《多媒体技术与应用(第二版)》电子教案 Mm 2

1、第2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。 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、数字视频基本知识、视频采集卡的安装与使用。 掌握CD-ROM系统的组成、使用和 CD-R光盘刻录技术。 了解扫描仪的工作原理，学会选购与安装使用扫描仪。 了解数字照相机的结构、工作原理与技术参数。 了解触摸屏的结构、工作原理。,目录,2.1 多媒体计算机系统的组成结构,2.2 多媒体音频,2.3 多媒体视频,2.4 多媒体光存储器,2.5 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。,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

2、作系统,2.1.4 多媒体数据处理软件,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。,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。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

3、。 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 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）MI

4、DI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

5、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，

6、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。,2.2 多媒体音频,音频是多媒体技术的重要特征之一，是携 带信息的重要媒体。在计算机多媒体技术中，音 频的种类主要有波形音频、MIDI音频和CD唱盘音

7、频。,2.2.1 波形音频,2.2.2 MIDI音频,2.2.3 CD-DA唱盘,2.2.4 声卡,返回,2.2.1 波形音频,1声音的基本特征,2数字音频,1声音的基本特征,声音是由空气中分子的振动而产生的。自 然界的声音是一个随时间而变化的连续信号，可 近似地看成是一种周期性的函数。通常用模拟的 连续波形描述声波的形状，单一频率的声波可用 一条正弦波表示，如下图所示。,振幅,周期,基线,基线是测量模拟信号的基准点。声波的振 幅表示声音信号的强弱程度。声波的频率反映出 声音的音调，声音细尖表示频率高，声音粗低表 示频率低。 振幅和频率不变的声音信号，称为单音。 单音一般只能由专用电子设备产生。在日常生活 中，我们听到的自然界的声音一般都属于复音， 其声音信号由不同的振幅与频率合成而得到。复 音中的最低频率称为复音的基频（基音），是决 定声调的基本要素，它通常是个常数。复音中还 存在一些其它频率，是复音中的次要成分，通常 称为谐音。基频和谐音合成复音，决定了特定的 声音音质和音色。,2数字音频,声波是随时间而连续变化的物理量，通过 能量转换装置，可用随声波变化而改变的电压 或电流信号来

8、模拟。以模拟电压的幅度来表示 声音的强弱。 为使计算机能处理音频，必须对声音信号 数字化。,(1). 采样和量化,(2). 影响数字音频质量的技术参数,(3). 数字音频文件的存储量,(4). 数字音频信号的编码,(1). 采样和量化,(c) 采样信号的量化,(a) 模拟音频信号,(b) 音频信号的采样,数字化音频的过程如下图所示。,模拟声音在时间上是连续的，或称连续时 间函数x(t)。用计算机处理这些信号时，必须 先对连续信号采样，即按一定的时间间隔(T)在 模拟声波上截取一个振幅值(通常为反映某一瞬 间声波幅度的电压值)，得到离散信号x(nT) (n为整数)。T称采样周期，1/T称为采样频率。 为了把采样得到的离散序列信号x(nT)存 入计算机，必须将采样值量化成有限个幅度值 的集合x(nT)，采样值用二进制数字表示的过程 称为量化编码。,(2). 影响数字音频质量的技术参数,对模拟音频信号进行采样量化编码后，得 到数字音频。数字音频的质量取决于采样频率、 量化位数和声道数三个因素。,1). 采样频率 采样频率是指一秒钟时间内采样的次数。 在计算机多媒体音频处理中，采样频率通常采

9、用三种：11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音 乐效果)、44.1KHz(高保真效果)。常见的CD唱 盘的采样频率即为44.1KHz。,2). 量化位数 量化位数也称“量化精度”，是描述每个采样 点样值的二进制位数。例如，8位量化位数表示每 个采样值可以用28即256个不同的量化值之一来表 示，而16位量化位数表示每个采样值可以用216即 65536个不同的量化值之一来表示。常用的量化位 数为8位、12位、16位。,3). 声道数 声音通道的个数称为声道数，是指一次采 样所记录产生的声音波形个数。记录声音时，如 果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生 成两个声波数据，称为双声道（立体声）。随着 声道数的增加，所占用的存储容量也成倍增加。,(3). 数字音频文件的存储量,以字节为单位，模拟波形声音被数字化后 音频文件的存储量(假定未经压缩)为： 存储量=采样频率量化位数/8声道数时间 例如，用44.1KHz的采样频率进行采样，量 化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其 波形文件所需的存储量为： 4410016821=176400(字节),(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,数字波形文件数据量大，数字音频的编码 必须采用高效的数据压缩编码技术。音频信号 能够被压缩编码的依据有两个，一是声音信号 存在着数据冗余；二是利用人的听觉特性来降 低编码率，人的听觉具有一个强音能抑制一个 同时存在的弱音现象，这样就可以抑制与信号 同时存在的量化噪声；另外人耳对低频端比较 敏感，而对高频端不太敏感，由此引出了“子带 编码技术”。 音频信号的压缩编码方式可分为波形编码 参数编码和混合编码三种。,1). 波形编码 波形编码的算法简单，易于实现，可获得 高质量的语音。常见的三种波形编码方法为： 脉冲编码调制(PCM)，实际为直接对声音信号作 AD转换。只要

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