多媒體的硬件和軟件環(huán)境的建立

1、第二章 多媒體的硬件和 軟件環(huán)境的建立,返回,,學習目標,掌握多媒體系統(tǒng)的組成結構及多媒體個人計算機的技術標準和配置。 了解Windows98的多媒體環(huán)境。 掌握數(shù)字音頻基本概念、各種音頻信號的特點、聲卡的安裝與使用。 掌握視頻的色彩空間表示及轉換，數(shù)字視頻標準和數(shù)字視頻的特點、視頻采集卡的安裝與使用。 了解多媒體光存儲技術及CD-ROM光盤的結構與讀寫原理。 了解掃描儀的工作原理

2、使用。,目錄,2.1 多媒體計算機系統(tǒng)的組成結構,2.2 Windows的多媒體環(huán)境,2.3 多媒體音頻,2.4 多媒體視頻,2.5 多媒體光存儲器,2.6 多媒體輸入輸出設備,返回,2.1 多媒體計算機系統(tǒng)的組成結構,多媒體計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。其中硬件系統(tǒng)主要包括計算機主要配置和各種外部設備以及與各種外部設備的控制接口卡(其中包括多媒體實時壓縮和解壓縮電路)軟件系統(tǒng)包括多媒體驅(qū)動軟件、多媒體操作系

3、統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)處理軟件、多媒體創(chuàng)作工具軟件和多媒體應用軟件。,*多媒體計算機系統(tǒng)組成結構如下圖所示。,2.1.1 多媒體硬件系統(tǒng),2.1.2 多媒體驅(qū)動軟件,2.1.3 多媒體操作系統(tǒng),2.1.4 多媒體數(shù)據(jù)處理軟件,2.1.5 多媒體創(chuàng)作軟件,2.1.6 多媒體應用系統(tǒng),返回,2.1.1 多媒體硬件系統(tǒng),1．多媒體硬件系統(tǒng)的組成,2．多媒體個人計算機,1．多媒體硬件系統(tǒng)的組成,多媒體硬件系統(tǒng)是由計算機傳統(tǒng)硬件設備光

4、盤存儲器(CD-ROM)、音頻輸入/輸出和處理設備、視頻輸入/輸出和處理設備等選擇性組合而成，其基本框圖如下圖所示。,聲卡是處理和播放多媒體聲音的關鍵部件，它通過插入主板擴展槽中與主機相連。卡上的輸入/輸出接口可以與相應的輸入/輸出設備相連。常見的輸入設備包括麥克風、收錄機和電子樂器等，常見的輸出設備包括揚聲器和音響設備等。聲卡由聲源獲取聲音，并進行模擬/數(shù)字轉換或壓縮，而后存入計算機中進行處理。聲卡還可以把經(jīng)過計算機

5、處理的數(shù)字化聲音通過解壓縮、數(shù)字/模擬轉換后，送到輸出設備進行播放或錄制。,視頻卡是通過插入主板擴展槽中與主機相連?？ㄉ系妮斎?輸出接口可以與攝像機、影碟機、錄像機和電視機等設備相連。視頻卡采集來自輸入設備的視頻信號，并完成由模擬量到數(shù)字量的轉換、壓縮，以數(shù)字化形式存入計算機中，數(shù)字視頻可在計算機中進行播放。光盤存儲器由CD-ROM驅(qū)動器和光盤片組成。光盤片是一種大容量的存儲設備，可存儲任何多媒體信息。CD-ROM

6、驅(qū)動器用來讀取光盤上的信息。,2．多媒體個人計算機,多媒體個人計算機(Multimedia Personal Computer，簡稱MPC)，是指具有多媒體功能的個人計算機。它是在PC基礎上增加一些硬件板卡及相應軟件，使其具有綜合處理文字、聲音、圖像視頻等多種媒體信息的功能。,(1). MPC基本硬件構成,(2). MPC技術標準,(3). MPC配置,(1). MPC基本硬件構成,MPC主要特征可以用一個簡單的公式表示：多

7、媒體PC機 = PC機 + CD-ROM驅(qū)動器 + 聲卡,(2). MPC技術標準,MPC3.0標準規(guī)定系統(tǒng)硬件最低配置如下： PC機：至少為8MB內(nèi)存， 640MB硬盤容量，主頻75MHz Pentium CPU，分辨率為640×480，顏色數(shù)為65536色的顯示器。 CD-ROM驅(qū)動器：傳輸速率為600KB／s，最大尋址時間200ms，CD-ROM XA。 聲卡：采樣頻率44.1kHz，16bit量化精度

8、，Wavetable（波表）MIDI合成器。,(3). MPC配置,在配置MPC時應該具備大容量的硬盤；具有快速數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸能力的CPU和PCI總線；建立更大的高速緩存區(qū)以提高微機的運行速度，內(nèi)存一般在32M以上。高分辨率的圖形、圖像顯示。圖形顯示卡要有高的分辨率和存儲容量，如1024×768的分辨率，2M內(nèi)存容量。高速的CD-ROM驅(qū)動器和光盤。高質(zhì)量的聲卡和音響設備。為了聲音的采集和回放具有

9、較好的音質(zhì)，應該采用具有44.1KHz采樣頻率和16Bit采樣位數(shù)的聲卡。,2.1.2 多媒體驅(qū)動軟件,多媒體驅(qū)動軟件是多媒體計算機軟件中直接和硬件打交道的軟件。它完成設備的初始化，完成各種設備操作以及設備的關閉等。驅(qū)動軟件一般常駐內(nèi)存，每種多媒體硬件需要一個相應的驅(qū)動軟件。,2.1.3 多媒體操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)是計算機的核心，負責控制和管理計算機的所有軟硬件資源，對各種資源進行合理地調(diào)度和分配，改善資源的共享和利用

10、情況，最大限度地發(fā)揮計算機的效能，它還控制計算機的硬件和軟件之間的協(xié)調(diào)運行，改善工作環(huán)境向用戶提供友好的人機界面。多媒體操作系統(tǒng)簡言之就是具有多媒體功能的操作系統(tǒng)。多媒體操作系統(tǒng)必須具備對多媒體數(shù)據(jù)和多媒體設備的管理和控制功能，具有綜合使用各種媒體的能力，能靈活地調(diào)度多種媒體數(shù)據(jù)并能進行相應的傳輸和處理，且使各種媒體硬件和諧地工作。,多媒體操作系統(tǒng)大致可分為兩類： 一類是為特定的交互式多媒體系統(tǒng)使用的多媒體操

11、作系統(tǒng)。如Commodore公司為其推出的多媒體計算機Amiga系統(tǒng)開發(fā)的多媒體操作系統(tǒng)Amiga DOS，Philips和SONY 公司為他們聯(lián)合推出的CD-I 系統(tǒng)設計的多媒體操作系統(tǒng)CD-RTOS(Real Time Operation System)等。 另一類是通用的多媒體操作系統(tǒng)。隨著多媒體技術的發(fā)展，通用操作系統(tǒng)逐步增加了管理多媒體設備和數(shù)據(jù)的內(nèi)容，為多媒體技術提供支持，成為多媒體操作系統(tǒng)。目前流行的

12、Windows 9x、Windows NT主要適用于多媒體個人計算機；Macintosh是廣泛用于蘋果機的多媒體操作系統(tǒng)。,2.1.4 多媒體數(shù)據(jù)處理軟件,多媒體數(shù)據(jù)處理軟件是專業(yè)人員在多媒體操作系統(tǒng)之上開發(fā)的。在多媒體應用軟件制作過程中，對多媒體信息進行編輯和處理是十分重要的，多媒體素材制作的好壞，直接影響到整個多媒體應用系統(tǒng)的質(zhì)量。常見的音頻編輯軟件有Sound Edit、Cool Edit 等，圖形圖像編輯軟

13、件有Illustrator、CorelDraw、Photoshop等，非線性視頻編輯軟件有Premiere，動畫編輯軟件有Animator Studio和3D Studio MAX等。,2.1.5 多媒體創(chuàng)作軟件,多媒體創(chuàng)作軟件是幫助開發(fā)者制作多媒體應用軟件的工具，如Authorware、Director等。能夠?qū)ξ谋?、聲音、圖像、視頻等多種媒體信息進行控制和管理，并按要求連接成完整的多媒體應用軟件。,2.1.6 多媒

14、體應用系統(tǒng),多媒體應用系統(tǒng)又稱多媒體應用軟件。它是由各種應用領域的專家或開發(fā)人員利用多媒體開發(fā)工具軟件或計算機語言，組織編排大量的多媒體數(shù)據(jù)而成為最終多媒體產(chǎn)品，是直接面向用戶的。多媒體應用系統(tǒng)所涉及的應用領域主要有文化教育教學軟件、信息系統(tǒng)、電子出版、音像影視特技、動畫等。,2.3.4 聲卡,聲卡是多媒體計算機必備的部件之一，用來處理各種類型數(shù)字化聲音信息。,1. 聲卡的結構與功能,2. 聲卡的安裝,3. 安裝測試,1

15、、聲音卡的基本知識聲音卡作為MPC的主要組件。聲音卡性能的高低與它采用的技術和方法有很大關系系。下面介紹聲音卡所涉及的有關技術及其概念。（1）模數(shù)轉換(ADC)將輸入的模擬音頻信號轉換成數(shù)值。而數(shù)字化后的音頻信號是數(shù)值，是離散的數(shù)據(jù)，并非像音頻信號一樣為連續(xù)的波形。。因而數(shù)字化時并不能連續(xù)采樣，而是按一定的采樣頻率進行，數(shù)字化音頻信號涉及兩個基本的技術指標是：(1)采樣頻率。(2)采樣值的編碼位數(shù)(大小)。l 

16、0;      采樣頻率：單位時間內(nèi)的采樣次數(shù)。一般來說，語音信號的采樣頻率是語音所必需的頻率寬度的2倍以上。人耳可聽到的頻率為20Hz～22KHz的聲音，所以對聲音卡來講，其采樣頻率為最高頻率22KHz的2倍以上，即采樣頻率應在44KHz以上。較高的采樣頻率能獲得較好的聲音還原。目前的聲音卡的采樣頻率一般采用44.1KHz或48KHz。當然48KHz更好一些。l  

17、;      采樣值的編碼位數(shù)：記錄每次采樣值使用的二進制編碼位數(shù)。而二進制編碼位數(shù)直接影響還原聲音的質(zhì)量。當前聲音卡有8位、16位和32位三種，主要以16位聲音卡為主，8位聲音卡趨于淘汰。8位聲音卡對語言的解釋能滿足需要，可達到電臺中波廣播的音質(zhì)，但播放音樂的效果不好。16位聲音卡可以達到CD音響水平。,（2）數(shù)模轉換(DAC)完成將數(shù)字化的聲音數(shù)據(jù)轉換成模擬音頻信號輸出，它是模數(shù)轉

18、換的逆過程。其主要指標與模數(shù)轉換相同。（3）MIDI音頻多媒體PC機技術指標要求所有聲音卡支持MIDI（MusicInstrumentDigitalInterface，即樂器數(shù)字化接口）標準。MIDI是由音樂家們建立的電子合成樂器的統(tǒng)一標準，可以用電器件模擬大提琴、小提琴、鋼琴等幾乎常見的樂器聲音卡中一般采用兩種不同的方法還原MIDI聲音：l        F

19、M合成。FM合成由FM合成器完成，F(xiàn)M合成器利用調(diào)頻(FM)技術以波形模擬實際樂器的聲音，樂器的聲音由兩種、三種或四種不同的頻率的波形疊加合成，一般的聲音卡就采用這種技術。由于樂器的音效可分解成無窮多種正弦波（通過傅立葉變換），四種波不足以還原逼真的音質(zhì)，所以一般的聲音卡播放的MIDI音樂都不夠逼真，效果與電子琴差不多，屬于MIDI的中低檔產(chǎn)品。l        波

20、表（Wave Table）合成。波表合成采用一種稱之為“波表查找”技術來產(chǎn)生MIDI音樂，這種技術采用真實樂器的數(shù)字錄制技術，并將錄制的大提琴、小提琴、鋼琴、鼓等各種實際樂器的數(shù)字化聲音響存儲在只讀存儲器(ROM)中，在產(chǎn)生MIDI音樂時再從存儲的波表中找出進行合成，這樣還原的聲音質(zhì)量非常高，所產(chǎn)生的音響效果自然比FM合,1. 聲卡的結構與功能,聲卡一般由Wave合成器、MIDI合成器、混合器、MIDI電路接口、CD-ROM接口、DS

21、P數(shù)字信號處理器等組成。,(1). Wave合成器Wave合成器的模/數(shù)轉換和數(shù)/模轉換是聲卡上數(shù)據(jù)處理器件。,(2). MIDI合成器標準的多媒體計算機通過MIDI合成器播放MIDI文件。,(3). 混音器聲卡上的混音器芯片可以對以下音源進行混合：數(shù)字化聲音(DAC)，調(diào)頻FM合成音樂(FM)CD音頻(CD-ROM)，線路輸入(AUX)，話筒輸入(MIC)及PC聲音輸出(SPK)。,(4). MIDI接口聲

22、卡能夠接收、錄制及輸出MIDI信號，MIDI接口完成電子音樂設備與聲卡之間的信號傳輸通道，通過軟件控制可以將MIDI音樂設備演奏，反之，也可以將電子音樂設備上演奏的音樂錄制成MIDI數(shù)據(jù)文件，在計算機中進行模擬演奏或修改。,(5). CD-ROM接口CD-ROM接口提供了從CD-ROM的CD-DA的輸出信號到聲卡音源輸入的通路，CD-ROM播放CD唱盤的音頻時，將音頻信號直接通過聲卡的功放送到揚聲器，通過調(diào)節(jié)聲卡的音

23、量控制，即可控制CD唱盤的音量。,(6). DSP數(shù)字信號處理器用作對數(shù)字音頻信號的實時壓縮和解壓縮，以及用于語音朗讀、語音識別等特殊音頻信號的處理。,(4). 數(shù)字音頻信號的編碼,一般情況下，聲音的制作是使用麥克風或錄音機來產(chǎn)生，再由聲卡上的WAVE合成器的(模/數(shù)轉換器)對模擬音頻采樣后，量化編碼為一定字長的二進制序列，并在計算機內(nèi)傳輸和存儲。在數(shù)字音頻回放時，再由數(shù)字到模擬的轉化器(數(shù)/模轉換器)解碼可將二進制

24、編碼恢復成原始的聲音信號，通過音響設備輸出。如下圖所示。,模擬音頻信號輸入,采樣/量化編碼,傳輸/存儲,解碼,播放,*了解了聲卡的組成及工作原理后，可總結出聲卡有以下主要功能：(1). 錄制與播放波形音頻文件。(2). 編輯與合成波形音頻文件。(3). MIDI音樂錄制和合成。(4). 文語轉換和語音識別。,2. 聲卡的安裝,(1). 硬件安裝步驟1 關閉計算機電源，拔下供電電源和所有 外接線插頭。步驟2 打

25、開機箱外殼，選擇一個空閑的16位擴 展槽并將聲卡插入擴展槽。 步驟3 連接來自CD-ROM驅(qū)動器的音頻輸出線到 聲卡的CD IN針形輸入線上；步驟4 蓋上機箱外殼，并將電源插頭插回。步驟5 聲卡與其它外設的連接，按下頁圖進行。,LINE IN,LINE OUT,SPK OUT,MIDI,錄音機、CD唱機等線性輸出,話筒,揚聲器,,,,線性輸入立體聲放大器,,,MIC IN,,,(2). 軟件安裝對不同的聲

26、卡，軟件的安裝方法不完全相同，需要按照說明書安裝。1). 安裝驅(qū)動程序聲卡的驅(qū)動程序是控制聲卡工作的必要程序，不同的聲卡驅(qū)動程序是不同的。2). 安裝應用程序安裝聲卡的應用程序，例如混音器、錄音師和MIDI編輯軟件等。,聲音卡的選擇：聲音卡作為多媒體計算機的主要組件，正確的選購聲音卡可以達到預期的音響效果。下面介紹聲音卡的選擇時，應注意和考慮的幾個問題：1、支持的聲道數(shù)這個指標是目前很多用戶都很注重一項指標，

27、所謂聲道數(shù)，簡言之就是此聲卡芯片支持輸出的音箱數(shù)量。目前的聲卡芯片有2聲道、4聲道、6聲道三種，聲道越多，聲音的定位效果就越好，不是采用支持6聲道的聲卡芯片的聲卡就能支持6聲道輸出，它還決定于聲卡上的CODEC芯片，所以廠家通常通過CODEC支持不同的聲道數(shù)來劃分產(chǎn)品等級，大家必須格外注意。目前市場上主流的聲卡芯片一般都支持2個以上的聲道，不少芯片都已經(jīng)提供了對6聲道的支持,（2）音響水平的要求聲音卡的音響水平的兩個主要的技術標準也是

28、采樣頻率（或稱采樣速度）和采樣值編碼位數(shù)。中高檔的聲音卡應具有CD唱片音質(zhì)。而CD唱片音質(zhì)要求采樣頻率（速度）應達到44.1KHz，用16位（二進制位）來記錄聲音（采樣值）。當然采樣頻率高于44.1KHz更好。一般16位的聲音卡才可達到CD音質(zhì)。早期的8位聲音卡屬于低檔卡，音質(zhì)只能達到調(diào)頻廣播電臺音響水平。有的更低檔只能達到中波收音機的水平。購買時除仔細觀看說明書外，還應在機器上進行實際測試，檢驗其音響效果。（3）MIDI接口聲音卡

29、是否提供MIDI，若提供MIDI，還原MIDI聲音是采用FM合成，還是波表合成。中低檔聲音卡一般采用FM合成器，常見的是YAMAHA合成芯片。該合成器是兩操作器的FM合成器，還是四操作器的FM合成器；FM合成器的操作器越多則合成的聲音效果越好。高檔聲音卡采用波表合成技術。MIDI部件是決定聲音卡的一個重要因素。SoundBlasterAWE32聲霸卡就是采用波表合成技術。其它聲霸卡均采用FM合成器，但它們可選配一塊稱為WaveBlas

30、ter的子卡將MIDI部件升級為波表合成器,（4）有無內(nèi)置混音芯片、功放及3D聲音效果卡中有內(nèi)置混音芯片可完成對各種聲音進行混合與音量調(diào)節(jié)，具有功率放大器才可以在無源音箱中放音。具有3D聲音效果的聲音卡更能表現(xiàn)真實的聲音效果。,（5）配備的軟件聲音卡若要發(fā)揮其功能，隨卡配備的應用軟件是非常重要的。一塊聲音卡功能再強，如果缺乏相應的軟件，很難發(fā)揮其特長。聲音卡一般都有隨卡軟件，這些軟件至少包括錄音和編輯程序包，MIDI播放軟件、調(diào)音臺

31、(混音器)等。高檔聲音卡還應配有特殊效果播放器、文字閱讀和語言識別等軟件。購買時，將聲音卡和隨卡軟件在微機上進行實際測試。（6）有無數(shù)字信號處理器功能聲音卡提供數(shù)字信號處理器功能用來處理聲音合成、特殊效果和音頻文件的壓縮與解壓縮。這樣數(shù)字信號處理器（DSP）就可以代替CPU的工作，使復雜的音頻功能得以執(zhí)行。如果聲音卡沒有提供DSP功能，那么，就要由CPU來執(zhí)行這些音頻處理功能，則系統(tǒng)性能將直線下降；。,AC-97標準簡介：全稱Aud

32、io Codec，是INTEL和微軟這電腦界兩大強手聯(lián)合制訂的針對聲卡的規(guī)范，要求聲卡上的數(shù)、模（D/A與A/D）轉換部分、混音部分和數(shù)字音效芯片分離，由單獨的芯片完成以達到良好的信噪比，此芯片的正式名稱是CODEC，（coder - decoder），編碼/解碼器。按照規(guī)定，聲卡的SNR值必須≥80dB，F(xiàn)R在±3dB之間， THD + N值至少要高于－60dB才算合格。SNR：（signal to noise rati

33、o）信噪比，也就是聲卡抑制噪音的能力，單位是分貝（dB，decibei）；聲卡處理的是我們有用的音頻信號，而噪音是不希望出現(xiàn)的音頻信號，如背景的靜電噪音，工作時電流的噪音等等，應該盡可能的減少這些噪音的產(chǎn)生，在正常工作狀態(tài)，沒有出現(xiàn)飽失真和與截止的情況下，有用信號的功率和噪音信號功率的比值就是SNR，SNR的值越高說明聲卡的濾波性能越好，聲音聽起來也就越清澈。,FR：（frequency response）頻率響應，是對聲卡D/A與A/

34、D轉換器頻率響應能力的評價。人耳的聽覺范圍是在20Hz到20KHz之間，聲卡就應該對這個范圍內(nèi)的音頻信號響應良好，最大限度的重現(xiàn)播放的聲音信號。 THD + N：（total harmonic distortion + noise）總諧波失真，指的是聲卡的保真度，也就是聲卡的輸入信號和輸出信號的波形吻合程度，完全吻合當然就是不失真，100%的重現(xiàn)了聲音（理想狀態(tài)）；但實際上輸入的信號經(jīng)過了D/A（數(shù)、模轉換）和非線性放大器之后

35、，就會出現(xiàn)不同程度的失真，這主要是產(chǎn)生了諧波；THD + N就是代表失真的程度，并且把噪音計算在內(nèi)，單位也是分貝，數(shù)值越低就說明聲卡的失真越小，性能也就越高。,2.4 多媒體視頻,凡是通過視覺傳遞信息的媒體，都屬于視覺媒體。視頻是多媒體的重要組成部分，是人們?nèi)菀捉邮艿男畔⒚襟w。包括靜態(tài)視頻(靜態(tài)圖像)和動態(tài)視頻(電影、動畫)。通常，我們將靜態(tài)視頻稱“圖像”，而用“視頻”專指動態(tài)視頻。,2.4.1 視頻的彩色空間的表示及轉換,

36、2.4.2 模擬視頻標準,2.4.3 數(shù)字視頻,2.4.4 視頻采集卡,返回,2.4.1 視頻的彩色空間的表示及轉換,在多媒體計算機中，常常涉及到幾種不同的色彩空間表示顏色。如計算機顯示時采用RGB彩色空間；彩色印刷時采用CMYK彩色空間；彩色全電視信號數(shù)字化時采用YUV彩色空間；為了便于色彩處理和識別，視覺系統(tǒng)又經(jīng)常采用HSI彩色空間。,1. 色彩的基本概念,2. 色彩空間的表示,3. 色彩空間的轉換,1. 色彩的基

37、本概念,顏色與光的波長有關，不同波長的光呈現(xiàn)不同顏色。顏色具有三個特征：色調(diào)、亮度、飽和度。色調(diào)：表示顏色的種類，如紅、黃、藍等。色彩取決于光的波長，是決定顏色的基本特征。飽和度：是表示顏色的純凈程度，即色彩含有某中單色光的純凈程度。它是按單色光中混入其它色的比例來表示的。亮度：是指色彩所引起的人眼對明暗程度的感覺同一種色調(diào)的亮度會因光源的強弱產(chǎn)生不同的變化，同一色調(diào)如加上不同比例的黑或白色混合后亮度也會發(fā)生變化。

38、,2. 色彩空間的表示,(1). 計算機顯視器RGB彩色空間,(2). 彩色印刷CMYK彩色空間,(3). 彩色電視YUV和YIQ彩色空間,(4). HSI彩色空間,(1). 計算機顯視器RGB彩色空間,RGB 彩色空間又稱加色法系統(tǒng)。RGB 彩色空間采用三種基本顏色，即 RGB(紅，綠，藍)。彩色顯視器的輸入需要RGB三個彩色分量，通過三個分量的不同比例配合，在顯示屏幕上合成所需要的任意顏色，三種顏色均無時顯示黑色。在RG

39、B彩色空間，任意彩色光F，其配色方程可寫成： F=r[R]+g[G]+b[B]其中，r、g、b為三色系數(shù)，r[R]、g[G]、b[B]為F色光的三色分量。任意一種色光，其色度可由相對色系數(shù)中的任意兩個唯一的確定。,(2). 彩色印刷CMYK彩色空間,CMYK彩色空間又稱減色法系統(tǒng)。彩色印刷采用靛藍、品紅、黃色和黑色四種油墨印刷各種顏色，通常把這四種顏色簡稱CMYK。靛藍、品紅、黃色三種顏色混合在一起時應呈黑色。

40、在現(xiàn)實中，把等量的靛藍、品紅、黃色油墨混合在一起產(chǎn)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). 彩色電視YUV和YIQ彩色空間,現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝像機或彩色電荷耦合器件攝像機，把攝得的彩色圖像信號，經(jīng)分色棱鏡分成R0G0B0三個分量的信號，分別經(jīng)放大和校正得到RGB信號，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y、色差信號R-Y和B-Y，最后發(fā)送端將Y、R-Y及B-Y三個信號進行編碼，

41、用同一信道發(fā)送出去。這就是常用的YUV彩色空間。,選擇YIQ彩色空間的好處是，人眼的彩色視覺特性表明，人眼分辨紅、黃之間顏色變化的能力最強，而分辨藍與紫之間顏色變化的能力最弱。在色度矢量圖中，人眼對于處在紅、黃之間，相角為123o的橙色及其相反方向相角為303o的青色，具有最大的彩色分辨力。,(4). HSI彩色空間,在HSI彩色空間中，人們常用H、S、I參數(shù)描述顏色特性，其中H表示色調(diào)，S表示顏色的飽和度，I表示光的強

42、度。HSI彩色空間能夠減少彩色圖像處理的復雜性，而且更接近人對色彩的認識和解釋。,AGP（Accelerated Graphics Port，圖形加速端口），是Intel公司推出的新一代圖形顯示卡專用總線，它將顯示卡同主板芯片組直接相連，進行點對點傳輸，大幅提高了電腦對3D圖形的顯示能力，也將原先占用的大量PCI帶寬資源留給了其它PCI插卡。在AGP插槽上的AGP顯示卡，其視頻信號的傳送速率可以從PCI總線的133MB/s提高533

43、MB/s。AGP的工作頻率為66.6MHz，是現(xiàn)行PCI總線的一倍，最高可以提高到133MHz或更高，傳送速率則會達到1GB/s以上。,2.4.2 模擬視頻標準,目前國際上流行的視頻制式標準分別為NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。美國、日本、中國臺灣等地區(qū)使用NTSC制式。中國及歐洲大多數(shù)地區(qū)使用PAL制式，PAL制式規(guī)定：每秒25幀，每幀水平掃描線為625條水平分辨率為240-400個像素點，采用隔行掃描方

44、式，場頻(垂直掃描頻率)為50Hz，行頻(水平掃描頻率)為15625Hz。法國、俄羅斯、非洲地區(qū)采用SECAM制式。,2.4.3 數(shù)字視頻,視頻數(shù)字化是指以一定的速度對模擬視頻信號進行捕獲、處理生成數(shù)字信息的過程。,1．數(shù)字視頻標準,2．數(shù)字視頻的壓縮,3．數(shù)字視頻的特點,1．數(shù)字視頻標準,模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉換、光柵掃描的轉換以及分辨率的統(tǒng)一。模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復合視頻信號中的亮度和色

45、度分離，得到YUV或YIQ分量，然后用三個模／數(shù)轉換器對三個分量分別進行數(shù)字化，最后再轉換成RGB空間。為了在PAL、NTSC和SECAM電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國家無線電咨詢委員會(CCIR)制定了廣播級質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標準，稱為CCIR 601標準。,(1). 采樣頻率為f s =13.5MHz。這個采樣頻率正好是PAL、SECAM制行頻的864倍，NTSC制行頻的858倍，可以保證采樣時采樣時鐘與行

46、同步信號同步。,(2). 分辨率與幀率見下表,(3). 按照采樣率為13.5MHz、采樣格式4︰2︰2采樣，8位量化，計算出數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量為：13.5(MHz)×8(bit)＋2×6.75(MHz)×8(bit)=27 Mbyte / s,2．數(shù)字視頻的壓縮,視頻信息的原始數(shù)據(jù)存在幀內(nèi)“空間相關”和相鄰幀間“時間相關”，使原始數(shù)據(jù)存在大量的數(shù)據(jù)冗余。另外，人類視覺、聽覺器官具有某些不敏

47、感性，如對色彩亮度敏感而對色調(diào)分辨力弱等因素，以至于可對某些原非冗余的數(shù)據(jù)進行壓縮，從而可大幅度地提高壓縮比。目前視頻壓縮編碼方法有多種，其中最有代表性的是MPEG數(shù)字視頻格式和AVI數(shù)字視頻格式。各種壓縮編碼算法可用軟件、硬件或軟硬件結合的方法來實現(xiàn)。,3．數(shù)字視頻的特點,數(shù)字視頻可以無失真地進行無限次拷貝，而模擬視頻信號每轉錄一次，就會有一次誤差積累，產(chǎn)生信號失真。 模擬視頻長時間存放后視頻質(zhì)量會降低，而

48、數(shù)字視頻便于長時間的存放。 可以對數(shù)字視頻進行非線性編輯，并可增加特技效果等。 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量大，在存儲與傳輸?shù)倪^程中必須進行壓縮編碼。,2.4.4 視頻采集卡,視頻采集卡又稱視頻捕獲卡，是對模擬視頻圖像進行捕捉并轉化為數(shù)字信號的工具。,1. 視頻采集卡的功能,2. 視頻采集卡的工作原理,3. 視頻采集卡的安裝,1. 視頻采集卡的功能,視頻采集卡的主要功能是從動態(tài)視頻中實時或非實時捕獲圖像并存儲。它可以將攝

49、像機、錄像機和其它視頻信號源的模擬視頻信號轉錄到計算機內(nèi)部，也可以用攝像機將現(xiàn)場的圖像實時輸入計算機。視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時同步保存、同步播放。視頻采集卡不但能把視頻圖像以不同的視頻窗口大小顯示在計算機的顯示器上，而且還能提供許多特殊效果，如凍結、淡出、旋轉、鏡像等。,2. 視頻采集卡的工作原理,視頻采集卡的結構如下圖所示。,視頻轉換卡基本原理視頻轉換卡可將視頻圖像

50、（PAL制式或NTSC制式）的模擬信號經(jīng)過A／D(模／數(shù))轉換成數(shù)字化的混合視頻信號，再經(jīng)過解碼變成色亮度（Y）和藍、紅色差信號（UV），最后通過顏色空間變換，將YUA信號轉換成RGB（紅綠藍）數(shù)字信號，而RGB數(shù)字信號經(jīng)過視頻轉換卡的一系列操作處理（如縮放裁減等）后，存放在幀緩存中（FrameBuffer）。RGB數(shù)字信號可經(jīng)過VGA顯示卡的D／A（數(shù)／模）轉換成模擬信號顯示在屏幕上。,3. 視頻采集卡的安裝,(1). 硬件安裝步驟

51、1 關閉計算機及所有外圍設備的電源，并 拔去電源插頭。步驟2 觸摸計算機金屬外殼并使自己接地，從 而放掉身上的靜電。步驟3 打開主機箱。步驟4 將視頻采集卡插入到主板上16位插槽內(nèi) 再用螺釘把視頻采集卡緊固在機箱上。步驟5 將機箱重新安裝好。步驟6 視頻采集卡與視頻信號源的連接如下頁 圖所示。,(2). 軟件安裝視頻卡在硬件安裝完成之后，開機Windows 98就會自動地顯示找到一個新

52、設備，支持即插即用的采集卡可使用安裝向?qū)О惭b驅(qū)動程序。驅(qū)動程序安裝完畢后再安裝視頻捕捉應用軟件。,數(shù)字化的多媒體信息量非常大，要占用巨大的存儲空間，光存儲技術的發(fā)展為存儲多媒體信息提供了保證。光盤存儲器具有存儲容量大、工作穩(wěn)定、密度高、壽命長、介質(zhì)可換、便于攜帶、價格低廉等優(yōu)點，已成為多媒體信息存儲普遍使用的載體。,2.5 多媒體光存儲器,2.5.1 光存儲技術概述,2.5.2 CD-ROM光盤系統(tǒng),返回,2.5.

53、1 光存儲技術概述,*光存儲技術是通過激光在記錄介質(zhì)上進行讀寫數(shù)據(jù)的存儲技術。其基本原理是：改變一個存儲單元的某種性質(zhì)(如反射率、反射光極化方向等)，使其性質(zhì)的變化反映被存儲的二進制數(shù)0、1。在讀取數(shù)據(jù)時，光電檢測器檢測出光強和光極性的變化，從而讀出存儲在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)。,1．系統(tǒng)的組成,2．系統(tǒng)的技術指標,3．光盤系統(tǒng)的分類,1．系統(tǒng)的組成,光盤系統(tǒng)由光盤驅(qū)動器和光盤盤片組成。光學存儲的基本特點是用激光引導測距系統(tǒng)的精

54、密光學結構取代硬盤驅(qū)動器的精密機械結構。光盤驅(qū)動器的讀寫頭是用半導體激光器和光路系統(tǒng)組成的光學頭，光盤盤片采用磁光材料。驅(qū)動器采用一系列透鏡和反射鏡，將微細的激光束引導至一個旋轉光盤上的微小區(qū)域。,2．系統(tǒng)的技術指標,衡量一個光盤系統(tǒng)特性的主要技術指標包括存儲容量、平均存取時間、數(shù)據(jù)傳輸率、接口標準等。,(1). 存儲容量存儲容量是指能存儲在光盤中的信息容量。目前光盤常用的容量為650MB。,(2). 數(shù)據(jù)傳輸率

55、數(shù)據(jù)傳輸率一般是指單位時間內(nèi)光盤驅(qū)動器讀取出的數(shù)據(jù)量。該數(shù)值與光盤轉速和存儲密度有關。對于CD-ROM，其數(shù)據(jù)傳輸率已從初期的150KB／s提高到3600B／s。,(3). 平均存取時間平均存取時間是指從計算機向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令開始，到光盤驅(qū)動器在光盤上找到需讀／寫的信息的位置并接受讀／寫命令為止的一段時間。光學頭沿半徑移動全程1／3長度所需的時間為平均尋道時間。盤片旋轉半周的時間為平均等待時間。把平均尋道時間、平

56、均等待時間和讀／寫光學頭穩(wěn)定時間相加，就得到平均存取時間。,(4). 接口標準目前常用的光盤驅(qū)動器接口標準有SCSI和IDE兩種。SCSI接口型數(shù)據(jù)傳輸快，需配備相應的SCSI控制卡；IDE接口的光驅(qū)使用方便價格便宜。,3．光盤系統(tǒng)的分類,按照光盤系統(tǒng)的讀寫能力，常用的光存儲器件可分為三類：只讀型、一次寫入型、可重寫型。(1). 只讀型(CD-ROM)CD-ROM光盤的內(nèi)容是在制作光盤時寫入的，用戶可任意多次從C

57、D-ROM讀取信息，而不能往盤上寫信息。(2). 一次寫光盤系統(tǒng)(CD-WORM)一次寫多次讀光盤系統(tǒng)中的光盤，用戶可對其做一次寫入內(nèi)容，以后成為只讀光盤。(3). 可重寫型(Rewriteable或Erasable)可重寫型光盤像磁盤一樣具有可擦寫性。它又分磁光型(MO)和相變型(PC)兩種形式。,2.5.2 CD-ROM光盤系統(tǒng),CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)系統(tǒng)包括

58、CD-ROM驅(qū)動器和CD-ROM盤片兩部分。其中CD-ROM盤片是多媒體信息的載體；CD-ROM驅(qū)動器通過連線與計算機相連，主要任務是完成對CD-ROM盤片上的數(shù)據(jù)讀取。,1．CD-ROM盤的結構和讀寫原理,2．CD-ROM盤的規(guī)格,3．CD-ROM驅(qū)動器的安裝與使用,4．光盤的保養(yǎng),1．CD-ROM盤的結構和讀寫原理,CD-ROM盤片是用塑料壓制成的圓盤，盤片的直徑為120mm，中心定位孔為15mm，厚度為1.2mm。CD-

59、ROM盤片用單面存儲數(shù)據(jù)，另一面用來印刷商標。CD-ROM盤片的最上層是涂了漆的保護層，該層上印有商標。第二層是鋁反射層，當驅(qū)動器讀光盤時用來反射激光光束。第三層是用聚碳酸脂壓制的透明襯底，同時壓制出的預刻槽用來對光道徑向定位，信息通常存儲在光道上。,CD-ROM光盤的信息是沿著盤面由內(nèi)向外螺旋形信息軌道(光道)的一系列凹坑的形式存儲的。光道上不論內(nèi)圈還是外圈，各處的存儲密度是一樣的。光道的間距為1.6μm，光道寬度

60、為0.6μm，光道上凹坑深約為0.12μm。在CD-ROM盤片上記錄信息時，使用功率較強的激光光源，將其聚集成1μm的光，照射到介質(zhì)表面上，并用輸入數(shù)據(jù)來調(diào)制光的強弱。激光束會使介質(zhì)表面的微小區(qū)域溫度升高，從而產(chǎn)生微小的凹坑，于是改變了表面的反射性質(zhì)，該過程叫做燒蝕。,在讀光盤時，CD-ROM驅(qū)動器的激光器發(fā)出的激光束經(jīng)透鏡整形和聚焦后照在螺旋磁道上，對光道進行掃描。由于從凹坑和非凹坑反射回來的激光強度不同，在邊沿

61、發(fā)生突變，通過CD-ROM的光電檢測器檢測出來，從而讀出“0”、“1”信號，再現(xiàn)原來燒蝕在光道上的信息。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”。,2．CD-ROM盤的規(guī)格,根據(jù)光盤的信息存儲標準，CD-ROM盤的規(guī)格和用途如下。(1). CD-DACD-DA(CD-Digital Audio)，是數(shù)字激光唱盤，用來存儲音樂歌曲等。它的信息存放標準是根據(jù)國際標準

62、化組織(1SO)紅皮書(RedBook)定義的。(2). CD-ROMCD-ROM信息存放標準是根據(jù)1988年IS09660黃皮書(Yellow Book)定義的。主要用于作為計算機的輔助存儲器。,(3). CD-ICD-I(CD-Interactive)在CD-ROM規(guī)格的基礎上補充了音頻、視頻和計算機程序方面的規(guī)定。CD-I光盤可在CD-I交互式光盤系統(tǒng)中播放。(4). CD-ROM/XA(Extended A

63、rchitecture)CD-ROM/XA擴充了對數(shù)字音頻信號的編碼。它是CD-ROM和CD-I之間的“橋梁”型產(chǎn)品，實現(xiàn)了將聲音、視像和文字等資料同時存放在光盤片的同一軌上。(5). CD-VCD-V(CD-Video)，常稱為VCD，用來記錄數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。VCD采用CD-ROM/XA格式和MPEG-1標準保存視頻和音頻信息。,3．CD-ROM驅(qū)動器的安裝與使用,CD-ROM驅(qū)動器根據(jù)安裝方式分，有內(nèi)置式和外置式

64、兩種；按與計算機的接口方式分，主要有IDE接口和SCSI接口；按數(shù)據(jù)傳輸率分，分為單速、倍速、4速、8速、24速、48速度等。,1). CD-ROM驅(qū)動器前面板的功能介紹CD-ROM驅(qū)動器前面板如下頁圖所示。,(1). CD-ROM驅(qū)動器的分類,(2). CD-ROM驅(qū)動器面板的功能介紹,①打開/關閉/停止按鈕用來打開/關閉CD-ROM驅(qū)動器的托盤，②托盤是為放光盤設計的。③讀盤忙標志指示燈亮時，表示驅(qū)動器正在讀盤。④通過

65、耳機插口插入耳機可以直接收聽CD唱盤的音頻信息。⑤耳機音量旋鈕可以調(diào)節(jié)耳機的音量大小。⑥播放選擇按鈕用來對CD唱盤的播放和節(jié)目選擇進行控制。,2.6 多媒體輸入輸出設備,多媒體信息輸入計算機以及從計算機輸出到外部需要一些專門的設備，如照片可使用掃描儀數(shù)字化并輸入到計算機，攝像機、錄像機的視頻信號也可數(shù)字化存儲到計算機中，以及圖像信息可通過打印機輸出，開發(fā)的多媒體應用系統(tǒng)需要使用刻錄機將軟件制作成光盤進行傳播等。,2.6

66、.1 掃描儀,2.6 2 數(shù)碼照相機,2.6.3 彩色打印機,2.6.4 CD-R和CD-R刻錄機,返回,2.6.1 掃描儀,掃描儀是一種圖像輸入設備，利用光電轉換原理，通過掃描儀光電管的移動或原稿的移動，把黑白或彩色的原稿信息數(shù)字化后輸入到計算機中，它還用于文字識別、圖像識別等新的領域。,1．掃描儀的結構、原理,2．掃描儀的類型與性能,3．掃描儀的技術指標,4．掃描儀的選擇,5．掃描儀的安裝和使用,1．掃描儀的結構、原

67、理,(1). 結構掃描儀由CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件陣列)、光源及聚焦透鏡組成。CCD排成一行或一個陣列，陣列中的每個器件都能把光信號變?yōu)殡娦盘?。光敏器件所產(chǎn)生的電量與所接收的光量成正比。,(2). 信息數(shù)字化原理以平面式掃描儀為例，把原件面朝下放在掃描儀的玻璃臺上，掃描儀內(nèi)發(fā)出光照射原件，反射光線經(jīng)一組平面鏡和透鏡導向后，照射到CCD的光敏器件上。來自CCD的電量送到模數(shù)轉換

68、器中，將電壓轉換成代表每個像素色調(diào)或顏色的數(shù)字值。步進電機驅(qū)動掃描頭沿平臺作微增量運動,每移動一步，即獲得一行像素值。掃描彩色圖像時分別用紅、綠、藍濾色鏡捕捉各自的灰度圖像，然后把它們組合成RGB圖像。有些掃描儀為了獲得彩色圖像，掃描頭要分三遍掃描。另一些掃描儀中，通過旋轉光源前的各種濾色鏡使得掃描頭只需掃描一遍。,2．掃描儀的類型與性能,(1). 按掃描方式分類按掃描方式掃描儀分為四種：手動式、平板式、膠片式

69、和滾筒式。(2). 按掃描幅面分類幅面表示可掃描原稿的最大尺寸，最常見的為A4和A3幅面的臺式掃描儀，此外，還有A0大幅面掃描儀。(3). 按接口標準分類掃描儀按接口標準分為三種：SCSI接口、EPP增強型并行接口、USB通用串行總線接口。,(4). 按反射式或透射式分類反射式掃描儀用于掃描不透明的原稿，它利用光源照在原稿上的反射光來獲取圖形信息；透射式掃描儀用于掃描透明膠片，如膠卷、X光片等。(5). 按