媒体操作系统CD-RTOS(Real Time Operation System)等。另一类是通用的多媒体操作系统。随着多媒体技术的发展，通用操作系统逐步增加了管理多媒体设备和数据的内容，为多媒体技术提供支持，成为多媒体操作系统。目前流行的Windows 9x、Windows NT主要适用于多媒
9、体个人计算机；Macintosh是广泛用于苹果机的多媒体操作系统。2.1.4 多媒体数据处理软件 多媒体数据处理软件是专业人员在多媒体操作系统之上开发的。在多媒体应用软件制作过程中，对多媒体信息进行编辑和处理是十分重要的，多媒体素材制作的好坏，直接影响到整个多媒体应用系统的质量。常见的音频编辑软件有Sound Edit、Cool Edit 等，图形图像编辑软件有Illustrator、CorelDraw、Photoshop等，非线性视频编辑软件有Premiere，动画编辑软件有Animator Studio和3D Studio MAX等。2.1.5 多媒体创作软件 多媒体创作软件是帮助开发者制
10、作多媒体应用软件的工具，如Authorware、Director等。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。2.1.6 多媒体应用系统 多媒体应用系统又称多媒体应用软件。它是由各种应用领域的专家或开发人员利用多媒体开发工具软件或计算机语言，组织编排大量的多媒体数据而成为最终多媒体产品，是直接面向用户的。多媒体应用系统所涉及的应用领域主要有文化教育教学软件、信息系统、电子出版、音像影视特技、动画等。2.3.4 声卡 声卡是多媒体计算机必备的部件之一，用来处理各种类型数字化声音信息。1.声卡的结构与功能 2.声卡的安装 3.安装测试 1、声音卡
11、的基本知识声音卡作为MPC的主要组件。声音卡性能的高低与它采用的技术和方法有很大关系系。下面介绍声音卡所涉及的有关技术及其概念。（1）模数转换(ADC)将输入的模拟音频信号转换成数值。而数字化后的音频信号是数值，是离散的数据，并非像音频信号一样为连续的波形。因而数字化时并不能连续采样，而是按一定的采样频率进行，数字化音频信号涉及两个基本的技术指标是：(1)采样频率。(2)采样值的编码位数(大小)。l 采样频率：单位时间内的采样次数。一般来说，语音信号的采样频率是语音所必需的频率宽度的2倍以上。人耳可听到的频率为20Hz22KHz的声音，所以对声音卡来讲，其采样频率为最高频率22KHz的2倍以上
12、，即采样频率应在44KHz以上。较高的采样频率能获得较好的声音还原。目前的声音卡的采样频率一般采用44.1KHz或48KHz。当然48KHz更好一些。l 采样值的编码位数：记录每次采样值使用的二进制编码位数。而二进制编码位数直接影响还原声音的质量。当前声音卡有8位、16位和32位三种，主要以16位声音卡为主，8位声音卡趋于淘汰。8位声音卡对语言的解释能满足需要，可达到电台中波广播的音质，但播放音乐的效果不好。16位声音卡可以达到CD音响水平。（2）数模转换(DAC)完成将数字化的声音数据转换成模拟音频信号输出，它是模数转换的逆过程。其主要指标与模数转换相同。（3）MIDI音频多媒体PC机技术指
13、标要求所有声音卡支持MIDI（MusicInstrumentDigitalInterface，即乐器数字化接口）标准。MIDI是由音乐家们建立的电子合成乐器的统一标准，可以用电器件模拟大提琴、小提琴、钢琴等几乎常见的乐器声音卡中一般采用两种不同的方法还原MIDI声音：l FM合成。FM合成由FM合成器完成，FM合成器利用调频(FM)技术以波形模拟实际乐器的声音，乐器的声音由两种、三种或四种不同的频率的波形叠加合成，一般的声音卡就采用这种技术。由于乐器的音效可分解成无穷多种正弦波（通过傅立叶变换），四种波不足以还原逼真的音质，所以一般的声音卡播放的MIDI音乐都不够逼真，效果与电子琴差不多，属于
14、MIDI的中低档产品。l 波表（Wave Table）合成。波表合成采用一种称之为“波表查找”技术来产生MIDI音乐，这种技术采用真实乐器的数字录制技术，并将录制的大提琴、小提琴、钢琴、鼓等各种实际乐器的数字化声音响存储在只读存储器(ROM)中，在产生MIDI音乐时再从存储的波表中找出进行合成，这样还原的声音质量非常高，所产生的音响效果自然比FM合 1.声卡的结构与功能 声卡一般由Wave合成器、MIDI合成器、混合器、MIDI电路接口、CD-ROM接口、DSP数字信号处理器等组成。(1).Wave合成器Wave合成器的模/数转换和数/模转换是声卡上数据处理器件。(2).MIDI合成器标准的多
15、媒体计算机通过MIDI合成器播放MIDI文件。(3).混音器声卡上的混音器芯片可以对以下音源进行混合：数字化声音(DAC)，调频FM合成音乐(FM)CD音频(CD-ROM)，线路输入(AUX)，话筒输入(MIC)及PC声音输出(SPK)。(4).MIDI接口声卡能够接收、录制及输出MIDI信号，MIDI接口完成电子音乐设备与声卡之间的信号传输通道，通过软件控制可以将MIDI音乐设备演奏，反之，也可以将电子音乐设备上演奏的音乐录制成MIDI数据文件，在计算机中进行模拟演奏或修改。(5).CD-ROM接口CD-ROM接口提供了从CD-ROM的CD-DA的输出信号到声卡音源输入的通路，CD-ROM播
16、放CD唱盘的音频时，将音频信号直接通过声卡的功放送到扬声器，通过调节声卡的音量控制，即可控制CD唱盘的音量。(6).DSP数字信号处理器用作对数字音频信号的实时压缩和解压缩，以及用于语音朗读、语音识别等特殊音频信号的处理。(4).数字音频信号的编码 一般情况下，声音的制作是使用麦克风或录音机来产生，再由声卡上的WAVE合成器的(模/数转换器)对模拟音频采样后，量化编码为一定字长的二进制序列，并在计算机内传输和存储。在数字音频回放时，再由数字到模拟的转化器(数/模转换器)解码可将二进制编码恢复成原始的声音信号，通过音响设备输出。如下图所示。模拟音频信号输入采样/量化编码传输/存储解码播放*了解了
17、声卡的组成及工作原理后，可总结出声卡有以下主要功能：(1).录制与播放波形音频文件。(2).编辑与合成波形音频文件。(3).MIDI音乐录制和合成。(4).文语转换和语音识别。2.声卡的安装(1).硬件安装步骤1 关闭计算机电源，拔下供电电源和所有 外接线插头。步骤2 打开机箱外壳，选择一个空闲的16位扩 展槽并将声卡插入扩展槽。步骤3 连接来自CD-ROM驱动器的音频输出线到 声卡的CD IN针形输入线上；步骤4 盖上机箱外壳，并将电源插头插回。步骤5 声卡与其它外设的连接，按下页图进行。LINE INLINE OUTSPK OUTMIDI录音机、CD唱机等线性输出话筒扬声器线性输入立体声放
18、大器MIDI设备MIC IN(2).软件安装对不同的声卡，软件的安装方法不完全相同，需要按照说明书安装。1).安装驱动程序声卡的驱动程序是控制声卡工作的必要程序，不同的声卡驱动程序是不同的。2).安装应用程序安装声卡的应用程序，例如混音器、录音师和MIDI编辑软件等。声音卡的选择：声音卡作为多媒体计算机的主要组件，正确的选购声音卡可以达到预期的音响效果。下面介绍声音卡的选择时，应注意和考虑的几个问题：1、支持的声道数这个指标是目前很多用户都很注重一项指标，所谓声道数，简言之就是此声卡芯片支持输出的音箱数量。目前的声卡芯片有2声道、4声道、6声道三种，声道越多，声音的定位效果就越好，不是采用支持
19、6声道的声卡芯片的声卡就能支持6声道输出，它还决定于声卡上的CODEC芯片，所以厂家通常通过CODEC支持不同的声道数来划分产品等级，大家必须格外注意。目前市场上主流的声卡芯片一般都支持2个以上的声道，不少芯片都已经提供了对6声道的支持（4）有无内置混音芯片、功放及3D声音效果卡中有内置混音芯片可完成对各种声音进行混合与音量调节，具有功率放大器才可以在无源音箱中放音。具有3D声音效果的声音卡更能表现真实的声音效果。（5）配备的软件声音卡若要发挥其功能，随卡配备的应用软件是非常重要的。一块声音卡功能再强，如果缺乏相应的软件，很难发挥其特长。声音卡一般都有随卡软件，这些软件至少包括录音和编辑程序包
20、，MIDI播放软件、调音台(混音器)等。高档声音卡还应配有特殊效果播放器、文字阅读和语言识别等软件。购买时，将声音卡和随卡软件在微机上进行实际测试。（6）有无数字信号处理器功能声音卡提供数字信号处理器功能用来处理声音合成、特殊效果和音频文件的压缩与解压缩。这样数字信号处理器（DSP）就可以代替CPU的工作，使复杂的音频功能得以执行。如果声音卡没有提供DSP功能，那么，就要由CPU来执行这些音频处理功能，则系统性能将直线下降；。AC-97标准简介：全称Audio Codec，是INTEL和微软这电脑界两大强手联合制订的针对声卡的规范，要求声卡上的数、模（D/A与A/D）转换部分、混音部分和数字音
21、效芯片分离，由单独的芯片完成以达到良好的信噪比，此芯片的正式名称是CODEC，（coder-decoder），编码/解码器。按照规定，声卡的SNR值必须80dB，FR在3dB之间，THD+N值至少要高于60dB才算合格。SNRSNR：（signal to noise ratio）信噪比，也就是声卡抑制噪音的能力，单位是分贝（dB，decibei）；声卡处理的是我们有用的音频信号，而噪音是不希望出现的音频信号，如背景的静电噪音，工作时电流的噪音等等，应该尽可能的减少这些噪音的产生，在正常工作状态，没有出现饱失真和与截止的情况下，有用信号的功率和噪音信号功率的比值就是SNR，SNR的值越高说明声卡
22、的滤波性能越好，声音听起来也就越清澈。FR：（frequency response）频率响应，是对声卡D/A与A/D转换器频率响应能力的评价。人耳的听觉范围是在20Hz到20KHz之间，声卡就应该对这个范围内的音频信号响应良好，最大限度的重现播放的声音信号。THD+N：（total harmonic distortion+noise）总谐波失真，指的是声卡的保真度，也就是声卡的输入信号和输出信号的波形吻合程度，完全吻合当然就是不失真，100%的重现了声音（理想状态）；但实际上输入的信号经过了D/A（数、模转换）和非线性放大器之后，就会出现不同程度的失真，这主要是产生了谐波；THD+N就是代表失
23、真的程度，并且把噪音计算在内，单位也是分贝，数值越低就说明声卡的失真越小，性能也就越高。2.4 多媒体视频 凡是通过视觉传递信息的媒体，都属于视觉媒体。视频是多媒体的重要组成部分，是人们容易接受的信息媒体。包括静态视频(静态图像)和动态视频(电影、动画)。通常，我们将静态视频称“图像”，而用“视频”专指动态视频。2.4.1 视频的彩色空间的表示及转换 2.4.2 模拟视频标准 2.4.3 数字视频 2.4.4 视频采集卡 返回 2.4.1 视频的彩色空间的表示及转换 在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同的色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB彩色空间；彩色印刷时采用CMYK彩色空间；彩色全
24、电视信号数字化时采用YUV彩色空间；为了便于色彩处理和识别，视觉系统又经常采用HSI彩色空间。1.色彩的基本概念 2.色彩空间的表示 3.色彩空间的转换 1.色彩的基本概念 颜色与光的波长有关，不同波长的光呈现不同颜色。颜色具有三个特征：色调、亮度、饱和度。色调：表示颜色的种类，如红、黄、蓝等。色彩取决于光的波长，是决定颜色的基本特征。饱和度：是表示颜色的纯净程度，即色彩含有某中单色光的纯净程度。它是按单色光中混入其它色的比例来表示的。亮度：是指色彩所引起的人眼对明暗程度的感觉同一种色调的亮度会因光源的强弱产生不同的变化，同一色调如加上不同比例的黑或白色混合后亮度也会发生变化。2.色彩空间的表
25、示(1).计算机显视器RGB彩色空间(2).彩色印刷CMYK彩色空间 (3).彩色电视YUV和YIQ彩色空间(4).HSI彩色空间 (1).计算机显视器RGB彩色空间 RGB 彩色空间又称加色法系统。RGB 彩色空间采用三种基本颜色，即 RGB(红，绿，蓝)。彩色显视器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例配合，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色，三种颜色均无时显示黑色。在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方程可写成：F=rR+gG+bB其中，r、g、b为三色系数，rR、gG、bB为F色光的三色分量。任意一种色光，其色度可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。(2).彩色印刷CMY
26、K彩色空间 CMYK彩色空间又称减色法系统。彩色印刷采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种油墨印刷各种颜色，通常把这四种颜色简称CMYK。靛蓝、品红、黄色三种颜色混合在一起时应呈黑色。在现实中，把等量的靛蓝、品红、黄色油墨混合在一起产生不是黑色而是深棕色。因此又加入一些黑墨以打印真正的黑色。(3).彩色电视YUV和YIQ彩色空间现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机，把摄得的彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个分量的信号，分别经放大和校正得到RGB信号，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y，最后发送端将Y、R-Y及B-Y三个信号进行编码，用同一信
27、道发送出去。这就是常用的YUV彩色空间。选择YIQ彩色空间的好处是，人眼的彩色视觉特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。在色度矢量图中，人眼对于处在红、黄之间，相角为123o的橙色及其相反方向相角为303o的青色，具有最大的彩色分辨力。(4).HSI彩色空间 在HSI彩色空间中，人们常用H、S、I参数描述颜色特性，其中H表示色调，S表示颜色的饱和度，I表示光的强度。HSI彩色空间能够减少彩色图像处理的复杂性，而且更接近人对色彩的认识和解释。AGP（Accelerated Graphics Port，图形加速端口），是Intel公司推出的新一代图形显
28、示卡专用总线，它将显示卡同主板芯片组直接相连，进行点对点传输，大幅提高了电脑对3D图形的显示能力，也将原先占用的大量PCI带宽资源留给了其它PCI插卡。在AGP插槽上的AGP显示卡，其视频信号的传送速率可以从PCI总线的133MB/s提高533MB/s。AGP的工作频率为66.6MHz，是现行PCI总线的一倍，最高可以提高到133MHz或更高，传送速率则会达到1GB/s以上。AGP速度之分AGP总线依据当初AGP 1.0规格的制定而分为1X/2X。后来随着AGP 2.0规格的确定而出现了4X模式。先来看PCI总线，PCI的工作频率为33MHz，数据宽度是32bit，所以传输频宽的尖峰值是133
29、MB/s。1X模式的AGP则是提高原本PCI的工作频率至66MHz，使得其传输频宽的尖峰理论值变成两倍：266MB/s。而2X模式的AGP其工作频率和1X模式一样是维持在66MHz，只不过其利用正负缘（Rising and Falling Edges）触发的方式，也就是一个频率周期触发两次，使得传输频宽再次加倍，成为532MB/s。至于AGP 4X模式，其clock timing的模型相似于2X模式，不过每个频率周期所能传输的数据宽度变为16个字节，使得其最高传输频宽的理论值达到1GB/s以上。目前市面上的最新主板，只要是支持AGP 4X的芯片组（如Intel i820、VIA 694X），板
30、子上都采用Universal AGP Socket，这种AGP插槽是for 4X模式的，不过由于有回溯兼容的特性，所以1X/2X/4X的显卡皆通用；而对于稍早不支持AGP 4X的主板，上面的AGP插槽则是for AGP 2X的，只能向下兼容至1X的显卡。不过需注意的是，把AGP 4X的显卡插在2X的槽上，并非不能动作，只不过是会以2X模式来工作。AGP 2X与4X的插槽不同，2X插槽内有一个隔板，而4X的则没有；另外，2X与4X显卡金手指部分的缺口（notch）数也不同，虽然彼此可以混插，但如此设计可以方便识别。AGP加速卡上的芯片集能够提供的图形函数计算能力，这个芯片集通常也称为加速器或图形
31、处理器。一般来说在芯片集的内部会有有一个时钟发生器、VGA核心和硬件加速函数，。芯片集可以通过它们的数据传输带宽来划分，最近的芯片多为64位或128位，而早期的显卡芯片为32位或16位。更多的带宽可以使芯片在一个时钟周期中处理更多的信息。做为显示卡的重要组成部分，显存也一直随着加速芯片的发展而逐步改变着。从早期的DRAM到现在广泛流行的SDRAM，显存的速度以及它对3D加速卡性能的影响也越来越大。显存也被乘为帧缓存，通常它是用来存储显示芯片(组)所处理的数据信息。当显示芯片处理完数据后会将数据输送到显存中，然后RAMDAC从显存中读取数据并将数字信号转换为模拟信号，最后将信号输出到显示屏。所以
32、显存的速度以及带宽直接影响着一块加速卡的速度，如果你的3D加速卡有一颗强劲的“芯”，但是板载显存却无法将处理过的数据即时传送，那么你就无法得到满意的显示效果。2.4.2 模拟视频标准 目前国际上流行的视频制式标准分别为NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。美国、日本、中国台湾等地区使用NTSC制式。中国及欧洲大多数地区使用PAL制式，PAL制式规定：每秒25帧，每帧水平扫描线为625条水平分辨率为240-400个像素点，采用隔行扫描方式，场频(垂直扫描频率)为50Hz，行频(水平扫描频率)为15625Hz。法国、俄罗斯、非洲地区采用SECAM制式。2.4.3 数字视频 视频数字化是指以一定
33、的速度对模拟视频信号进行捕获、处理生成数字信息的过程。1数字视频标准 2数字视频的压缩 3数字视频的特点 1数字视频标准 模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB空间。为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR 601标准。(1).采样频率为f s =13.5MHz。这个采样频率正好是PAL、SECAM制
34、行频的864倍，NTSC制行频的858倍，可以保证采样时采样时钟与行同步信号同步。(2).分辨率与帧率见下表电视制式分辨率帧率NTSC64048030PAL、SECAM76857625(3).按照采样率为13.5MHz、采样格式422采样，8位量化，计算出数字视频的数据量为：13.5(MHz)8(bit)26.75(MHz)8(bit)=27 Mbyte/s 2数字视频的压缩 视频信息的原始数据存在帧内“空间相关”和相邻帧间“时间相关”，使原始数据存在大量的数据冗余。另外，人类视觉、听觉器官具有某些不敏感性，如对色彩亮度敏感而对色调分辨力弱等因素，以至于可对某些原非冗余的数据进行压缩，从而可大
35、幅度地提高压缩比。目前视频压缩编码方法有多种，其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。各种压缩编码算法可用软件、硬件或软硬件结合的方法来实现。3数字视频的特点 数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而数字视频便于长时间的存放。可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加特技效果等。数字视频数据量大，在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。2.4.4 视频采集卡 视频采集卡又称视频捕获卡，是对模拟视频图像进行捕捉并转化为数字信号的工具。1.视频采集卡的功能 2.视频采集卡的工作原理 3.视频
36、采集卡的安装 1.视频采集卡的功能 视频采集卡的主要功能是从动态视频中实时或非实时捕获图像并存储。它可以将摄像机、录像机和其它视频信号源的模拟视频信号转录到计算机内部，也可以用摄像机将现场的图像实时输入计算机。视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。视频采集卡不但能把视频图像以不同的视频窗口大小显示在计算机的显示器上，而且还能提供许多特殊效果，如冻结、淡出、旋转、镜像等。2.视频采集卡的工作原理 视频采集卡的结构如下图所示。多通道视频输入A/D转换视频信号帧存储器D/A转换显示输出 视频采集控制器 计算机主机 视频转换卡基本原理视频转换卡可将
37、视频图像（PAL制式或NTSC制式）的模拟信号经过AD(模数)转换成数字化的混合视频信号，再经过解码变成色亮度（Y）和蓝、红色差信号（UV），最后通过颜色空间变换，将YUA信号转换成RGB（红绿蓝）数字信号，而RGB数字信号经过视频转换卡的一系列操作处理（如缩放裁减等）后，存放在帧缓存中（FrameBuffer）。RGB数字信号可经过VGA显示卡的DA（数模）转换成模拟信号显示在屏幕上。3.视频采集卡的安装(1).硬件安装步骤1 关闭计算机及所有外围设备的电源，并 拔去电源插头。步骤2 触摸计算机金属外壳并使自己接地，从 而放掉身上的静电。步骤3 打开主机箱。步骤4 将视频采集卡插入到主板上1
38、6位插槽内 再用螺钉把视频采集卡紧固在机箱上。步骤5 将机箱重新安装好。步骤6 视频采集卡与视频信号源的连接如下页 图所示。S-Video输入Video 1录像机摄像机影碟机Video 2(2).软件安装视频卡在硬件安装完成之后，开机Windows 98就会自动地显示找到一个新设备，支持即插即用的采集卡可使用安装向导安装驱动程序。驱动程序安装完毕后再安装视频捕捉应用软件。数字化的多媒体信息量非常大，要占用巨大的存储空间，光存储技术的发展为存储多媒体信息提供了保证。光盘存储器具有存储容量大、工作稳定、密度高、寿命长、介质可换、便于携带、价格低廉等优点，已成为多媒体信息存储普遍使用的载体。2.5
39、多媒体光存储器 2.5.1 光存储技术概述 2.5.2 CD-ROM光盘系统 返回 2.5.1 光存储技术概述*光存储技术是通过激光在记录介质上进行读写数据的存储技术。其基本原理是：改变一个存储单元的某种性质(如反射率、反射光极化方向等)，使其性质的变化反映被存储的二进制数0、1。在读取数据时，光电检测器检测出光强和光极性的变化，从而读出存储在介质上的数据。1系统的组成 2系统的技术指标 3光盘系统的分类 1系统的组成 光盘系统由光盘驱动器和光盘盘片组成。光学存储的基本特点是用激光引导测距系统的精密光学结构取代硬盘驱动器的精密机械结构。光盘驱动器的读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光学头，
40、光盘盘片采用磁光材料。驱动器采用一系列透镜和反射镜，将微细的激光束引导至一个旋转光盘上的微小区域。2系统的技术指标 衡量一个光盘系统特性的主要技术指标包括存储容量、平均存取时间、数据传输率、接口标准等。(1).存储容量存储容量是指能存储在光盘中的信息容量。目前光盘常用的容量为650MB。(2).数据传输率数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。该数值与光盘转速和存储密度有关。对于CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KBs提高到3600Bs。(3).平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读写的信息的位置并接受读写命令为止的一段
41、时间。光学头沿半径移动全程13长度所需的时间为平均寻道时间。盘片旋转半周的时间为平均等待时间。把平均寻道时间、平均等待时间和读写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间。(4).接口标准目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI和IDE两种。SCSI接口型数据传输快，需配备相应的SCSI控制卡；IDE接口的光驱使用方便价格便宜。3光盘系统的分类 按照光盘系统的读写能力，常用的光存储器件可分为三类：只读型、一次写入型、可重写型。(1).只读型(CD-ROM)CD-ROM光盘的内容是在制作光盘时写入的，用户可任意多次从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。(2).一次写光盘系统(CD-WORM)一次
42、写多次读光盘系统中的光盘，用户可对其做一次写入内容，以后成为只读光盘。(3).可重写型(Rewriteable或Erasable)可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。它又分磁光型(MO)和相变型(PC)两种形式。2.5.2 CD-ROM光盘系统 CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)系统包括CD-ROM驱动器和CD-ROM盘片两部分。其中CD-ROM盘片是多媒体信息的载体；CD-ROM驱动器通过连线与计算机相连，主要任务是完成对CD-ROM盘片上的数据读取。1CD-ROM盘的结构和读写原理 2CD-ROM盘的规格 3CD-ROM驱动器的安装与使用 4光盘的保
43、养 1CD-ROM盘的结构和读写原理 CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的直径为120mm，中心定位孔为15mm，厚度为1.2mm。CD-ROM盘片用单面存储数据，另一面用来印刷商标。CD-ROM盘片的最上层是涂了漆的保护层，该层上印有商标。第二层是铝反射层，当驱动器读光盘时用来反射激光光束。第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底，同时压制出的预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上。CD-ROM光盘的信息是沿着盘面由内向外螺旋形信息轨道(光道)的一系列凹坑的形式存储的。光道上不论内圈还是外圈，各处的存储密度是一样的。光道的间距为1.6m，光道宽度为0.6m，光道上凹坑深约为0.12m
44、。在CD-ROM盘片上记录信息时，使用功率较强的激光光源，将其聚集成1m的光，照射到介质表面上，并用输入数据来调制光的强弱。激光束会使介质表面的微小区域温度升高，从而产生微小的凹坑，于是改变了表面的反射性质，该过程叫做烧蚀。在读光盘时，CD-ROM驱动器的激光器发出的激光束经透镜整形和聚焦后照在螺旋磁道上，对光道进行扫描。由于从凹坑和非凹坑反射回来的激光强度不同，在边沿发生突变，通过CD-ROM的光电检测器检测出来，从而读出“0”、“1”信号，再现原来烧蚀在光道上的信息。注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。1 0 0 1 0 0 1
45、 0 0 0 0 0 1 0光盘底板激光束 2CD-ROM盘的规格 根据光盘的信息存储标准，CD-ROM盘的规格和用途如下。(1).CD-DACD-DA(CD-Digital Audio)，是数字激光唱盘，用来存储音乐歌曲等。它的信息存放标准是根据国际标准化组织(1SO)红皮书(RedBook)定义的。(2).CD-ROMCD-ROM信息存放标准是根据1988年IS09660黄皮书(Yellow Book)定义的。主要用于作为计算机的辅助存储器。(3).CD-ICD-I(CD-Interactive)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。CD-I光盘可在CD-I交互
46、式光盘系统中播放。(4).CD-ROM/XA(Extended Architecture)CD-ROM/XA扩充了对数字音频信号的编码。它是CD-ROM和CD-I之间的“桥梁”型产品，实现了将声音、视像和文字等资料同时存放在光盘片的同一轨上。(5).CD-VCD-V(CD-Video)，常称为VCD，用来记录数字视频数据。VCD采用CD-ROM/XA格式和MPEG-1标准保存视频和音频信息。3CD-ROM驱动器的安装与使用 CD-ROM驱动器根据安装方式分，有内置式和外置式两种；按与计算机的接口方式分，主要有IDE接口和SCSI接口；按数据传输率分，分为单速、倍速、4速、8速、24速、48速度
47、等。1).CD-ROM驱动器前面板的功能介绍CD-ROM驱动器前面板如下页图所示。(1).CD-ROM驱动器的分类(2).CD-ROM驱动器面板的功能介绍打开/关闭/停止按钮用来打开/关闭CD-ROM驱动器的托盘，托盘是为放光盘设计的。读盘忙标志指示灯亮时，表示驱动器正在读盘。通过耳机插口插入耳机可以直接收听CD唱盘的音频信息。耳机音量旋钮可以调节耳机的音量大小。播放选择按钮用来对CD唱盘的播放和节目选择进行控制。2.6 多媒体输入输出设备 多媒体信息输入计算机以及从计算机输出到外部需要一些专门的设备，如照片可使用扫描仪数字化并输入到计算机，摄像机、录像机的视频信号也可数字化存储到计算机中，以
48、及图像信息可通过打印机输出，开发的多媒体应用系统需要使用刻录机将软件制作成光盘进行传播等。2.6.1 扫描仪 2.6 2 数码照相机 2.6.3 彩色打印机 2.6.4 CD-R和CD-R刻录机 返回 2.6.1 扫描仪 扫描仪是一种图像输入设备，利用光电转换原理，通过扫描仪光电管的移动或原稿的移动，把黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机中，它还用于文字识别、图像识别等新的领域。1扫描仪的结构、原理 2扫描仪的类型与性能 3扫描仪的技术指标 4扫描仪的选择 5扫描仪的安装和使用 1扫描仪的结构、原理(1).结构扫描仪由CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件阵列)、
49、光源及聚焦透镜组成。CCD排成一行或一个阵列，阵列中的每个器件都能把光信号变为电信号。光敏器件所产生的电量与所接收的光量成正比。(2).信息数字化原理以平面式扫描仪为例，把原件面朝下放在扫描仪的玻璃台上，扫描仪内发出光照射原件，反射光线经一组平面镜和透镜导向后，照射到CCD的光敏器件上。来自CCD的电量送到模数转换器中，将电压转换成代表每个像素色调或颜色的数字值。步进电机驱动扫描头沿平台作微增量运动,每移动一步，即获得一行像素值。扫描彩色图像时分别用红、绿、蓝滤色镜捕捉各自的灰度图像，然后把它们组合成RGB图像。有些扫描仪为了获得彩色图像，扫描头要分三遍扫描。另一些扫描仪中，通过旋转光源前的各
50、种滤色镜使得扫描头只需扫描一遍。2扫描仪的类型与性能(1).按扫描方式分类按扫描方式扫描仪分为四种：手动式、平板式、胶片式和滚筒式。(2).按扫描幅面分类幅面表示可扫描原稿的最大尺寸，最常见的为A4和A3幅面的台式扫描仪，此外，还有A0大幅面扫描仪。(3).按接口标准分类扫描仪按接口标准分为三种：SCSI接口、EPP增强型并行接口、USB通用串行总线接口。(4).按反射式或透射式分类反射式扫描仪用于扫描不透明的原稿，它利用光源照在原稿上的反射光来获取图形信息；透射式扫描仪用于扫描透明胶片，如胶卷、X光片等。(5).按灰度与彩色分类扫描仪可分灰度和彩色两种。用灰度扫描仪扫描只能获得灰度图形。彩色
