第八章多媒体技术基础 计算机技术、通信技术、大众传播技术的不断发展与融合,推动了多媒体技术的迅速发 展和应用的日益广泛。多媒体技术使计算机具有综合处理文字、声音、图像、视频等信息的 能力,其直观、简便的人机界面大大改善了计算机的操作方式,丰富了计算机的应用领域。 多媒体技术的应用不仅渗透到了社会的各个领域,改变了人类获取、处理、使用信息的方式 还贴近大众生活,引领着社会时尚。本章将介绍多媒体技术的基本概念、多媒体设备、数字 多媒体处理技术等内容 81多媒体技术概述 “媒体”有多重含义,既可以看作存储信息的实体,又可当作表示信息的载体。 811媒体的分类 国际电信联盟将媒体分作五类,即感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体、传输媒 体 1.感觉媒体。是指直接作用于人的感官而产生感觉的一类媒体。如视觉媒体,表现为文 字、符号、图形、图像、动画、视频等形式:听觉媒体,表现为语音、声响、音乐:触觉媒 体,表现为湿度、温度、压力、运动等:还有嗅觉媒体、味觉媒体。由视觉、听觉获取的信 息,占据了人类信息来源的90%。目前对视觉、听觉媒体的研究与实现,技术相对完整和成 熟,而对触觉等其他感觉媒体的硏究与应用仍在不断探索中。 2.表示媒体。是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地研究、构造岀来的一种媒体, 表现为各种编码方式,如文本编码、语音编码、视频编码、条形码、图像编码等。 3.显示媒体。是用于输入和输出的媒体,它实现感觉媒体和用于通信的电信号之间的转 换。如键盘、话筒、扫描仪、摄像机、数码照相机等输入设备和显示器、音箱、打卬机等输 出设备都属于显示媒体, 4.存储媒体。用于存放信息,以便计算机随时调用和处理信息。硬盘和光盘是最典型的 存储媒体。 传输媒体。用来将信息从一个地方传送到另一个地方,主要指通信设施 多媒体技术中的媒体主要指的是信息的表现形式,如文字、图形、图像、动画、声音、 视频等。利用计算机技术将多种媒体信息集成在一起,形成一个具有交互能力和信息处理能 力的系统的技术统称为多媒体技术。多媒体技术是多种学科交融的产物,是基于计算机技术 的多种技术的融合,其中关系最密切的是电子技术、计算机技术、通信技术、大众传播技术 8.12多媒体技术的特点 多媒体技术是一门跨学科的综合技术,具有媒体多样性、集成性、交互性、实时性等多 种显著的特点
1 第八章 多媒体技术基础 计算机技术、通信技术、大众传播技术的不断发展与融合，推动了多媒体技术的迅速发 展和应用的日益广泛。多媒体技术使计算机具有综合处理文字、声音、图像、视频等信息的 能力，其直观、简便的人机界面大大改善了计算机的操作方式，丰富了计算机的应用领域。 多媒体技术的应用不仅渗透到了社会的各个领域，改变了人类获取、处理、使用信息的方式， 还贴近大众生活，引领着社会时尚。本章将介绍多媒体技术的基本概念、多媒体设备、数字 多媒体处理技术等内容。 8.1 多媒体技术概述 “媒体”有多重含义，既可以看作存储信息的实体，又可当作表示信息的载体。 8.1.1 媒体的分类 国际电信联盟将媒体分作五类，即感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体、传输媒 体。 1．感觉媒体。是指直接作用于人的感官而产生感觉的一类媒体。如视觉媒体，表现为文 字、符号、图形、图像、动画、视频等形式；听觉媒体，表现为语音、声响、音乐；触觉媒 体，表现为湿度、温度、压力、运动等；还有嗅觉媒体、味觉媒体。由视觉、听觉获取的信 息，占据了人类信息来源的 90%。目前对视觉、听觉媒体的研究与实现，技术相对完整和成 熟，而对触觉等其他感觉媒体的研究与应用仍在不断探索中。 2．表示媒体。是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地研究、构造出来的一种媒体， 表现为各种编码方式，如文本编码、语音编码、视频编码、条形码、图像编码等。 3．显示媒体。是用于输入和输出的媒体，它实现感觉媒体和用于通信的电信号之间的转 换。如键盘、话筒、扫描仪、摄像机、数码照相机等输入设备和显示器、音箱、打印机等输 出设备都属于显示媒体。 4．存储媒体。用于存放信息，以便计算机随时调用和处理信息。硬盘和光盘是最典型的 存储媒体。 5．传输媒体。用来将信息从一个地方传送到另一个地方，主要指通信设施。 多媒体技术中的媒体主要指的是信息的表现形式，如文字、图形、图像、动画、声音、 视频等。利用计算机技术将多种媒体信息集成在一起，形成一个具有交互能力和信息处理能 力的系统的技术统称为多媒体技术。多媒体技术是多种学科交融的产物，是基于计算机技术 的多种技术的融合，其中关系最密切的是电子技术、计算机技术、通信技术、大众传播技术。 8.1.2 多媒体技术的特点 多媒体技术是一门跨学科的综合技术，具有媒体多样性、集成性、交互性、实时性等多 种显著的特点
1.集成性 多媒体技术的集成性体现在多媒体应用系统的硬件集成、软件集成、信息媒体集成等各 个方面。首先,多媒体系统是以计算机为中心的信息处理系统,需要将计算机硬件、通信设 备、各种媒体的输入输出设备以及有关的智能控制设备集成在一起,形成一个有机的系统硬 件平台:其次,由于媒体的多样性,需要有与之相应的多媒体操作系统、应用软件、开发工 具等相互协作,必须将多种软件进行组合、协调,集成到应用系统中;另外,就多媒体信息 的内容而言,各中媒体元素之间存在一定的逻辑联系,需要精心安排和组织,实际上是信息 内容的集成 2.交互性 早期,以广播、电影、电视为主的大众传播技术能将多种媒体信息快速地传播。这种单 向的信息传播途径使人们只能被动地接受信息,很难做到自主地控制和干预信息的获取和处 理过程。交互性不仅增强了人们有效地控制和管理多媒体信息的能力,同时也增加了人们对 信息的注意力和理解力,延长信息保留时间。人机交互不仅能提高人对信息表现形式的选择 和控制能力,同时也能提高信息表现形式与人的逻辑和创造能力结合的程度。借助交互活动, 用户可参与信息的组织过程,甚至可控制信息的传播过程,从而可使用户学习、研究感兴趣 的内容,并获得新的感受 3.实时性 声音、图像、动画等媒体往往与时间密切相关。比如视频和动画都存在画面内容与音频 的同步要求,实况转播中画面的连续、清晰与及时性等都是媒体信息实时性的体现。这就决 定了多媒体计算机技术必须具备严格的时序要求和很高的速度要求。在网络环境下的多媒体 应用需要对系统结构、媒体同步、多媒体操作系统和应用服务提出更高的实时性要求,当用 户给出操作命令时,相应的多媒体信息都能够得到实时控制。 813多媒体技术研究的主要内容 多媒体技术的硏究内容不仅包括多媒体硬件设备,还包括软件技术、数据编码解码技术 应用系统开发工具以及集成技术。主要内容可概括为以下几个方面 1.多媒体数据压缩和解压缩技术 声音、图像、视频等媒体数据量巨大。一幅分辨率为640×480的24位真彩色图像约占 0.9MB的空间。如果在PAL制式下(25帧/秒)同样分辨率的动态视频,数据量将达到22.5MB 秒。该视频1秒钟的数据若用电话线的标准速率(240bps)传输,需要花费约为21小时 视频与音频信号不仅数据量大,而且还有时间同步的要求。在通信网络上,最常用的电话网 的传输速率只有1200~9600bps,这种通信带宽根本无法满足非压缩的动态视频音频在线播 放的要求。尽管目前推出的快速网和宽带网传输速率已大大提高,但相对于多媒体数据通信 的需要,仅靠增加存储空间和改变通信带宽是无法解决问题的。不断研究出优秀的压缩解压 算法,对数据进行有效的压缩,一直是多媒体技术中必须要解决的关键技术 多媒体信息的存储技术 经过压缩处理后的多媒体信息,仍需占用相当大的存储空间。从目前的技术来看,选用 大容量的硬盘虽然能解决多媒体的存储问题,但硬盘容量有限且价格较高,还不便于交流多 媒体软件产品。只读光盘(CD-ROM)由于其容量大(650MB)、价格低、数据保存寿命长而成
2 1．集成性 多媒体技术的集成性体现在多媒体应用系统的硬件集成、软件集成、信息媒体集成等各 个方面。首先，多媒体系统是以计算机为中心的信息处理系统，需要将计算机硬件、通信设 备、各种媒体的输入输出设备以及有关的智能控制设备集成在一起，形成一个有机的系统硬 件平台；其次，由于媒体的多样性，需要有与之相应的多媒体操作系统、应用软件、开发工 具等相互协作，必须将多种软件进行组合、协调，集成到应用系统中；另外，就多媒体信息 的内容而言，各中媒体元素之间存在一定的逻辑联系，需要精心安排和组织，实际上是信息 内容的集成。 2．交互性 早期，以广播、电影、电视为主的大众传播技术能将多种媒体信息快速地传播。这种单 向的信息传播途径使人们只能被动地接受信息，很难做到自主地控制和干预信息的获取和处 理过程。交互性不仅增强了人们有效地控制和管理多媒体信息的能力，同时也增加了人们对 信息的注意力和理解力，延长信息保留时间。人机交互不仅能提高人对信息表现形式的选择 和控制能力，同时也能提高信息表现形式与人的逻辑和创造能力结合的程度。借助交互活动， 用户可参与信息的组织过程，甚至可控制信息的传播过程，从而可使用户学习、研究感兴趣 的内容，并获得新的感受。 3．实时性 声音、图像、动画等媒体往往与时间密切相关。比如视频和动画都存在画面内容与音频 的同步要求，实况转播中画面的连续、清晰与及时性等都是媒体信息实时性的体现。这就决 定了多媒体计算机技术必须具备严格的时序要求和很高的速度要求。在网络环境下的多媒体 应用需要对系统结构、媒体同步、多媒体操作系统和应用服务提出更高的实时性要求，当用 户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。 8.1.3 多媒体技术研究的主要内容 多媒体技术的研究内容不仅包括多媒体硬件设备，还包括软件技术、数据编码解码技术、 应用系统开发工具以及集成技术。主要内容可概括为以下几个方面： 1．多媒体数据压缩和解压缩技术 声音、图像、视频等媒体数据量巨大。一幅分辨率为 640×480 的 24 位真彩色图像约占 0.9MB 的空间。如果在 PAL 制式下（25 帧/秒）同样分辨率的动态视频，数据量将达到 22.5MB/ 秒。该视频 1 秒钟的数据若用电话线的标准速率（2400bps）传输，需要花费约为 21 小时。 视频与音频信号不仅数据量大，而且还有时间同步的要求。在通信网络上，最常用的电话网 的传输速率只有 1200～9600bps，这种通信带宽根本无法满足非压缩的动态视频音频在线播 放的要求。尽管目前推出的快速网和宽带网传输速率已大大提高，但相对于多媒体数据通信 的需要，仅靠增加存储空间和改变通信带宽是无法解决问题的。不断研究出优秀的压缩解压 算法，对数据进行有效的压缩，一直是多媒体技术中必须要解决的关键技术。 2．多媒体信息的存储技术 经过压缩处理后的多媒体信息，仍需占用相当大的存储空间。从目前的技术来看，选用 大容量的硬盘虽然能解决多媒体的存储问题，但硬盘容量有限且价格较高，还不便于交流多 媒体软件产品。只读光盘（CD-ROM）由于其容量大（650MB）、价格低、数据保存寿命长而成
为多媒体产品发布的主要存储体。DⅦD光盘具有更大的存储容量,单个盘片上单层存储的数 据量已扩展到4.7GB,采用多层技术其容量能扩展到17GB。目前,三星公司的“蓝光盘”(尺 寸与CD一样)存储容量己达到27GB,而超级光盘、全息光盘、多层存储技术的研发,将 使存储容量不断增大。DVD光驱和刻录机价格越来越低,DVD光驱已成为PC机的标准配置 使用刻录机刻录光盘保存多媒体数据,能够解决多媒体数据的扩展问题,但用DVD保存 高清晰度电视影片,存储容量的矛盾又凸现出来,相对于快速膨胀的多媒体信息存储与交换 的要求,目前的存储设备总是显得力不从心。因此,世界许多著名的公司都在研发新的存储 技术,使硬盘、光盘的体积更小、容量更大、速度更快、功耗更低,以满足多媒体信息存储 和发布的需要 此外,数据存储管理技术也是多媒体技术研究的重要内容,如磁盘阵列、分布式存储管 理等的硏究和发展,能为多媒体数据的安全、稳定提供保障,并实现真正意义上的海量存储。 3.媒体输入输出技术 媒体输入输岀技术包括媒体变换技术、识别技术、理解技术和综合技术。媒体变换技术 是指改变媒体的表现形式,如视频卡、声卡等都属于变换设备。媒体识别技术是对信息进行 对一的映射。例如,语音识别是将语音映射为文本字符,而触摸屏是根据触摸屏上的位置 来识别其操作要求。媒体理解技术是对信息作进一步的分析处理,以理解信息内涵。如自然 语言理解、图像理解、模式识别等。媒体综合技术是把低维信息表示映射成高维的模式空间 的过程。例如,语音合成器就可以把语音的内部表示综合为声音输出。媒体的变换技术和识 别技术相对成熟,应用较为广泛。而媒体理解和综合技术目前还不成熟,只用在某些特定的 场合。多媒体技术的发展需要不断推出新颖、便捷、直观的输入输出设备和智能识别与理解 技术,使计算机操作更加人性化 4.多媒体通信技术 无论哪一种网络下的多媒体应用系统,都需要有高传输速率、髙稳定性和可靠性的多媒 体通信网络提供支持。巨大数据量的多媒体系统要满足实时性要求,对网络带宽够成了巨大 的压力:数据的突发性,网络数据流量的控制失当,节点或线路的故障等都容易造成网络拥 塞甚至瘫痪,使多媒体应用系统失控。随着视频会议、视频点播、多媒体电子邮件、远程教 学、远程医疗等网络多媒体应用不断増加和普及,多媒体通信的业务要求将急剧膨胀。需要 不断硏发新的多媒体通信设备和网络通信管理技术,满足网络多媒体应用系统的需要 5.多媒体操作系统和多媒体数据库技术 多媒体操作系统能够象处理文本、图形文件一样方便灵活地处理动态音频和视频;能灵 活方便地控制录像机、音响、MIDⅠ、CD-ROM等多媒体设备,并具备多任务处理、多线程控制 等功能:还提供多媒体应用系统开发的底层接口。如 Windows就提供了对多媒体的支持,它 提供了多媒体开发工具包MDK、底层应用程序接口(API)和媒体控制接口(MCI)。设计者只 需直接用它进行多媒体的开发,不必再关心物理设备的驱动程序。目前用于微机的多媒体操 作系统主要有 Windows系列、0S/2、 Macintosh0S等,开发功能更加强大、操作更加方便的 多媒体操作系统,能为多媒体应用提供更广阔的前景 多媒体数据不规则,没有一致的取值范围和相同的数据量级,也没有相似的属性集,是 种无结构类型。如何组织、处理和查询多媒体数据是多媒体数据库要解决的难题。目前的 多媒体数据组织形式可使用数据库管理和超媒体链接形式实现。将原有的关系数据库扩展成 支持多媒体数据存储和输入输出的系统,能够解决部分多媒体功能要求,但存在的问题仍很
3 为多媒体产品发布的主要存储体。DVD 光盘具有更大的存储容量，单个盘片上单层存储的数 据量已扩展到 4.7GB，采用多层技术其容量能扩展到 17GB。目前，三星公司的“蓝光盘”（尺 寸与 CD 一样）存储容量已达到 27GB，而超级光盘、全息光盘、多层存储技术的研发，将 使存储容量不断增大。DVD 光驱和刻录机价格越来越低，DVD 光驱已成为 PC 机的标准配置。 使用刻录机刻录光盘保存多媒体数据，能够解决多媒体数据的扩展问题，但用 DVD 保存 高清晰度电视影片，存储容量的矛盾又凸现出来，相对于快速膨胀的多媒体信息存储与交换 的要求，目前的存储设备总是显得力不从心。因此，世界许多著名的公司都在研发新的存储 技术，使硬盘、光盘的体积更小、容量更大、速度更快、功耗更低，以满足多媒体信息存储 和发布的需要。 此外，数据存储管理技术也是多媒体技术研究的重要内容，如磁盘阵列、分布式存储管 理等的研究和发展，能为多媒体数据的安全、稳定提供保障，并实现真正意义上的海量存储。 3．媒体输入输出技术 媒体输入输出技术包括媒体变换技术、识别技术、理解技术和综合技术。媒体变换技术 是指改变媒体的表现形式，如视频卡、声卡等都属于变换设备。媒体识别技术是对信息进行 一对一的映射。例如，语音识别是将语音映射为文本字符，而触摸屏是根据触摸屏上的位置 来识别其操作要求。媒体理解技术是对信息作进一步的分析处理，以理解信息内涵。如自然 语言理解、图像理解、模式识别等。媒体综合技术是把低维信息表示映射成高维的模式空间 的过程。例如，语音合成器就可以把语音的内部表示综合为声音输出。媒体的变换技术和识 别技术相对成熟，应用较为广泛。而媒体理解和综合技术目前还不成熟，只用在某些特定的 场合。多媒体技术的发展需要不断推出新颖、便捷、直观的输入输出设备和智能识别与理解 技术，使计算机操作更加人性化。 4．多媒体通信技术 无论哪一种网络下的多媒体应用系统，都需要有高传输速率、高稳定性和可靠性的多媒 体通信网络提供支持。巨大数据量的多媒体系统要满足实时性要求，对网络带宽够成了巨大 的压力；数据的突发性，网络数据流量的控制失当，节点或线路的故障等都容易造成网络拥 塞甚至瘫痪，使多媒体应用系统失控。随着视频会议、视频点播、多媒体电子邮件、远程教 学、远程医疗等网络多媒体应用不断增加和普及，多媒体通信的业务要求将急剧膨胀。需要 不断研发新的多媒体通信设备和网络通信管理技术，满足网络多媒体应用系统的需要。 5．多媒体操作系统和多媒体数据库技术 多媒体操作系统能够象处理文本、图形文件一样方便灵活地处理动态音频和视频；能灵 活方便地控制录像机、音响、MIDI、CD-ROM 等多媒体设备，并具备多任务处理、多线程控制 等功能；还提供多媒体应用系统开发的底层接口。如 Windows 就提供了对多媒体的支持，它 提供了多媒体开发工具包 MDK、底层应用程序接口（API）和媒体控制接口（MCI）。设计者只 需直接用它进行多媒体的开发，不必再关心物理设备的驱动程序。目前用于微机的多媒体操 作系统主要有 Windows 系列、OS/2、Macintosh OS 等，开发功能更加强大、操作更加方便的 多媒体操作系统，能为多媒体应用提供更广阔的前景。 多媒体数据不规则，没有一致的取值范围和相同的数据量级，也没有相似的属性集，是 一种无结构类型。如何组织、处理和查询多媒体数据是多媒体数据库要解决的难题。目前的 多媒体数据组织形式可使用数据库管理和超媒体链接形式实现。将原有的关系数据库扩展成 支持多媒体数据存储和输入输出的系统，能够解决部分多媒体功能要求，但存在的问题仍很
多。需要硏究多媒体数据模型,开发岀较为通用的多媒体数据库系统,方便多媒体数据的存 储和检索 6.多媒体信息检索技术 文本的检索通常采用关键词检索技术实现。但图形、图像、声音、视频等多媒体数据是 非规格化数据,不能按关键词检索,需要采用基于内容的检索技术实现。各类媒体有较大的 差异性,并且与组成媒体信息的相关领域专业知识密切相关,信息特征的提取方法以及匹配 方法的研究要依赖相关领域的专业知识和经验。基于内容的检索技术硏究,不仅是多媒体技 术研究的重要领域,也是当今高新技术研究和发展的热点 814多媒体技术的发展与应用 1.多媒体技术的发展过程 计算机中信息的表示最初只能用二进制的0、1来替代,其目的纯粹是为了计算。这种 0、1的形式使用起来非常不方便,因此便产生了 ASCII码这一类的字符编码。将字符处理过 程引入到计算机中,不仅方便了用户,也使计算机不再局限于计算范围,而进入了事务处理 领域。随后计算机开始处理图形、图像、语音、音乐和影像视频,这个过程就是计算机的多 媒体化过程。以此同时,在大众传播界,从印刷技术开始了电子数字化的过程,逐步发展了 广播、电影、电视录像、有线电视、交互式光盘系统CD-I和高清晰度电视HTV,从另外一个 方面发展了信息的广泛传播技术,且逐渐地开始具有交互能力。在这个过程中,通信网络技 术的发展,一方面不断地扩展了信息传递的范围和质量,另一方面又不断支持和促进了计算 机信息处理和通信、大众信息处理和传播的发展。从信息的角度来看,在上世纪七十年代末 (1978),计算机、通信和大众传播几乎是独立发展的三个领域,八十年代开始有部分重叠, 2000年以来,这三个领域有90%以上的部分已重叠在一起 多媒体系统不仅涉及到计算机的各个应用领域,也涉及到消费类电子产品(如小家电、 电子游戏、手机等)、通信、传播、出版、商业广告及购物、文化娱乐、各种设计等领域或行 业。多媒体在各行业、各领域中的应用又推动了多媒体技术与产品的发展,开创了多媒体技 术发展的新时代。各种计算机应用软件都竞相加入多媒体元素,多媒体节目也渗入到各行各 业中,并进入到人们的家庭生活和娱乐中。多媒体技术的发展历程与三个领域的不断融合密 切相关,多媒体应用的普及也与这三者的社会化、大众化密不可分。如图8-1所示。 2.多媒体技术的应用 多媒体技术的发展为计算机应用开拓了更广阔的领域。如今,随着因特网的普及以及通 信技术的发展,多媒体应用已覆盖了通信、传播、出版、广告、商业、文化娱乐、工程设计、 购物消费等众多领域 (1)教育与培训 以网络多媒体计算机为核心的现代教育技术,改变了传统的教学手段和教学模式,使教 学手段更加直观、形象。多媒体教学系统极大地丰富了教学内容的呈现形式,增强了教学的 直观性:交互式的学习环境具有更大的吸引力,增强了师生互动:为学生的学习营造了很好 的情境,从而提高了学生的学习热情和学习效率。远程教育系统以及网络在线辅助学习打破 了传统的班级教学模式,为实现自主学习、社会化学习、多元化学习提供了必要条件。多媒 体远程教育系统,能使边远地区的学生同样享受到一流学校优秀教师的现场教学,使教学资
4 多。需要研究多媒体数据模型，开发出较为通用的多媒体数据库系统，方便多媒体数据的存 储和检索。 6．多媒体信息检索技术 文本的检索通常采用关键词检索技术实现。但图形、图像、声音、视频等多媒体数据是 非规格化数据，不能按关键词检索，需要采用基于内容的检索技术实现。各类媒体有较大的 差异性，并且与组成媒体信息的相关领域专业知识密切相关，信息特征的提取方法以及匹配 方法的研究要依赖相关领域的专业知识和经验。基于内容的检索技术研究，不仅是多媒体技 术研究的重要领域，也是当今高新技术研究和发展的热点。 8.1.4 多媒体技术的发展与应用 1．多媒体技术的发展过程 计算机中信息的表示最初只能用二进制的 0、1 来替代，其目的纯粹是为了计算。这种 0、1 的形式使用起来非常不方便，因此便产生了 ASCII 码这一类的字符编码。将字符处理过 程引入到计算机中，不仅方便了用户，也使计算机不再局限于计算范围，而进入了事务处理 领域。随后计算机开始处理图形、图像、语音、音乐和影像视频，这个过程就是计算机的多 媒体化过程。以此同时，在大众传播界，从印刷技术开始了电子数字化的过程，逐步发展了 广播、电影、电视录像、有线电视、交互式光盘系统 CD-I 和高清晰度电视 HDTV,从另外一个 方面发展了信息的广泛传播技术，且逐渐地开始具有交互能力。在这个过程中，通信网络技 术的发展，一方面不断地扩展了信息传递的范围和质量，另一方面又不断支持和促进了计算 机信息处理和通信、大众信息处理和传播的发展。从信息的角度来看，在上世纪七十年代末 （1978），计算机、通信和大众传播几乎是独立发展的三个领域，八十年代开始有部分重叠， 2000 年以来，这三个领域有 90%以上的部分已重叠在一起。 多媒体系统不仅涉及到计算机的各个应用领域，也涉及到消费类电子产品（如小家电、 电子游戏、手机等）、通信、传播、出版、商业广告及购物、文化娱乐、各种设计等领域或行 业。多媒体在各行业、各领域中的应用又推动了多媒体技术与产品的发展，开创了多媒体技 术发展的新时代。各种计算机应用软件都竞相加入多媒体元素，多媒体节目也渗入到各行各 业中，并进入到人们的家庭生活和娱乐中。多媒体技术的发展历程与三个领域的不断融合密 切相关，多媒体应用的普及也与这三者的社会化、大众化密不可分。如图 8-1 所示。 2．多媒体技术的应用 多媒体技术的发展为计算机应用开拓了更广阔的领域。如今，随着因特网的普及以及通 信技术的发展，多媒体应用已覆盖了通信、传播、出版、广告、商业、文化娱乐、工程设计、 购物消费等众多领域。 （1）教育与培训 以网络多媒体计算机为核心的现代教育技术，改变了传统的教学手段和教学模式，使教 学手段更加直观、形象。多媒体教学系统极大地丰富了教学内容的呈现形式，增强了教学的 直观性；交互式的学习环境具有更大的吸引力，增强了师生互动；为学生的学习营造了很好 的情境，从而提高了学生的学习热情和学习效率。远程教育系统以及网络在线辅助学习打破 了传统的班级教学模式，为实现自主学习、社会化学习、多元化学习提供了必要条件。多媒 体远程教育系统，能使边远地区的学生同样享受到一流学校优秀教师的现场教学，使教学资
源得到更好的利用和优化。 计算机 大众传播 0 邮政 Text 电报 报纸 中文 电话 图像、图形 计算机网 ISDN 电视 影像视频 B-ISDN 交互式光盘 多媒体信息系统 多媒体化过程 数字化过程 图8-1多媒体技术发展过程 (2)电子出版物 电子出版物以数字方式将文字、图形、图像、声音、视频等信息存储在磁盘或光盘上, 通过光盘发行或网络传播。电子出版物的内容包括电子图书、报刊杂志、资料文档、娱乐游 戏、软件、音乐、数字影视作品等。多媒体电子出版物是计算机多媒体技术与文化、艺术、 教育等多种学科结合的产物,是当今影响最大的信息技术之一,是信息内容产业的重要组成 部分。 (3)多媒体通信 多媒体通信技术把计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性有机地融合在一起, 成为当前信息社会的一个重要标志。目前主要应用于可视电话、视频会议、多媒体信息资源 检索、多媒体邮件及知识传播等领域。网络上流行的语音视频聊天室、网络电影播放、网络 现场直播等都是网络多媒体通信技术的具体应用。 (4)计算机支持的协同工作环境 计算机支持的协同工作环境的英文缩写为CSCW。CSCW是指在基于计算机支持的网络 共享环境中,一个群体协同工作完成某项共同的任务。多媒体技术的应用将使CSCW更加完 善,以更好地实现信息共享,提高工作效率。CSCW在办公自动化、产品设计、商业经营等 行业和领域都有成功的应用 (5)过程模拟 在设备运行、天气预报、航天模拟、军事训练等很多方面,采用多媒体技术模拟其发生 发展过程,使人们能够形象地了解事物发展变化的原理和过程,使复杂、抽象的事物变得简 单生动。多媒体的过程模拟不仅在工业、航天、军事等领域有广泛的应用,在农业、交通
5 源得到更好的利用和优化。 （2）电子出版物 电子出版物以数字方式将文字、图形、图像、声音、视频等信息存储在磁盘或光盘上， 通过光盘发行或网络传播。电子出版物的内容包括电子图书、报刊杂志、资料文档、娱乐游 戏、软件、音乐、数字影视作品等。多媒体电子出版物是计算机多媒体技术与文化、艺术、 教育等多种学科结合的产物，是当今影响最大的信息技术之一，是信息内容产业的重要组成 部分。 （3）多媒体通信 多媒体通信技术把计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性有机地融合在一起， 成为当前信息社会的一个重要标志。目前主要应用于可视电话、视频会议、多媒体信息资源 检索、多媒体邮件及知识传播等领域。网络上流行的语音视频聊天室、网络电影播放、网络 现场直播等都是网络多媒体通信技术的具体应用。 （4）计算机支持的协同工作环境 计算机支持的协同工作环境的英文缩写为 CSCW。CSCW 是指在基于计算机支持的网络 共享环境中，一个群体协同工作完成某项共同的任务。多媒体技术的应用将使 CSCW 更加完 善，以更好地实现信息共享，提高工作效率。CSCW 在办公自动化、产品设计、商业经营等 行业和领域都有成功的应用。 （5）过程模拟 在设备运行、天气预报、航天模拟、军事训练等很多方面，采用多媒体技术模拟其发生、 发展过程，使人们能够形象地了解事物发展变化的原理和过程，使复杂、抽象的事物变得简 单生动。多媒体的过程模拟不仅在工业、航天、军事等领域有广泛的应用，在农业、交通、 图像、图形 MPC CD-I 0，1 邮 政 印 刷 材料 计算机 通 信 大众传播 多媒体信息系统 Text 电 报 报 纸 材料 中 文 电 话 广 播 材料 计算机网 电 影 材料 声 音 ISDN 电 视 材料 影像视频 B-ISDN 交互式光盘 材料 多媒体化过程 数字化过程 图 8-1 多媒体技术发展过程
旅游、商业、影视、生产管理等领域的应用也越来越广泛。 (6)虚拟现实 虚拟现实就是由多媒体计算机系统模拟生成一个逼真的“现实”场景,使人有身临其境 的感觉,并可以直接进行实体操控。虚拟现实是多媒体技术发展的更高境界,具有更高层次 的集成性和交互性,需要通过多种输入输出设备充分调动人类的视觉、听觉、触觉,甚至嗅 觉和味觉的直接参与。可见,虚拟现实需要多学科技术的共同推动,研究难度非常大。虚拟 现实最早的应用是飞行员培训,将虚拟现实技术应用到人员培训和游戏娱乐等领域,将开辟 出一个前景广阔的市场 82计算机中的多媒体设备 多媒体计算机除了基本的计算机配置之外,需要扩充有关声音、图像、视频等获取和转 换的设备。最主要的有声音输入输出设备、图形图像输入输出设备、视频输入输出设备、人 机交互设备、通信及存储设备。图8-2示意了常见的多媒体设备 光盘驱动器 大屏幕投影 磁盘驱动器 电视机 录像机 卡 调制解调器 摄像机 数码相机 VCD机 DVD机 音机 多媒体计算机 数字摄像机 扫描仪 触摸屏 打印机 CD唱机 绘图仪 MIDI设备 光笔 麦克风 键盘鼠标 图8-2常见多媒体设备 82.1数字音频接口 音频卡也称为声卡,用于处理音频信息。它可以把家电产品中的非数字音响设备,如录 音机、CD唱机、功放、话筒等连接到计算机系统中,实现语音和音乐的输入输出;通过声卡 上的MIDI接口,还可以将MIDI键盘、电钢琴、电吉他等电子乐器连接到计算机中,组成个 人音乐创作系统。MP3等数字设备通过USB接口可以直接连接到计算机中
6 旅游、商业、影视、生产管理等领域的应用也越来越广泛。 （6）虚拟现实 虚拟现实就是由多媒体计算机系统模拟生成一个逼真的“现实”场景，使人有身临其境 的感觉，并可以直接进行实体操控。虚拟现实是多媒体技术发展的更高境界，具有更高层次 的集成性和交互性，需要通过多种输入输出设备充分调动人类的视觉、听觉、触觉，甚至嗅 觉和味觉的直接参与。可见，虚拟现实需要多学科技术的共同推动，研究难度非常大。虚拟 现实最早的应用是飞行员培训，将虚拟现实技术应用到人员培训和游戏娱乐等领域，将开辟 出一个前景广阔的市场。 8.2 计算机中的多媒体设备 多媒体计算机除了基本的计算机配置之外，需要扩充有关声音、图像、视频等获取和转 换的设备。最主要的有声音输入输出设备、图形图像输入输出设备、视频输入输出设备、人 机交互设备、通信及存储设备。图 8-2 示意了常见的多媒体设备。 图 8-2 常见多媒体设备 8.2.1 数字音频接口 音频卡也称为声卡，用于处理音频信息。它可以把家电产品中的非数字音响设备，如录 音机、CD 唱机、功放、话筒等连接到计算机系统中，实现语音和音乐的输入输出；通过声卡 上的 MIDI 接口，还可以将 MIDI 键盘、电钢琴、电吉他等电子乐器连接到计算机中，组成个 人音乐创作系统。MP3 等数字设备通过 USB 接口可以直接连接到计算机中。 摄像机 显示器 大屏幕投影 电视机 录像机 VCD 机 DVD 机 视 频 卡 录音机 CD 唱机 MIDI 设备 麦克风 音箱 音 频 卡 多 媒 体 计 算 机 光盘驱动器 磁盘驱动器 网卡 调制解调器 数码相机 数字摄像机 扫描仪 触摸屏 打印机 绘图仪 光笔 键盘鼠标
1.声卡的功能 声卡将输入的模拟声音信号进行模数转换(AD)、压缩编码,变成二进制的数字声音信 号:;也可以把经过计算机处理的数字化的声音信号通过解压缩、数模转换(D/A)后用音箱播 放出来,或者用录音设备记录下来。声卡是电脑实现音频信号输入输出及其处理的硬件设备 也是与音箱、话筒等外设连接的接口。其主要功能有录制和回放声音文件:音频数据编码压 缩与解码;混音处理;MDI接口和声音合成功能,实现电子乐器与计算机之间的MIDI信息 传送和控制;语音合成功能,在相应软件的支持下实现文语转换。 2. MIDI MIDI( Musical Instrument Digital Interface)是乐器数字接口的英文缩写,泛指数字 音乐的国际标准,用于处理电子乐器之间数据的发送和接收。从20世纪80年代初期开始 MIDI已经逐步被音乐家和作曲家广泛接受和使用。MIDⅠ是乐器和计算机使用的标准规范,它 规定了各相连硬件接口规范和通信协议,告知MIDI设备要做什么和怎么做,如演奏音符、加 大音量、生成音响效果等。 任何电子乐器,只要有处理MIDI消息的处理器和适当的硬件接口,都能成为MIDI装置。 MIDI装置之间通过接口传递消息,使彼此之间进行通信连接,这些消息就是乐谱的数字描述 乐谱由音符序列、定时和合成音色的乐器定义等组成,当一组MIDI消息通过乐器合成芯片演 奏时,合成器解释这些符号,并产生音乐。 MIDI标准具有以下优点:生成的文件短小,MIDI文件存储的是乐谱而不是声音波形;容 易编辑,编辑乐谱比编辑声音波形要容易得多;用作背景音乐。MIDⅠ音乐可以和其它的媒体, 如数字电视、图形、动画、话音等一起播放,这样可以加强演示效果。但MIDI播放的音质不 如波形声音的音质好 3.合成器 声卡中一般采用两种不同的方法还原MIDI声音,FM( Frequency Modulation,频率调 制)合成和波表( Wave table)合成。酬M合成利用调频技术产生多种正弦波叠加波形来模拟实 际乐器的声音。由于乐器的音色可以分解出无穷多种正弦波,而一般声卡上集成的FM合成 仅由几种波形叠加来模拟声音,不足以还原逼真的音色,所以,一般的声卡播放的MID音乐 都不够逼真 波表合成采用波表查找技术来产生MIDI音乐。这种技术是将录制的各种乐器的数字化声 音存储在只读存储器中,形成波表存储器。播放MIDI音乐时,根据乐谱所指示的乐器到波表 中查询该乐器的对应波形,经过数模转换器转换为声音信号,可以达到令人满意的音乐效果。 波表合成器播放的是自然音的重现,产生的音响效果比FM合成器合成的MDI音乐质量高 音色好。 82.1数字视频接口 图形加速卡。个人电脑中常说的显卡,目前已具备快速生成图形的功能,可以很好地 满足游戏动画和图像处理的要求。显卡的主要组成部件是图形处理器芯片、显存、BI0S RAMDAC、接口电路及其它芯片。图形加速卡本身自带图形函数加速器和显存,专门用来执行 生成图形的相关运算,大大减少了CPU处理图形函数的负担。加速卡的性能取决于芯片组所 提供图形函数运算的能力。按芯片组数据传输带宽可分为64位、128位、256位芯片,目前
7 1．声卡的功能 声卡将输入的模拟声音信号进行模数转换（A/D）、压缩编码，变成二进制的数字声音信 号；也可以把经过计算机处理的数字化的声音信号通过解压缩、数模转换（D/A）后用音箱播 放出来，或者用录音设备记录下来。声卡是电脑实现音频信号输入输出及其处理的硬件设备， 也是与音箱、话筒等外设连接的接口。其主要功能有录制和回放声音文件；音频数据编码压 缩与解码；混音处理；MIDI 接口和声音合成功能，实现电子乐器与计算机之间的 MIDI 信息 传送和控制；语音合成功能，在相应软件的支持下实现文语转换。 2．MIDI MIDI(Musical Instrument Digital Interface)是乐器数字接口的英文缩写，泛指数字 音乐的国际标准，用于处理电子乐器之间数据的发送和接收。从 20 世纪 80 年代初期开始， MIDI 已经逐步被音乐家和作曲家广泛接受和使用。MIDI 是乐器和计算机使用的标准规范，它 规定了各相连硬件接口规范和通信协议，告知 MIDI 设备要做什么和怎么做，如演奏音符、加 大音量、生成音响效果等。 任何电子乐器，只要有处理 MIDI 消息的处理器和适当的硬件接口，都能成为 MIDI 装置。 MIDI 装置之间通过接口传递消息，使彼此之间进行通信连接，这些消息就是乐谱的数字描述。 乐谱由音符序列、定时和合成音色的乐器定义等组成，当一组 MIDI 消息通过乐器合成芯片演 奏时，合成器解释这些符号，并产生音乐。 MIDI 标准具有以下优点：生成的文件短小，MIDI 文件存储的是乐谱而不是声音波形；容 易编辑，编辑乐谱比编辑声音波形要容易得多；用作背景音乐。MIDI 音乐可以和其它的媒体， 如数字电视、图形、动画、话音等一起播放，这样可以加强演示效果。但 MIDI 播放的音质不 如波形声音的音质好。 3．合成器 声卡中一般采用两种不同的方法还原 MIDI 声音，FM (Frequency Modulation，频率调 制)合成和波表(Wave table)合成。FM 合成利用调频技术产生多种正弦波叠加波形来模拟实 际乐器的声音。由于乐器的音色可以分解出无穷多种正弦波，而一般声卡上集成的 FM 合成器 仅由几种波形叠加来模拟声音，不足以还原逼真的音色，所以，一般的声卡播放的 MIDI 音乐 都不够逼真。 波表合成采用波表查找技术来产生 MIDI 音乐。这种技术是将录制的各种乐器的数字化声 音存储在只读存储器中，形成波表存储器。播放 MIDI 音乐时，根据乐谱所指示的乐器到波表 中查询该乐器的对应波形，经过数模转换器转换为声音信号，可以达到令人满意的音乐效果。 波表合成器播放的是自然音的重现，产生的音响效果比 FM 合成器合成的 MIDI 音乐质量高， 音色好。 8.2.1 数字视频接口 1. 图形加速卡。个人电脑中常说的显卡，目前已具备快速生成图形的功能，可以很好地 满足游戏动画和图像处理的要求。显卡的主要组成部件是图形处理器芯片、显存、BIOS、 RAMDAC、接口电路及其它芯片。图形加速卡本身自带图形函数加速器和显存，专门用来执行 生成图形的相关运算，大大减少了 CPU 处理图形函数的负担。加速卡的性能取决于芯片组所 提供图形函数运算的能力。按芯片组数据传输带宽可分为 64 位、128 位、256 位芯片，目前
的芯片多为64位,一些新的显示卡甚至达到了256位。更大的带宽可以带来更高的图像分辨 率和颜色深度 显存用于存储要显示的图形数据。屏幕上所显示的每个像素都由若干位数据来控制颜色 和亮度,加速芯片和CPU对这些数据进行控制, RAMDCA读入这些数据并把它们输出到显示器 现在的大多数显卡不仅将图形数据存储在显存中,还利用显存进行计算,尤其是具有3D加速 功能的显卡,还需要用显存进行3D函数运算。显存对3D加速卡的性能影响越来越大,如果 3D加速卡芯片功能很强大,而显存无法将处理好的数据即时传送,同样无法得到满意的显示 效果。 2.视频卡。现有的家电及其视频设备大多使用模拟信号,要将它们连接到计算机系统中 必须有相应的接口进行模拟信号与数字信号的转换,视频卡就是二者之间连接的桥梁。由于 视频设备种类繁多,视频信号存在差异,功能要求也不尽相同,因此视频卡种类繁多,主要 包括:视频压缩解压卡、视频转换卡、视频采集卡、视频叠加卡等,目前的视频卡正朝着专 业视频卡和多功能集成卡方向发展 1)视频转换卡。视频转换卡分为VGA-TV卡和TV-VGA卡两类。VGA-TV卡的功能是将 计算机显示器的vGA信号转换为标准视频信号传送到电视机、大屏幕投影机上,或通过录像 机录制在磁带上。将视频转换功能集成在显卡上,就可在电视机上显示计算机的内容。VGA 卡广泛应用于以电视或大屏幕投影来展示计算机信息的场所,如大型商业展示会、大型广告、 证券交易所等,通过软件可以控制所要显示的信息。这些卡应支持PAL和NTSC两种制式,带 有视频输出端子,有些卡还带有VGA、RGB和S- -Video输出端子,以利于连接不同的输出设备 T-vGA卡卡的核心部件是一个与电视机或录像机功能类似的高频头,用来选择电视频 道。该卡的视频输入端子连接到有线电视线上,通过软件操作就可控制电视频道的选择,将 接收到的电视信号转换成VGA格式的数字信号传送到显示器上。此时,计算机具有电视机的 所有功能,可以选台收看所有电视节目。 有的厂商将TV-VGA卡、VGA-Ⅳ卡以及视频叠加卡功能集成在一块卡上,实现电视节目 收看、计算机信息(字幕)叠加、视频转播等应用要求。由于视频卡的应用领域十分广阔, 厂家很难满足方方面面的要求,所以视频卡除了含有为一般用户所配的软件外,还有专为进 行二次开发所配套的软件开发工具。 (2)视频采集卡。视频采集卡能将电视信号转换成计算机的数字信号,便于对转换后的 数字信号进行剪辑、加工和色彩控制,还可将处理后的数字信号输出到录像带中。通常在采 集过程,对数字视频信息还进行一定形式的实时压缩处理。较高档的采集卡依靠特殊的处理 芯片进行硬件实时数据压缩处理,而那些没实时硬件压缩功能的卡,也可通过电脑上的CPU 进行软件压缩的处理。另外,对于数码摄像机这类数字视频源,通过IEEE1394接口,不必 再添加任何采集卡就可以将拍摄的数字视频传输到计算机中。视频采集卡的数字化一般都要 求支持24位真彩色,它不仅能实现对视频中的单画面捕获,还能对实时动态画面连续捕获 其帧率应达到25fps以上。如果捕获帧率在20fps以下,影像还原时就会闪烁甚至停顿。 823外部存储设备接口 SB接口 USB的中文含义是“通用串行总线”。它使用4针插头(2根电源线和2根信号线)作为
8 的芯片多为 64 位，一些新的显示卡甚至达到了 256 位。更大的带宽可以带来更高的图像分辨 率和颜色深度。 显存用于存储要显示的图形数据。屏幕上所显示的每个像素都由若干位数据来控制颜色 和亮度，加速芯片和 CPU 对这些数据进行控制，RAMDCA 读入这些数据并把它们输出到显示器。 现在的大多数显卡不仅将图形数据存储在显存中，还利用显存进行计算，尤其是具有 3D 加速 功能的显卡，还需要用显存进行 3D 函数运算。显存对 3D 加速卡的性能影响越来越大，如果 3D 加速卡芯片功能很强大，而显存无法将处理好的数据即时传送，同样无法得到满意的显示 效果。 2．视频卡。现有的家电及其视频设备大多使用模拟信号，要将它们连接到计算机系统中 必须有相应的接口进行模拟信号与数字信号的转换，视频卡就是二者之间连接的桥梁。由于 视频设备种类繁多，视频信号存在差异，功能要求也不尽相同，因此视频卡种类繁多，主要 包括：视频压缩解压卡、视频转换卡、视频采集卡、视频叠加卡等，目前的视频卡正朝着专 业视频卡和多功能集成卡方向发展。 （1）视频转换卡。视频转换卡分为 VGA-TV 卡和 TV-VGA 卡两类。VGA-TV 卡的功能是将 计算机显示器的 VGA 信号转换为标准视频信号传送到电视机、大屏幕投影机上，或通过录像 机录制在磁带上。将视频转换功能集成在显卡上，就可在电视机上显示计算机的内容。VGA-TV 卡广泛应用于以电视或大屏幕投影来展示计算机信息的场所，如大型商业展示会、大型广告、 证券交易所等，通过软件可以控制所要显示的信息。这些卡应支持 PAL 和 NTSC 两种制式，带 有视频输出端子，有些卡还带有 VGA、RGB 和 S-Video 输出端子，以利于连接不同的输出设备。 TV-VGA 卡卡的核心部件是一个与电视机或录像机功能类似的高频头，用来选择电视频 道。该卡的视频输入端子连接到有线电视线上，通过软件操作就可控制电视频道的选择，将 接收到的电视信号转换成 VGA 格式的数字信号传送到显示器上。此时，计算机具有电视机的 所有功能，可以选台收看所有电视节目。 有的厂商将 TV-VGA 卡、VGA-TV 卡以及视频叠加卡功能集成在一块卡上，实现电视节目 收看、计算机信息（字幕）叠加、视频转播等应用要求。由于视频卡的应用领域十分广阔， 厂家很难满足方方面面的要求，所以视频卡除了含有为一般用户所配的软件外，还有专为进 行二次开发所配套的软件开发工具。 （2）视频采集卡。视频采集卡能将电视信号转换成计算机的数字信号，便于对转换后的 数字信号进行剪辑、加工和色彩控制，还可将处理后的数字信号输出到录像带中。通常在采 集过程，对数字视频信息还进行一定形式的实时压缩处理。较高档的采集卡依靠特殊的处理 芯片进行硬件实时数据压缩处理，而那些没实时硬件压缩功能的卡，也可通过电脑上的 CPU 进行软件压缩的处理。另外，对于数码摄像机这类数字视频源，通过 IEEE 1394 接口，不必 再添加任何采集卡就可以将拍摄的数字视频传输到计算机中。视频采集卡的数字化一般都要 求支持 24 位真彩色，它不仅能实现对视频中的单画面捕获，还能对实时动态画面连续捕获， 其帧率应达到 25fps 以上。如果捕获帧率在 20fps 以下，影像还原时就会闪烁甚至停顿。 8.2.3 外部存储设备接口 1．USB 接口 USB 的中文含义是“通用串行总线”。它使用 4 针插头（2 根电源线和 2 根信号线）作为
标准插头,采用菊花链形式把所有的外部设备连接起来,能将各种不同的外设接口统一起来。 USB接口具有自动配置能力,外设连接到USB接口后,计算机就能自动识别和配置USB设备, 实现“即插即用”和热插拔 USB总线标准由1.1版升级到2.0版后,传输速度由12Mb/s增加到480Mb/s,更换介质 后连线距离由原来的5米增加到近百米。目前满足USB接口要求的设备越来越多,从鼠标、 键盘、光盘、刻录机、扫描仪、打印机到数码相机、MP3播放器、U盘等一应俱全,数字设备 使用USB接口与计算机连接已成为潮流 2.IEEE139接口 IEEE1394接口俗称“火线”,是一种数据传输的开放式技术标准。该接口可以同时传送 数字视频以及音频信号,并且在视频采集和回录过程中没有任何信号的损失。IEEI394接口 提供6针槽口和4针槽口,4针槽口专门用来直接连到DV或D8摄像机。 824视频输入输出设备 1.图像扫描仪。是一种将静态图像输入到计算机里的图像采集设备。扫描仪内主要由光 源、光学透镜、光电耦合器(CCD)、模数转换器等组成。CCD排成一行,每一个单元对应着 行里的一个像素。如果一行上每英寸长度有300个CCD的话,称为光学水平分辨率有 300dpi,它是衡量扫描仪质量的一个重要物理指标。光学垂直分辨率取决于步进电机的精密 程度,一般是水平分辨率的2倍。通常所说的扫面分辨率往往是指对扫描的图像用软件插值 后的图像分辨率。 当扫描一幅图像时,光源照射到图像上反射后穿过透镜到达CCD,每个C把这个光信 号转换成模拟信号,表示出该像素的色彩或亮度。模/数转换器再把模拟光信号转换成数字颜 色分量。可以采用24位或36位来表示颜色分量的值,更高的位数意味着图像的层次和像素 深度更丰富,输出的数字信号经过内建的硬件或软件插值修正之后以图像形式显示出来 现在的扫描仪甚至可以扫描立体图像。扫描仪如果配上文字识别软件,还可以快速方便 地把各种扫入的文稿图像转换成文本字符存储到计算机内,大大加快了计算机文字录入过程 扫描仪的主要性能指标有分辨率(单位为dpi,即每英寸像素点数)、色彩深度(像素的颜色 量化位数,确定了扫描仪支持的色彩范围)、速度、幅面(采用国际标准,如A4、A3、A2)。 扫描仪有手持式、滚筒式、平板式等多种方式,接口类型有SCSI(需要配一块SCSⅠ卡 数据传输速率能达到20MB/s)、EP(数据传输率只有0.5~ZMB/s)、USB(数据传输率可达到 12MB/s)。普通的平板式扫描仪是通过反射光来扫描图像,若要扫描相片底片(透明的负片) 需要使用透射式扫描仪。有些反射式扫描仪可以选配一个透射架,加载上透射架后就可以扫 描透明胶片。 2.数码照相机 数码照相机在外观和使用方法上与普通的全自动照相机很相似,两者之间最大的区别在 于前者将拍摄的图像直接以数字图像文件保存在存储器中,后者通过胶片暴光来保存图像 将数码照相机与计算机连接,就可将图像文件从照相机里下载下来 数码相机也是通过光电耦合器CCD进行图像传感的。它将CCD做成阵列,每一个CCD识 别一个像素的色彩,将光信号转换成电信号记录下来,然后借助计算机对图像资料进行修改、 筛选等处理。除了CCD图像传感器外,还有一种CMOS图像传感器,它消耗的电能比CCD传感
9 标准插头，采用菊花链形式把所有的外部设备连接起来，能将各种不同的外设接口统一起来。 USB 接口具有自动配置能力，外设连接到 USB 接口后，计算机就能自动识别和配置 USB 设备， 实现“即插即用”和热插拔。 USB 总线标准由 1.1 版升级到 2.0 版后，传输速度由 12Mb/s 增加到 480Mb/s，更换介质 后连线距离由原来的 5 米增加到近百米。目前满足 USB 接口要求的设备越来越多，从鼠标、 键盘、光盘、刻录机、扫描仪、打印机到数码相机、MP3 播放器、U 盘等一应俱全，数字设备 使用 USB 接口与计算机连接已成为潮流。 2． IEEE1394 接口 IEEE1394 接口俗称“火线”，是一种数据传输的开放式技术标准。该接口可以同时传送 数字视频以及音频信号，并且在视频采集和回录过程中没有任何信号的损失。IEEE1394 接口 提供 6 针槽口和 4 针槽口，4 针槽口专门用来直接连到 DV 或 D8 摄像机。 8.2.4 视频输入输出设备 1. 图像扫描仪。是一种将静态图像输入到计算机里的图像采集设备。扫描仪内主要由光 源、光学透镜、光电耦合器（CCD）、模数转换器等组成。CCD 排成一行，每一个单元对应着 一行里的一个像素。如果一行上每英寸长度有 300 个 CCD 的话，称为光学水平分辨率有 300dpi，它是衡量扫描仪质量的一个重要物理指标。光学垂直分辨率取决于步进电机的精密 程度，一般是水平分辨率的 2 倍。通常所说的扫面分辨率往往是指对扫描的图像用软件插值 后的图像分辨率。 当扫描一幅图像时，光源照射到图像上反射后穿过透镜到达 CCD，每个 CCD 把这个光信 号转换成模拟信号，表示出该像素的色彩或亮度。模/数转换器再把模拟光信号转换成数字颜 色分量。可以采用 24 位或 36 位来表示颜色分量的值，更高的位数意味着图像的层次和像素 深度更丰富，输出的数字信号经过内建的硬件或软件插值修正之后以图像形式显示出来。 现在的扫描仪甚至可以扫描立体图像。扫描仪如果配上文字识别软件，还可以快速方便 地把各种扫入的文稿图像转换成文本字符存储到计算机内，大大加快了计算机文字录入过程。 扫描仪的主要性能指标有分辨率（单位为 dpi，即每英寸像素点数）、色彩深度（像素的颜色 量化位数，确定了扫描仪支持的色彩范围）、速度、幅面（采用国际标准，如 A4、A3、A2）。 扫描仪有手持式、滚筒式、平板式等多种方式，接口类型有 SCSI（需要配一块 SCSI 卡， 数据传输速率能达到 20MB/s）、EPP（数据传输率只有 0.5～2MB/s）、USB（数据传输率可达到 12MB/s）。普通的平板式扫描仪是通过反射光来扫描图像，若要扫描相片底片（透明的负片） 需要使用透射式扫描仪。有些反射式扫描仪可以选配一个透射架，加载上透射架后就可以扫 描透明胶片。 2．数码照相机 数码照相机在外观和使用方法上与普通的全自动照相机很相似，两者之间最大的区别在 于前者将拍摄的图像直接以数字图像文件保存在存储器中，后者通过胶片暴光来保存图像。 将数码照相机与计算机连接，就可将图像文件从照相机里下载下来。 数码相机也是通过光电耦合器 CCD 进行图像传感的。它将 CCD 做成阵列，每一个 CCD 识 别一个像素的色彩，将光信号转换成电信号记录下来，然后借助计算机对图像资料进行修改、 筛选等处理。除了 CCD 图像传感器外，还有一种 CMOS 图像传感器，它消耗的电能比 CCD 传感
器少得多,但抗噪声能力差,信号传向传感器时会产生歧变,影响图像质量。由于CMS传感 器集成度高、价格低,常用于低端得数码相机。 数码相机拍摄图像的清晰度和色彩饱和度都取决于CCD上所采集的像素数,像素数越多 图像越清晰。CCD的面积太小就意味着需要性能更高的镜头,才能在狭小的面积上构成色彩 鲜明清晰的图像。一般中档数码相机的CCD面积为1/3平方英寸,而高档数码相机多为2/3 平方英寸,是中档数码相机的4倍。 数码相机中的图像文件一般都采用JPEG格式,压缩比为1:4~1:20,有多种级别可选。 采用24位像素深度,根据分辨率不同图像可以分成超优质模式(1280×1024)、优质模式(128C ×960)、标准模式(640×480)、全景模式(1280×480)。数码相机内部都装有1~4MB的 存储器,用来保存图像。用4MB的存储器可保存36张标准模式的图片。另外还可使用外插 的存储卡保存更多的图片。图像可以通过USB口或IEEE394接口传送到计算机中,也可使 用视频线传送到电视机、录像机等设备上。 数码相机的性能指标可分为两部分,一部分是传统相机使用的指标,如镜头形式、快门 速度、光圈大小等涉及光学系统的指标;另一部分是数码相机数字化特有的指标,如分辨率 (象素数量)、颜色深度、存储介质、数据输出接口、连续拍摄的时间间隔等。数码相机在拍 完一张照片后需要将数据保存好后才能拍摄下一张照片,两张照片之间的间隔时间是衡量相 机质量的一个重要指标,间隔时间越短,相机质量越高 数码摄像机 数码摄像机(英文缩写为DV)也是使用CC实现影像的采集和数字化的。它采用只有6.3mm 宽的磁带作记录媒体,体积小,图像质量髙。数码摄像机的优点是动态拍摄效果好,DV带可 以支持长时间拍摄,其拍摄、采集、编辑、播放自成一体,相应的硬件支持与软件配合都很 和谐,另外还配有存储卡,一机两用非常方便。 数码摄像机上通常有S- Video、AV、DIn/Out等接口,可连接到多种视频设备上。DN In/Out接口使用4针的IEE1394接口,可直接连接到带有 IEEE394接口的计算机中。当数 码摄像机与计算机连接好后,打开数码相机电源,并调到VR状态,计算机的操作系统会自 动识别数码摄像机,使用采编软件就可将存储在D带上的视频影像输入到计算机中。 4.触摸屏 触摸屏已广泛应用于工业控制、通信、交通以及服务行业等众多领域,尤其是在这些领 域的信息査询系统中应用更为普及。触摸屏系统由三个主要部分组成,即传感器、控制器、 驱动程序。传感器探测用户的触摸动作,控制器把触摸动作转换为数字信号传到计算机里,驱 动程序帮助应用程序与触摸屏打交道。触摸屏可以通过键盘端口、RS-232串行接口及专用控 制器与计算机连接。目前广泛使用的触摸屏类型有: (1)红外式触摸屏。红外式触摸屏在显示器的四周放置红外线发射器和对应的红外线接 收装置,用户的手指或其他物体隔断了红外交叉光束,从而检测出触摸位置。触摸屏通常由 RS-232端口或键盘端口与计算机连接。红外式触摸屏由于其寿命长且易于安装、不影响屏幕 清晰度、价格较低,因此广泛应用于公共信息査询和工业控制系统中。由于红外线与屏幕有 一定的距离,不接触屏幕也可遮挡红外线造成假触摸,甚至灰尘、烟雾等都可能造成假触摸。 (2)电阻式触摸屏。屏幕上涂有由两层导电的高透明度氧化金属物制作的薄膜涂层,两 个涂层间有很小的间距。当手指接触屏幕时,就会在接触点产生一个电接触,使该处的电阻 发生变化。在屏幕的水平和垂直方向上分别测得电阻的改变就能确定触摸的位置。电阻式触
10 器少得多，但抗噪声能力差，信号传向传感器时会产生歧变，影响图像质量。由于 CMOS 传感 器集成度高、价格低，常用于低端得数码相机。 数码相机拍摄图像的清晰度和色彩饱和度都取决于 CCD 上所采集的像素数，像素数越多 图像越清晰。CCD 的面积太小就意味着需要性能更高的镜头，才能在狭小的面积上构成色彩 鲜明清晰的图像。一般中档数码相机的 CCD 面积为 1/3 平方英寸，而高档数码相机多为 2/3 平方英寸，是中档数码相机的 4 倍。 数码相机中的图像文件一般都采用 JPEG 格式，压缩比为 1:4～1:20，有多种级别可选。 采用 24 位像素深度，根据分辨率不同图像可以分成超优质模式（1280×1024）、优质模式（1280 ×960）、标准模式（640×480）、全景模式（1280×480）。数码相机内部都装有 1～4MB 的 存储器，用来保存图像。用 4MB 的存储器可保存 36 张标准模式的图片。另外还可使用外插 的存储卡保存更多的图片。图像可以通过 USB 口或 IEEE1394 接口传送到计算机中，也可使 用视频线传送到电视机、录像机等设备上。 数码相机的性能指标可分为两部分，一部分是传统相机使用的指标，如镜头形式、快门 速度、光圈大小等涉及光学系统的指标；另一部分是数码相机数字化特有的指标，如分辨率 （象素数量）、颜色深度、存储介质、数据输出接口、连续拍摄的时间间隔等。数码相机在拍 完一张照片后需要将数据保存好后才能拍摄下一张照片，两张照片之间的间隔时间是衡量相 机质量的一个重要指标，间隔时间越短，相机质量越高。 3．数码摄像机 数码摄像机（英文缩写为DV）也是使用CCD实现影像的采集和数字化的。它采用只有6.3mm 宽的磁带作记录媒体，体积小，图像质量高。数码摄像机的优点是动态拍摄效果好，DV 带可 以支持长时间拍摄，其拍摄、采集、编辑、播放自成一体，相应的硬件支持与软件配合都很 和谐，另外还配有存储卡，一机两用非常方便。 数码摄像机上通常有 S-Video、AV、DV In/Out 等接口，可连接到多种视频设备上。DV In/Out 接口使用 4 针的 IEEE1394 接口，可直接连接到带有 IEEE1394 接口的计算机中。当数 码摄像机与计算机连接好后，打开数码相机电源，并调到 VCR 状态，计算机的操作系统会自 动识别数码摄像机，使用采编软件就可将存储在 DV 带上的视频影像输入到计算机中。 4．触摸屏 触摸屏已广泛应用于工业控制、通信、交通以及服务行业等众多领域，尤其是在这些领 域的信息查询系统中应用更为普及。触摸屏系统由三个主要部分组成，即传感器、控制器、 驱动程序。传感器探测用户的触摸动作，控制器把触摸动作转换为数字信号传到计算机里，驱 动程序帮助应用程序与触摸屏打交道。触摸屏可以通过键盘端口、RS-232 串行接口及专用控 制器与计算机连接。目前广泛使用的触摸屏类型有： （1）红外式触摸屏。红外式触摸屏在显示器的四周放置红外线发射器和对应的红外线接 收装置，用户的手指或其他物体隔断了红外交叉光束，从而检测出触摸位置。触摸屏通常由 RS-232 端口或键盘端口与计算机连接。红外式触摸屏由于其寿命长且易于安装、不影响屏幕 清晰度、价格较低，因此广泛应用于公共信息查询和工业控制系统中。由于红外线与屏幕有 一定的距离，不接触屏幕也可遮挡红外线造成假触摸，甚至灰尘、烟雾等都可能造成假触摸。 （2）电阻式触摸屏。屏幕上涂有由两层导电的高透明度氧化金属物制作的薄膜涂层，两 个涂层间有很小的间距。当手指接触屏幕时，就会在接触点产生一个电接触，使该处的电阻 发生变化。在屏幕的水平和垂直方向上分别测得电阻的改变就能确定触摸的位置。电阻式触