7.2 多媒体计算机系统

 

7.2  多媒体计算机系统

多媒体计算机系统是指能综合处理多种媒体信息，使信息之间能建立联系，并具有交互性的计算机系统。

为促进多媒体计算机的标准化，Microsoft、IBM等公司组成了多媒体PC工作组，先后发布了4个MPC标准。计算机技术的高速发展，从现在的计算机软、硬件性能来看，已完全超过MPC标准的规定，MPC标准已成为一种历史，但MPC标准的制订对多媒体技术的发展和普及起到了重要的推动作用。

7.2.1  多媒体计算机硬件系统

多媒体计算机系统一般由多媒体计算机硬件系统和多媒体计算机软件系统组成。通常应包括5个层次结构，如图7-1所示。

				多媒体应用系统运行平台
			多媒体编辑与创作系统
		多媒体应用程序接口API
	操作系统、多媒体设备驱动程序
多媒体计算机主机、外围设备

图7-1  多媒体计算机系统层次结构

最底层为多媒体计算机主机、各种多媒体外设的控制接口和设备。

第二层为多媒体操作系统、设备驱动程序。该层软件除驱动、控制多媒体设备外，还要提供输入/输出控制界面程序。

第三层为多媒体应用程序接口API，为上层提供软件接口，使程序开发人员能在高层通过软件调用系统功能，并能在应用程序控制中控制多媒体硬件设备。

第四层是媒体制作平台和媒体制作工具软件。设计者可利用该层提供的接口和工具采集、制作媒体数据。

第五层为多媒体应用系统的运行平台，即多媒体播放系统。该层直接面向用户，通常有较强的交互功能和良好的人机界面。

构成多媒体硬件系统除了需要较高性能的计算机主机硬件外，通常还需要音频、视频处理设备、光盘驱动器、各种媒体输入/输出设备等。例如，摄像机、电话机、话筒、录像机、扫描仪、视频卡、声卡、实时压缩和解压缩专用卡、家用控制卡、键盘与触摸屏等。图7-2所示为具有基本功能的多媒体计算机硬件系统。

图7-2  多媒体计算机硬件系统示意图

1．主机

多媒体计算机可以是中、大型机，也可以是工作站，然而更普遍的是多媒体个人计算机。为了提高计算机处理多媒体信息的能力，应该尽可能地采取多媒体信息器。目前具备多媒体信息处理功能的芯片可分为三类。第一类采用超大规模集成电路实现的通用和专用数字信号处理芯片（Digital Signal Processor，DSP）。第二类是在现有的CPU芯片增加多媒体数据处理指令和数据类型，Pentium 4微处理器包括了144条多媒体及图形处理指令。第三类为媒体处理器（Media Processor），它以多媒体和通信功能为主，具有可编程性，通过软件可增加新的功能。但它不能取代现有的通用处理器，它是现有通用处理器的强有力的支持芯片，二者在功能上互补。将它与通用处理器配合，可构成高档产品。

2．多媒体接口卡

多媒体接口卡将计算机与各种外部设备相连，构成一个制作和播出多媒体系统的工作环境。常见的接口卡有声卡、图形加速卡、视频信号捕捉卡、视频压缩卡、视频播放卡与光盘接口卡等。

（1）声卡。

声卡又称音频卡，是处理音频信号的硬件，它是普通计算机向MPC升级的一种重要部件，目前已作为微型计算机的必备功能集成在主板上。声卡的主要功能包括录制与播放、编辑与合成处理、MIDI接口三个部分。

·  录制与播放：通过声卡，可录入外部的声音信号，并以文件形式保存，当从文件读出相应的声音时即可播放。使用不同声卡和软件录制的声音文件格式可能不同，但它们之间可以相互转换。

·  编辑与合成处理：可以对声音文件进行多种特效处理，例如，回声、倒放、淡入淡出、单声道放音和左、右声道交叉放音等。

·    MIDI接口：用于外部电子乐器与计算机之间的通信，实现对带MIDI接口的电子乐器的控制和操作。MIDI音乐能存成MIDI文件。

声卡除了具有上述功能之外，还可以通过语音合成技术使计算机朗读文本，采用语音识别功能，让用户通过话音操作计算机等。

声卡上的功放功率一般为2W～10W，由于电源功率不足和空间散热等的限制，音质不会太出色，但高档声卡上的功放并不比普通有源音箱内的功放差。

（2）图形加速卡。

图形加速卡工作在CPU和显示器之间，控制计算机的图形输出。通常图形加速卡是以附加卡的形式安装在计算机主板的扩展槽中。

在早期的微型计算机中，显示器所显示的内容是由CPU直接提供的，标准的EGA或VGA显示卡只起到一种传递作用。对复杂图形或高质量的图形处理将占用更多的CPU时间，造成计算机性能的降低。理想的解决方法就是采用图形加速卡，让显示卡具备图形处理能力。图形加速卡拥有图形函数加速器和显存，专门用来执行图形加速任务，因此可以减少CPU处理图形的负担，从而提高了计算机的整体性能，多媒体功能也就更容易实现。

现在的显示卡都集成有图形处理芯片组，成为图形加速卡。当前使用的图形处理芯片多为64位或128位。更多的带宽可以使芯片在一个时钟周期内处理更多的信息。加速卡的速度很大程度上受到使用的显存类型以及驱动程序的影响，驱动程序将控制芯片组怎样对每个绘图函数进行加速。显卡上BIOS的功能与主板上的一样，它可以执行一些基本的函数，并在打开计算机时对显卡进行初始化设定。

（3）视频采集卡。

视频采集卡可以获取数字化视频信息，能将视频图像显示在大小不同的视频界面，提供许多特殊效果，如冻结、淡出、旋转、镜像以及透明色处理。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。有些视频采集卡还提供了硬件压缩功能。

视频采集卡通常分为广播级、专业级和民用级三类。广播级视频采集卡用于电视台节目制作，采集的图像分辨率高，产生的视频文件庞大，每分钟数据量至少为200MB。专业级视频采集卡的性能比广播级稍微低一些，适用于广告公司，多媒体公司制作节目。民用级视频采集卡的动态分辨率一般为352×288，以PC机为硬件环境的主要功能和技术指标如下：

目前PC视频采集卡通常采用32位PCI总线接口，采集卡至少要具有一个复合视频接口Video，以便与模拟视频设备相连。高性能的采集卡一般具有复合视频接口和S-Video接口。S-Video将颜色的亮度和色度信号分成两个独立的模拟信号，而复合视频信号将亮度、彩色信号和同步信号合成一个信号。与复合视频信号相比，S-Video可以更好地重现色彩。

视频采集卡一般不具备电视天线接口和音频输入接口，不能用视频采集卡直接采集电视射频信号，也不能直接采集模拟视频中的伴音信号。要采集伴音，需要通过声卡获取数字化的伴音并把伴音与采集到的数字视频同步。

当把采集卡插入到PC的主板扩展槽中并正确安装了驱动程序后，视频采集卡才能正常工作。

（4）IEEE1394卡。

标准的IEEE1394接口可以同时传送数字视频信号以及数字音频信号，相对于模拟视频接口，IEEE1394技术在采集和回录过程中没有任何信号的损失，正是由于这个优势，IEEE1394卡更多地被人们当作视频采集卡来使用。现在的IEEE1394卡多为PCI接口，只要插入到计算机主板相应的PCI插槽上就可以提供视频采集功能。一般IEEE1394卡使用操作系统自带的驱动程序即可，不需要另外安装驱动程序。

3．信息获取设备

多媒体计算机必须配置必要的外部设备来完成多媒体信息的获取，常见的数字化图像获取设备有扫描仪、数码照相机等静态图像获取设备和摄像机等视频图像获取设备。

（1）数码照相机。

数码照相机是一种与计算机配套使用的照相机，与普通光学照相机之间的最大区别在于数码照相机用存储器保存图像数据，而不是通过胶片来保存图像。

数码照相机的核心部件是电荷耦合器件（CCD）。使用数码照相机拍摄时，图像被分成红、绿、蓝三种光线投影在电荷耦合器件上，CCD把光线转换成电荷，其强度与被摄景物反射的光线强度有关，CCD把这些电荷送到模数转换器，对光线数据编码，再存储到存储装备中。在软件的支持下，可在屏幕中显示照片。照片可用彩色喷墨打印机或彩色激光打印机输出。

数码照相机的性能指标可分成两部分：一部分指标是数码照相机特有的；而另一部分与传统相机的指标类似，如镜头形式、快门速度、光圈大小等。数码照相机特有的性能指标主要有以下几个方面：

·  分辨率：数码照相机最重要的性能指标。分辨率越高，所拍图像的质量也就越高。

·  颜色深度：描述了数码照相机对色彩的分辨能力。目前几乎所有的数码照相机的颜色深度都达到了24位，可以生成真彩色的图像。

数码照相机使用的存储媒体是闪速存储器，主要有SmartMedia卡、CompactFlash卡。

数码照相机输出接口为串行口、USB接口或IEEE 1394接口。通过这些接口和电缆，就可以将数码照相机中的影像数据传递到计算机中保存或处理。若数码照相机提供TV接口，可在没有计算机的情况下在电视机上观看照片。

数码照相机所拍摄到的照片是以文件形式存储在相机内的存储卡中，因此将数码相机中的照片存储到计算机中，就是将存储卡上的文件复制到计算机中。

（2）数码摄像机。

数码摄像机的动态拍摄效果好，电池容量大，DV带也可以支持长时间拍摄，拍、采、编、播自成一体，相应的软、硬件支持也十分成熟。目前数码摄像机普遍都带有存储卡，一机两用切换起来也显得很方便。由于数码摄像机使用的小尺寸电荷耦合器件CCD与其镜头不匹配，其拍摄静止图像的效果不如数码照相机。

数码摄像机通常有S-Video、AV、DV In/Out等接口。其中DV In/Out接口是标准的数码输入/输出接口，它是一种小型的4针IEEE 1394接口。

使用摄像机与计算机相连的IEEE 1394数据传输电缆线称为iLink或Firewire缆线。一端连接计算机上的IEEE 1394卡上的接口，另一端接在数码摄像机的DV In/Out接口，然后打开DV的电源并把DV调到VCR状态，操作系统就会自动识别DV设备。

7.2.2  多媒体计算机软件系统

多媒体计算机软件系统按功能可分为系统软件和应用软件。

1．系统软件

系统软件是多媒体系统的核心，各种多媒体软件要运行于多媒体操作系统平台上，故操作系统平台是软件的基础。多媒体计算机系统的主要系统软件如下。

（1）多媒体驱动软件和接口程序。

它是最底层硬件的支撑环境，直接与计算机硬件相关，完成设备初始化、设备的打开和关闭、设备操作、基于硬件的压缩/解压缩、图像快速变换及功能调用等。通用驱动程序有视频子系统、音频子系统及视频、音频信号及其子系统。接口程序是高层软件与驱动程序之间的接口软件，为高层软件建立虚拟设备。

（2）多媒体操作系统。

该软件实现多媒体环境下多任务调度，保证音频、视频同步控制及信息处理的实时性，提供多媒体信息的各种基本操作和管理；还具有独立于硬件设备和较强的可扩展性。

（3）多媒体素材制作工具及多媒体库函数。

为多媒体应用程序进行数据准备的软件，主要是多媒体数据采集软件，作为开发环境的工具库，供开发者调用。

（4）多媒体创作工具。

在多媒体操作系统上进行开发的软件工具，用于生成多媒体应用软件。

2．应用软件

多媒体应用软件是在多媒体创作平台上设计开发的面向应用的软件系统。多媒体应用系统开发设计不仅需要利用计算机技术将文字、声音、图形、图像、动画及视频等有机地融合为图、文、声、形并茂的应用系统，而且要进行精心的创意和组织，使其变得更加人性化和自然化。