第6章 多媒体系统结构,6.1 多媒体计算机系统结构 6.2 多媒体计算机硬件简介 6.3 多媒体I/O设备简介 6.4 多媒体存储系统 6.5 多媒体操作系统 6.6 多媒体应用软件,6.1 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6.1所示。,图6.1 多媒体计算机系统的层次结构,6.1 多媒体计算机系统结构,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。 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。 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。,6.1 多媒体计算机系统结构,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。 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。,6.2 多媒体计算机硬件简介,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6.2所示。 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，早期的解决办法是设计制造专用的接口卡。目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： 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； 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； 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。,6.2 多媒体计算机硬件简介,图6.2多媒体硬件系统组成框图,6.2 多媒体计算机硬件简介,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，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小等优点。 具有多媒体功能的微处理器 计算机微处理器芯片是多媒体计算机的核心，它的性能好坏直接影响到多媒体计算机的整体功能。为加速对多媒体信息的处理速度，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，这给多媒体系统的体系结构带来了革命性的变化。,6.2 多媒体计算机硬件简介,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。由媒体处理器和媒体件共同处理包括图形、视频、音频及通信在内的各种多媒体数据。,6.3.1 扫描仪 6.3.2 多媒体投影仪 6.3.3 数字视频展示台 6.3.4 触摸屏 6.3.5 数码相机 6.3.6 数字摄像机 6.3.7 数字摄像头 6.3.8 手写输入设备 6.3.9 显示系统及其工作原理 6.3.10 彩色打印技术,6.3 多媒体I/O设备简介,6.3.1 扫描仪,扫描仪是一种计算机输入设备，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。 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电转换的电荷耦合器件(CCD)。,6.3.1 扫描仪,扫描仪自身携带的光源将光线照在欲输入的图稿上产生反射光(反射稿)或透射光(透射稿)，光学系统收集这些光线将其聚焦到CCD上，由CCD将光信号转换为电信号，然后再进行模数(A/D)转换，生成数字图像信号送给计算机。扫描仪采用线阵CCD，即一次成像只生成一行图像数据，当线阵CCD经过相对运动将图稿全部扫描一遍后，一幅完整的数字图像就送入到计算机中去了。,6.3.1 扫描仪,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。 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。 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。,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。 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。,6.3.2 多媒体投影仪,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。 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。当外设为计算机时，可通过配置或内置的图像采集卡和标准并行通信接口，利用相关程序软件，将视频展示台输出的视频信号输入计算机，进行各种处理，实现扫描仪和数码相机的部分功能。,6.3.3 数字视频展示台,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。 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、电阻式触摸屏、表面声波式触摸屏、矢量压力传感式触摸屏。,6.3.4 触摸屏,6.3.5 数码相机,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。 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。 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。,6.3.6 数字摄像机,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，数字摄像机也应运而生。 家用级数字摄像机有MD摄像机、数字8mm摄像机、Mini DV摄像机 。,6.3.7 数字摄像头,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。对数字图像的数据压缩和存储等处理工作，则交给计算机系统去做。所以数字摄像头比数码相机和数字摄像机两种数码影像设备都廉价得多。,6.3.8 手写输入设备,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。 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。 手写识别是指将在手写设备上书写时产生的有序轨迹信息转化为汉字内码的过程，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。,6.3.9 显示系统及其工作原理,显示系统是微机操作中实现人-机交互的一个重要设备，其性能的优劣直接影响工作效率及质量。显示系统包含显示器和图形显示适配器(显示卡)两部分。只有将两者有机地结合起来，才能获得良好的显示效果。,6.3.9 显示系统及其工作原理,显示器分类 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。 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。 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。 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。,6.3.9 显示系统及其工作原理,CRT显示器原理 CRT显示器是一种光栅图像显示器（图6.3）。,图6.3 阴极射线管的基本结构,6.3.9 显示系统及其工作原理,CRT的工作原理可以简单理解为：高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了。,6.3.9 显示系统及其工作原理,CRT显示器的技术参数主要有： 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。 像素：每一个像素包含一个红色、绿色、蓝色的磷光体。 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。 行频（kHz）：又称水平刷新频率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线条数。 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的次数，即重绘率。 此外，还有带宽（MHz）、动态聚焦等。,6.3.9 显示系统及其工作原理,LCD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。液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板。由于两块偏光板的偏振方向成90度，再加上电压的变化和一些其他的装置，液晶显示器就能显示想要的颜色了。,6.3.9 显示系统及其工作原理,LCD显示器的技术参数主要有： 1. 视角度 2. 点距和分辨率 3. 亮度与对比度 4. 反应速度 5. 色阶,6.3.9 显示系统及其工作原理,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,显存是用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据