2 多媒体硬件与软件系统

1.功能
数码相机从功能上来讲，是一种数 字化图像设备，无论在功能上还是精密 程度上它比扫描仪的功能和精密程度都 要强大。也是多媒体应用技术中使用比 较广泛的一种数字化外部设备。
2.类型
数码相机的类型很多，各有其特点和局限性。
➢按图像传感器分类
▪线阵CCD相机 、面阵CCD相机 、CMOS相机。
➢按机身结构分类
2、光盘驱动器
光盘驱动器简称光驱，是读取（写入） 光盘数据的光电设备。常用的光驱有CD光驱 和DVD光驱。
❖ CD光驱和DVD光驱都可以分为只读光驱、 一次写入光驱、可擦写光驱。CD光驱不能读取 DVD光盘的数据，而DVD光驱确可以向下兼容读 取CD光盘的数据。
光驱的外部结构
光驱读取数据原理
内部结构 中最重要的就 是激光头组件。 它的主要功能 是将光盘上的 数据信息点转 换成电信号。
2.1.3.1 扫描仪
自1984年第一台扫描仪推出以后，扫 描仪在技术和功能上有了很大的发展， 由最初的黑白两色扫描仪过渡到灰度扫 描仪，直到现在的48bit增强色扫描仪， 已经成为了多媒体计算机中一类种类丰 富、档次齐全、性能各异的外部设备。
1、扫描仪的功能和应用
❖主要功能是将照片、画图、透明胶片、 幻灯片、底片等图像进行数字化处理， 也用于扫描识别文字和表格。
平板扫描仪的原理
数字文件
5、扫描仪的性能指标
➢ 扫描范围 ：A4、A3、A1、A0 ➢ 分辨率:光学分辨率为300×600dpi、600×1200dpi等。 ➢ 色彩位数 ：一般要求至少达到36位 ➢ 扫描介质 ：一般有“反射稿、底片、正片” ➢ 扫描仪接口：常见的有EPP、SCSI和USB接口。 ➢ 软件 ：驱动程序和工具软件。
256色 640×480 1.44 MB Windows 3.x
MPC 2.0Hale Waihona Puke Baidu
80486SX/25
4 MB 160 MB
2x 16位
65535色 640×480 1.44 MB Windows 3.x
MPC 3.0
Pentium75
8 MB 850 MB
4x 16位
16位真彩 800×600 1.44 MB Windows 95
具有体积小、携带方便、成像清晰度高、功 能强大、操作简单、同时记录声音和视频信号 的特点。
1.功能
主要功能是捕捉景物连续活动的影 像和同步声音信号，把模拟的音视频信 号转换为数字音视频信号，并将其记录 和存储下来，同时它也可以播放由同样 规格和同一制式的数码录像带所录制的 数字电视节目。
2.结构
MPC 4.0
Pentium133
16 MB 1.6 GB
10x 16位
32位真彩 1280×1024
1.44 MB Windows 95
MPC标准只是规定了多媒体计算 机系统的最低要求，凡符合或超过这 种标准的系统，在组成和功能上均达 到了多媒体计算机的标准。随着时代 的发展，多媒体计算机在功能和性能 方面的标准和要求也随之会得到进一 步的提高。
多媒体计算机系统的组成
主要由个人计算机、CD-ROM 驱动器、声卡、音箱或耳机以及 Windows操作系统上述五个部分 组成。
多媒体计算机的组成及辅助外设
2.1.2多媒体计算机关键设备
多媒体计算机关键设备主要指声音 采集设备、视频采集设备、大容量存储 设备。随着多媒体技术的不断发展和应 用，图像采集和文字识别设备，数字摄 像机等一些与计算机数字化处理相关的 外部设备也已成为了多媒体计算机必备 的主要设备。
数码相机原理示意图
5.性能指标
➢分辨率 ➢彩色深度 ➢光学镜头 ➢镜头焦距 ➢连拍速度
➢照片存储能力 ➢压缩存储方式 ➢感光灵敏度 ➢输出接口
2.1.3.3 数码摄像机
数码摄像机DVC(Digital Video Camera)是 用于拍摄景物连续活动的视频影像的主要设备， 是多媒体计算机获取数字音视频信号的一种外 部设备。
➢ DVD光驱的激光头组，不能读取CD-R光盘。
2.1.2.3视频采集卡
由于普通的计算机不能将模拟视频信号 中的影像存储为单幅画面或活动影像，因 此在计算机功能卡中就推出了一类专门处 理视频信号的功能卡，称为视频卡。根据 视频卡的主要功能，可以把它分成视频采 集卡、视频解压卡和视频转化卡等。
1、视频采集卡的功能：
❖主要应用于现代办公、图像扫描、网页 制作、工程图纸扫描、广告设计、相片 处理、文字识别等领域。
2、扫描仪的类型
扫描仪的种类很多，按不同的标准可分成 不同的类型。
常见的扫描仪有
3、扫描仪的结构
平板式扫描仪的整体结构由顶盖、玻璃平台 和底座构成。
平板式扫描仪外部结构
4、扫描仪的原理
光信号
电信号 数字信号
视频采集卡是目前多媒体计算机配置 中的重要部件，它的主要功能是将模拟 视频信号采集到计算机中，并将其转换 为能供计算机进行编辑处理的数字视频 信号。得到音视频同步的数字电影。
视频采集卡的 应用
➢VCD和DVD影像光盘的制作 ➢现代远程教育节目制作 ➢网络流媒体电影制作 ➢视频电话会议 ➢数字视频监控系统
2.1 多媒体硬件系统
多媒体计算机系统是由复杂的硬件和 软件有机结合而组成的一个综合系统。 它除了对常见的字符、数字进行编辑和 处理外，还要把图像、音频、视频、动 画等媒体与计算机系统融合起来，由计 算机系统对各种媒体信息进行数字化处 理。
2.1.1 多媒体计算机及标准
➢多媒体计算机（MPC）是多媒体个人计算机 （Multimedia Personal Computer）的简 称。
352×240、720×480。 ➢ 帧速率：一般NTSC制式为30 f/s、PAL制式为25 f/s。 ➢ 视频输入输出端口：有Composite Video、S-Video和BNC
接口。 ➢ 暂停/剪接功能：可以在视频采集时对内容进行选择。
2.1.3多媒体常用外部设备
从现代办公自动化到家庭娱乐，扫描仪、 数码像机、数字摄像机等数字化采集设备 也越来越显示出它们的重要作用，随着我 国社会经济的快速发展和家庭收入的不断 提高，这些常用外部设备也已经成了寻常 百姓家庭中的数字化的家用电器。
2.1.3.2 数码相机
数 码 相 机 又 称 数 字 相 机 DSC (Digital Still Camera)。它是传统相机的光学技术与 数码成像和图像处理技术的结合体，是比扫 描仪更为精密的光、电、机械设备，是多媒 体计算机配套使用的新型数码影像设备。数 码相机所获得的数字图像可以很方便地在计 算机中进行编辑和处理。
光盘结构
规格：直径12cm、基板厚度0.12cm、轨道宽度1.6um、最 小凹槽长度0.83um、光盘孔径1.5cm、平均盘重 18g、存储容量650MB。层面结构：单层单面。
CD-R光盘的结构
CD-R光盘上的一系列凹坑点是刻录机用775nm及795nm 之间的激光在光盘的有机染料层面直接加热而产生出。
CD和DVD光盘信息密度示意图
CD：读取／刻录方式采用780nm波长的红外激光，光点直 径为0.8～1.0微米，光道间距为1.6微米。
DVD：读取／刻录方式采用了650nm波长的红色激光，光 点直径为0.4～0.6微米，光轨道间距为0.74微米。
常用光盘类型
➢CD-ROM（只读光盘） ➢CD-R(可记录光盘) ➢CD-RW（可擦写光盘） ➢CD-DA（数字音乐光盘） ➢VCD视频光盘 ➢DVD视频光盘
DVD光盘的结构
DVD光盘由于结构的不同，可以以多层多面的结构 来存储信息，存储容量最小的为4.7GB，最大为17GB。
光盘数据记录原理
一张标准CD-ROM光盘，光道的总长度为5km，凹坑 数可达8亿多个，光道的数据存储容量可达650MB。
光盘数据记录示意图
光盘上的凹坑和非凹坑本身并不代表对应的二进制数据0 和1，在光盘底板上凹坑与非凹坑的平坦部分均表示0，只有凹 坑与非凹坑的跳变边沿才表示1。
2.1.2.1 声音卡
声音卡简称声卡，是1987年由Adlib公司首 先设计制造的。是多媒体设备中是最常见，也是 应用最广泛的设备之一。
1、声卡的功能
➢声音的录制与播放 ➢音频的编辑与混合 ➢MIDI接口和音乐合成 ➢游戏杆接口
2、声卡的组成及原理
声卡外部的输入输出接口
声卡的功能结构图
声卡的工作原理
光驱系统的分类 光驱
只读光驱
可写光驱
（刻录机）
一次写入光驱 可擦可写入光驱
1、光盘
盘在光驱系统中是记录信息的载体，根 据光盘写入信息的方式、光盘结构以及记 录信息密度的不同，可以把它们分成：CDROM 、 CD-R 、 CD － RW 和 DVD-ROM 、 DVD±R 、 DVD±RW几种。无论是CD还是DVD，光盘的 结构和记录信息的原理都基本相同。
数码摄像机从外部结构上来讲，主要有机体、可变 焦光学镜头和音视频输出输入接口和各种功能按键等部 件构成。
3.原理
光影像 电信号
数字信号 数字文件
常见压缩卡的外部接口
3、原理
其原理与声卡的基本相似，但由于要将模拟视频、 音频信号同时进行数字化处理，因此在处理过程中要 比声卡的复杂的多。
4、性能指标
➢ 插槽：一般都是PCI插槽接口。 ➢ 数据格式：主要有AVI、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。 ➢ 电视制式：一般应支持PAL、NTSC制式。 ➢ 帧尺寸：PAL有352×288、720×576帧尺寸、NTSC有
▪简易型相机 、单反型相机 、后背型相机。
➢按使用对象分类
▪家用型相机、商用型相机、专业型相机。
3.结构
数码相机外形结构
数码相机内部结构示意图
4.原理
❖数码相机是精密的光学、机械和电子一 体化设备，是一种真正意义上的非胶片 新型照相机。
❖数码相机在内部结构上，与传统胶片照 相机的结构原理是截然不同的。它主要 是通过图像传感器(CCD或CMOS)代替胶卷， 实现感光成像。
视频采集卡的类型
➢采集卡：是指采用帧内压缩算法，生成 AVI文件的功能卡。它主要用于数字电视 制作的非线性编辑系统。
➢压缩卡：指将视频文件能直接压缩生成 MPEG文件格式的功能卡。它主要用于制 作VCD、DVD和流媒体的视频文件。
2、结构
视频采集卡在内部结构上与声卡基 本相似，有高性能的数字信号处理芯片， 有模数（A/D）转换和数模（D/A）转换芯 片。由于视频信号的数据量很大，处理过 程中比单一的音频信号要复杂的多，因此 各种功能芯片和电路的结构也比声卡的要 复杂的多。
CD-ROM驱动器的性能指标
➢平均寻址时间
➢数据传输速率
➢光驱的缓存(Cache) ➢接口类型
3、光驱速度的标示和注意事项
➢ CD-ROM为 42x、CD-R为42x/12x、 CD-RW为52x/16x/8x
➢ 单倍速DVD-ROM 光驱的数据传输率是1.32MB/s， 比CD-ROM光驱的数据传输率150KB/s要高出9倍 多。
本章提要：
➢学习和了解硬件中的声卡、采集卡、光 驱、刻录机、盘片、扫描仪、数码照相机、 数字摄像机和数字摄像头的结构、原理及 功能。
➢了解和熟悉软件系统中的层次结构，以 及各类软件的作用和功能。
多媒体技术是以计算机为核心的 一种综合性的现代技术，它通过计算 机将文字、图像、声音、动画、视频 等多种媒体信息进行数字化处理，将 这些媒体信息以数据的形式存储到计 算机中，以文件的形式对它们进行管 理和编辑处理，将它们按用户的要求 在计算机应用的过程中表现出来。
声音的数字化处理是通过模数转换（A/D）电路 进行的，DSP芯片是声卡中的核心部件。
功能：
采集 A/D转换 压缩 存储 解压 D/A转换
3、声卡的主要技术指标
➢采样频率和量化位数 ➢声道数 ➢信噪比 ➢MIDI合成方法和复音数 ➢全双工音频功能
2.1.2.2 光存储设备
CD-ROM是多媒体计算机的一个重要组成部分。 CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)是指光 盘和光盘驱动器两部分。它是多媒体大容量存储 的主要设备。
➢多媒体计算机硬件系统主要是由计算机主 机、CD-ROM驱动器、声音输入和输出设备、 视频输入和输出设备、多媒体通信传输设 备等组合而成。
表2－1 MPC技术标准
CPU
内存容量 硬盘容量 CD-ROM速度
声卡
显卡 屏幕分辨率
软驱 操作系统
MPC 1.0
80386SX/16
2 MB 80 MB
1x 8位