多媒体系统结构.ppt

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1、第第7章章 多媒体系统结构多媒体系统结构7.1 多媒体计算机系统结构多媒体计算机系统结构7.2 多媒体计算机硬件简介多媒体计算机硬件简介7.3 多媒体多媒体I/O设备简介设备简介7.4 多媒体存储系统多媒体存储系统7.5 多媒体操作系统多媒体操作系统*7.6 常用多媒体应用软件常用多媒体应用软件*7.1 多媒体计算机系统结构多媒体计算机系统结构n多媒体计算机系统是对基本计算机系统的软、硬件功能的扩展，作为一个完整的多媒体计算机系统，它应该包括5个层次的结构，如图7-1所示。多媒体应用系统多媒体应用系统 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

2、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 多媒体计算机系统的层次结构 n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的处理。同时还需对多媒体信息进行实时的压缩与解压缩。n第二层是多媒体的软件系统。它主要包括多媒体操作系统、多媒体通信软件等部分。操作系统具有实时任务调度、多媒体数据转换和同步控制、多媒体设备的驱动和控制以及图形用户界面管理等功能。n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，以便程序员在高层通过软件调用系统功能，并能在应用程序中控制多媒体硬件设备。7.1 多

3、媒体计算机系统结构多媒体计算机系统结构n第四层为多媒体著作工具及软件。它是在多媒体操作系统的支持下，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。n第五层是多媒体应用系统，这一层直接面向用户，是为满足用户的各种需求服务的。7.1 多媒体计算机系统结构多媒体计算机系统结构7.2 多媒体计算机硬件简介多媒体计算机硬件简介n多媒体硬件系统包括多媒体计算机的主机系统、音频与视频获取系统、磁盘存储系统和显示系统等。如图7-2所示。n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，早期的解决办法是设计制造专用的接口卡。目

4、前的发展趋势是将上述功能集成到处理器芯片中，这种芯片可分为三类：n第一类是采用VLSI(超大规模集成电路)实现的通用和专用的数字信号芯片，可用于数字信息的处理；n第二类是在现有的CPU芯片中增加多媒体与通信的功能，如Intel的MMX微处理器；n第三类称为媒体处理器(Media Processors)，它以多媒体和通信功能为主，同时融合CPU芯片的原有计算机功能。静态图像输入扫描仪数字相机存储设备大容量硬盘数据磁带光存储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

5、统组成框图7.2 多媒体计算机硬件简介多媒体计算机硬件简介n数字信号处理器数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)是一种用VLSI实现的通用和专用的数字信号芯片，以数字计算的方法对信号进行处理。n具有多媒体功能的微处理器具有多媒体功能的微处理器 多媒体计算机的核心。Intel公司推出了基于MMX技术的微处理芯片。MMX技术将面向多媒体数据处理的指令集成到CPU芯片内，加快了对多媒体信息的处理速度。n媒体处理器媒体处理器 媒体处理器可定义为一种专门用于同时加速处理多个多媒体数据的可编程处理器，在媒体处理器中执行特定多媒体功能的软件称为媒体件。由媒

6、体处理器和媒体件共同处理各种多媒体数据。7.2 多媒体计算机硬件简介多媒体计算机硬件简介 扫描仪扫描仪 投影仪投影仪 数字视频展示台数字视频展示台 触摸屏触摸屏 数码相机数码相机 数码摄像机与摄像头数码摄像机与摄像头7.3.7 手写输入设备手写输入设备 显示设备显示设备 打印设备打印设备7.3多媒体多媒体I/O设备简介设备简介7.3.1 扫描仪扫描仪n扫描仪是一种计算机输入设备，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存和使用。n扫描仪的工作原理 扫描仪是光机电一体化的产品，主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分组成。扫描仪的核心是完成光

7、电转换的电荷耦合器件(CCD)。nCCD：CCD是电荷藕合器件(Charge Couple Device)的简称，它能够将摄入光线转变为电荷并将其储存、转移，把成像的光信号转变为电信号输出，完成光电转换功能，因此是理想的摄像元件。扫描仪扫描仪图7-3 扫描仪外形 扫描仪扫描仪n图像扫描仪的分类 图像扫描仪一般分为平板式、手持式和滚筒式三种。n扫描仪的性能指标 扫描仪的性能指标主要有分辨率、色彩位数和扫描速度等。此外，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的方便性等因素。n光学符号识别(OCR)OCR技术实际上是计算机认字，也是一种文字输入法，它通过扫描和摄像等光学输

8、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，判断出文字的标准码，并按通用格式存储在文本文件中。n多媒体投影仪可以与录像机、摄像机、影碟机和多媒体计算机系统等多种信号输入设备相连，可将信号放大投影到大面积的投影屏幕上，获得巨大、逼真的画面，从而方便地供多人观看，成为计算机教学、演示汇报等的必备设备，正在逐渐发展成为一种独立于一般显示设备的标准外设种类。n到目前为止，投影机主要通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。投影仪投影仪图7-5 投影仪的外形n视频展示台是一种新型数字化电教设备。数字视频展示台不但能将胶片上的内容投影到屏幕上，更

9、主要的是可以直接将各种实物，甚至能将可活动的图像投影到屏幕上。n视频展示台实际上是一个图像采集设备，它的作用是将摄像头拍下来的景物，通过与外部输入、输出设备的配套使用，如通过多媒体投影机、大屏幕背投电视、普通电视机、液晶监视器等设备演示出来。数字视频展示台数字视频展示台 数字视频展示台数字视频展示台n触摸屏是一种定位设备，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他设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时，所摸到的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的信息。n一般地说，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

10、式触摸屏、表面声波式触摸屏、矢量压力传感式触摸屏。触摸屏触摸屏图7-7 触摸屏的外观 数码相机数码相机n数码相机是一种能够进行拍摄并通过内部处理把拍摄到的景物转换成以数字格式存放的特殊照相机。n数码相机是由镜头、CCD、A/D(模数转换器)、MPU(微处理器)、内置存储器、LCD(液晶显示器)、PC卡(可移动存储器)和接口(包括计算机接口、电视机接口)等部分组成，数码相机中只有镜头的作用与普通相机相同，其余部分则完全不同。n数码相机在工作时，外部景物通过镜头将光线会聚到感光器件CCD上，并被转换成电荷，然后通过A/D器件进行从模拟信号到数字信号的转换，接下来MPU对数字信号进行压缩并转化为特定

11、的图像格式，如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器中。数码相机数码相机数码相机应用中的常见术语：1.焦距：焦距：指通过镜头的平行光的焦点与镜头透镜的距离。2.光圈：光圈：光圈大小以f加数字表示，如f4、f5.6等，数字越越小，透光量越大；数字越大，透光量越小。3.变焦和聚焦：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，变焦的实现是应用了变焦镜头，它可以在成像清晰的情况下，通过镜头焦距的变化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，以达到最佳的视觉效果。4.有效像素：有效像素：整块CCD上所有像素的总数边缘部分被遮盖的像

12、素有效像素5.信噪比：信噪比：放大器的输出信号电压与同时输出的噪声电压之比。用分贝(dB)表示。信噪比越高越好。数码相机数码相机数码相机应用中的常见术语：6.电子快门：电子快门：快门是用来控制光通过的时间长短的，它分为两种结构：一种为焦平面快门；另一种为叶片式快门，两种均是利用弹簧将“门”打开。快门速度使用分数表示的。7.白平衡模式：白平衡模式：就数码相机而言，由不同光源产生的“白色”在颜色上来说是不尽相同的，有的含浅蓝色，有的含黄色或红色。为了贴近人的视觉，数码相机就必须模仿人类大脑并根据光线来调整色彩，以便在最后相片中能够呈现出肉眼所看到的白色。这称之为“白平衡”。8.AGC：AGC为自动

13、增益控制，它的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，从而保证了强弱信号的均匀性。9.内同步：内同步：采用内同步方式使得图象更加的流畅和清晰。10.TV制式：指制式：指世界上使用的电视广播制式：PAL、NTSC、SECAM三种。11.水平清晰度和垂直清晰度：水平清晰度和垂直清晰度：垂直清晰度即是图像可以分解出多少水平线条数，最大垂直清晰度由垂直扫描总行数所决定。12.景深：景深：景深是指拍出的影像纵向上的清晰范围，譬如拍摄一张风景照片，如果前景、背景和主体都清楚，说明景深范围大；如果主体本身有一部分不清楚，说明景深范围太小。数码摄像机与摄像头数码摄像机与摄像头

14、n随着数字视频(Digital Video，DV)的标准被国际上55个大电子制造公司统一，数字视频正以不太高的价格进入消费领域，数码摄像机也应运而生。n家用级数字摄像机有MD摄像机、数字8mm摄像机、Mini DV摄像机。n数字摄像机必须在1 s内拍摄3 0幅图像，把光转换成电，再转换成二进制的数字信息，这样各个图像就可以连在一起成为相应的视频。数码摄像机与摄像头数码摄像机与摄像头n数字摄像头是一种新型的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的“眼睛”。数字摄像头的外观如图7-10所示。n数字摄像头是一种依靠软件和硬件配合的多媒体计算机附属设备，其成像使用CCD或CMOS

15、图像传感器、A/D器件进行，模拟图像到数字图像的转换等部分与数码摄像机是一样的，只是其光电转换器件分辨率差一些。手写输入设备手写输入设备n手写输入笔是一种直接向电脑输入汉字，并通过汉字识别软件将其转变成为文本文件的一种电脑外设产品。n电脑手写输入的硬件设备一般由两部分组成：一部分是与电脑相连的，用于向电脑输入信号的手写板(手写区域)；另一部分是用来在手写板上写字的手写笔。n手写识别实际上是手写轨迹的坐标序列到汉字内码的一个映射过程。手写输入笔的软件是手写输入的核心部分，它决定了汉字输入的识别率及汉字输入的易用性和可操作性。7.3.8 显示设备显示设备n显示系统包含显示器和图形显示适配器(显示卡

16、)两部分。只有将两者有机地结合起来，才能获得良好的显示效果。n显示器分类n根据工作原理，可分为基于阴极射线管（CRT）的显示器，液晶显示器（LCD），发光型的等离子体显示器（PDP）、场致显示器（FED）、发光二极管显示器（LED）等等。n按照显示颜色可分为单色(mono，或称黑白)和彩色两种。n按照分辨率，可分为低分辨率、中分辨率、高分辨率显示器等。n根据扫描方式分类：按扫描方式可以分为隔行扫描显示器和逐行扫描显示器两种。n根据配接的显示卡分类：MDA单色显示器、CGA彩色显示器、EGA彩色显示器、VGA（包括SVGA）彩色显示器和MTS多频显示器等。7.3.8 显示设备显示设备1.CRT显

17、示器原理显示器原理 CRT显示器是一种光栅图像显示器（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 阴极射线管的基本结构7.3.8 显示设备显示设备nCRT显示器的技术参数主要有：n点距：指CRT上两个颜色相同的磷光点之间的距离。点距越小显示器画面就越清晰、自然。n像素：每一个像素包含一个红色、绿色、蓝色的磷光体。n分辨率：显示器画面解析度，由每帧画面像素数决定。以水平显示的像素个数水平扫描线数表示，如800600是指每帧图像由水平800个像素和垂直600条扫描线组成。n行频（kHz）：又称水平刷新频率，是电子枪每秒在屏幕

18、上扫描过的水平线条数。n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的次数，即重绘率。此外，还有带宽（MHz）、动态聚焦等。7.3.8 显示设备显示设备2.LCD显示器原理显示器原理 液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。7.3.8 显示设备显示设备nLCD显示器的技术参数主要有：1)视角度视角度:大约在160度以内。2)点距和分辨率点距和分辨率：0.279mm，1024768 3)亮度与对比度亮度与对比度：200250 cd/m2，

19、500:1 4)反应速度反应速度：一般2030ms，好的5ms以下 5)色彩表现度色彩表现度：一般6位，即64种表现度；好的为8位，即256种表现度 7.3.8 显示设备显示设备n图形处理器图形处理器 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的重要元件，是连接计算机和显示终端的纽带。显卡的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）。显示主芯片是显卡的核心，俗称GPU，它的主要任务是对系统输入的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。6.3.9 显示系统及其工作原理显示系统及其工作原理n显存是用来存储将要显示的图形信息

20、以及保存图形运算的中间数据的，它与显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于CPU一样密不可分。显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥，简单地说当然是越大越好、越快越好。nRAMDAC(RAM Digital to Analog Converter)实际上是一个数模转换器，它负责将显存中的数字信号转换成显示器能够接收的模拟信号。RAMDAC的转换速度以“MHz”来表示，其转换速度越快，影像在显示器上的刷新频率也就越高，从而图像也越稳定。6.3.9 显示系统及其工作原理显示系统及其工作原理n显示卡在计算机中是如何工作的呢?简单地说，显示卡就是将CPU送来的图像信息经处理再输送到显示器上，其中包括

21、4个步骤：1.CPU将数据通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RAM DAC(数模转换器)并进行数字信号到模拟信号的转换；4.RAM DAC将模拟信号通过VGA接口输送到显示器。打印设备打印设备打印机是计算机系统的重要输出设备。1.黑白激光打印机黑白激光打印机 激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术。图7-14是一种黑白激光打印机外形。打印设备打印设备打印机是计算机系统的重要输出设备。2.彩色激光打印机彩色激光打印机 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

22、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的色彩。3.彩色喷墨打印机彩色喷墨打印机 彩色喷墨打印机的作用是将计算机产生的彩色图像或来自扫描仪的彩色图像高质量地打印出来。存储系统及其基本工作原理 现代多媒体信息存储技术 7.4 多媒体存储系统多媒体存储系统n磁盘(存储器)是一个精密的机电结合体，它的主要功能是将主机送来的电脉冲信号转换成磁记录信号保留在涂有磁介质的盘片上，或者从盘片上将被保留的磁记录信号再转换成电脉冲信号送往主机。n磁记录介质稳定性好，记录的信息可以脱机长期保存，故便于交换，同时，由于其存储每一位信息所占面积很小，即记录密度高，故存储容量大，此外，还易于将其信息擦

23、除，再写入新数据，具有重复使用性能。同其他存储方式相比，其价格也较低。存储系统及其基本工作原理n软盘(Floppy Disk)是使用软塑料作为片基，表面涂有磁性材料，封装在方型的保护套中，故而称为软盘。软盘具有携带方便的特点，缺点是存取速度慢，存储容量小，且容易损坏，不适合存储数据量较大或数据可靠性要求较高的信息。n硬盘仍是MPC系统最重要的数据存储设备。硬盘的用途主要是存储数据或程序以及数据的交换与暂存。n冗余磁盘阵列，即RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)技术，它是用多台小型的磁盘存储器按一定的组合条件组成的一个大容量的、快速响应的、高可靠的

24、存储子系统。存储系统及其基本工作原理7.4.2 现代多媒体信息存储技术1.光盘存储技术光盘存储技术 从磁介质到光学介质是信息记录的飞跃，目前应用最广泛的光存储设备是CD-ROM与DVD-ROM。nHD-DVD光盘n全息光盘 n光盘库 2.闪存盘闪存盘 也叫U盘，全称“USB闪存盘”，英文名“USB flash disk”。它是一个USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过USB接口与计算机连接，实现即插即用。n多媒体操作系统除了具有CPU管理、存储管理、设备管理、文件管理、线程管理五大基本功能外，还增加了多媒体功能和通信支持功能。多媒体操作系统采用图形界面来实现人机交互功能。

25、n最流行的多媒体操作系统是Windows操作系统，Windows操作系统在多媒体方面的功能主要有：1.多媒体数据编辑 2.与多媒体设备联合 3.多媒体同步 4.网络通信 7.5*多媒体操作系统多媒体操作系统 7.6*多媒体应用软件多媒体应用软件1.文本软件：文本软件：iMarkup，COOL 3D 2.音频软件：音频软件：Audio Grabber，Crazy Talk 3.视频软件：视频软件：Video Editor，Camtasia Studio 4.图形软件：图形软件：CorelDRAW，FreeHand5.图像软件：图像软件：HyperSnapeDX，PolyView 6.动画软件：动画软件：Morpher，GIF Movie Gear