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第四章多媒体计算机系统组成

单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。

让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。

这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。

4．1概述

单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。

让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。

这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。

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。

课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。

为什么?

还是没有彻底“记死”的缘故。

要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。

可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。

这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。

这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。

多媒体应用软件

第八层

软件系统

多媒体创作软件

第七层

多媒体数据处理软件

第六层

多媒体操作系统

第五层

多媒体驱动软件

第四层

多媒体输入/输出控制卡及接口

第三层

硬件系统

多媒体计算机硬件

第二层

多媒体外围设备

第一层

（1）多媒体硬件系统的组成

多媒体硬件系统是由计算机存储系统、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。

（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。

（3）多媒体操作系统

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，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AmigaDOS。

另一类是通用的多媒体操作系统。

如目前流行的Windows9x、WindowsNT系列。

（4）多媒体处理软件

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，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SoundEdit、CoolEdit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AnimatorStudio和3DStudioMAX等

（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，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。

如Authorware、Director、FLASH等。

（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。

4．2多媒体存储系统

数字化的多媒体信息量非常大，要占用巨大的存储空间，光存储技术的发展为存储多媒体信息提供了保证。

光盘存储器具有存储容量大、工作稳定、密度高、寿命长、介质可换、便于携带、价格低廉等优点，已成为多媒体信息存储普遍使用的载体。

（1）光盘存储原理

光存储技术是通过激光在记录介质上进行读写数据的存储技术。

其基本原理是：

改变一个存储单元的某种性质（如反射率、反射光极化方向等），使其性质的变化反映被存储的二进制数0、1。

在读取数据时，光电检测器检测出光强和光极性的变化，从而读出存储在介质上的数据。

光盘系统由光盘驱动器和光盘盘片组成。

光学存储的基本特点是用激光引导测距系统的精密光学结构取代硬盘驱动器的精密机械结构。

光盘驱动器的读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光学头，光盘盘片采用磁光材料。

驱动器采用一系列透镜和反射镜，将微细的激光束引导至一个旋转光盘上的微小区域。

高能量激光束可以聚焦成约1μm的光斑。

光盘如何存储数字信息：

光盘的信息是沿着盘面由内向外螺旋形信息轨道（光道）的一系列凹坑的形式存储的。

光道上不论内圈还是外圈，各处的存储密度是一样的。

光道的间距为1.6μm，光道宽度为0.6μm，光道上凹坑深约为0.12μm。

记录数字信息的时候，在由凹坑到凸区或者凸区向凹坑跳变的时候记录为1，其它为0，因此光盘记录信息需要经过调制，不能出现连续的1。

光盘系统的技术指标

✓存储容量存储容量是指能存储在光盘中的信息容量。

目前光盘常用的容量为650MB。

✓平均存取时间是在光盘上找到需要读写的信息的位置所需要的时间，为平均寻道时间、平均等待时间及光头稳定时间的和。

✓数据传输率数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。

该数值与光盘转速和存储密度有关。

对于CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KB／s提高到3600KB／s。

✓接口标准目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI和IDE两种。

（2）光盘分类

根据不同的存储介质和使用性能分

只读光盘

如CD-ROM、CD-DA、CD-I、CD-V、photo-CD、CD-ROM/XA

一次写可多次

读型光盘

即WORM（CD-WO）

可擦写型光盘

如相变型光盘（PCD）和磁光型光盘CD-MO（MOD）

根据光盘标准分

✓CD-DA（红皮书）：

也叫Audio-CD，即CD唱片，存放音乐与歌曲。

✓CD-ROM与CD-ROM/XA（黄皮书）：

由CD-DA中发展而来，存放计算机数据，其中CD-ROM/XA是扩展形式，与CD-I兼容，是扩展的音频、文本和图形混合格式。

✓CD-I（绿皮书）：

用于存放用MPEG算法压缩的立体声视频信号，且具有交互能力，称为交互CD。

✓CD-V（蓝皮书）：

存放电视的模拟信号和数字控制信号

✓CD-R（橙皮书）：

分为两个部分，BOOK1定义了CD-MO，BOOK2定义了CD-R（CD-WO）。

✓V-CD（白皮书）：

存放了以MPEG-1算法压缩的立体声数字视频信号。

（3）CD-DA光盘（数字音频光盘）

CD-DA即激光唱盘，物理规格为直径12cm，内径1.5cm，重量14g。

这种光盘常采用常线速（CLV）伺服方式，逆时针旋转，其螺旋线光道等长分段，每段为一个扇区。

每个扇区都存放一定量的数据块，并以一个特定的地址标记，单位为“分”、“秒”、“扇区”。

1分=60秒，1秒=75扇区，可存放74分钟高音质非压缩的音频信号。

编码凹坑到岸及岸到凹坑的转变编码为1，没有变化时编码为0，凹坑长为0.3um的倍数。

音频数据率CD-DA=

16（bits/样本）×2声道×44100（样本/秒））=1,411,200bits/秒

容量CD-DA=74分钟×1,411,200（比特/秒）≈747MB

协议规定序列中至少有两个岸和两个凹坑连续地出现，因此两个1之间至少有两个0。

凹坑或岸不允许太长，必须保持最大间隔，至多10个0可以连在一起。

因此将8比特字编码成14比特值，使之满足最小、最大间隔。

两个连续地调制符号（14比特）之间插入3个附加比特，以便得到需要的最小、最大间隔。

这就是有名的8-14（EFM）调制。

音频比特流

00000000

00000001

调制后的比特流

   01001000100000

   10000100000000

填充比特流

010

100

信道比特流

01001001000100000

10010000100000000

CD-DA上的岸和凹坑

lppplllppppllllll

ppplllllppppppppp

CD-DA的帧格式

音频数据=12字节×2声道=12×（14+3）×2=408bits

错误检测=4×（14+3）=68bits

错误纠正=4×（14+3）=68bits 

控制显示字节=1×（14+3）=17bits 

同步样式（12个1，12个0和3个填充比特）=27bits

一帧合计共588bits一个扇区2352字节数据

CD-DA的区域组成

引入区域——CD-DA目录

程序区域——CD-DA上所有轨道存放实际数据  

引出区域——CD-DA尾部

一张CD-DA最多99个不同长度的轨道组成，一个轨道一首歌曲。

每个轨道有几个索引，IP0标记每个轨道的开始，IP1定义了每个轨道中音频数据的开始。

IP0~IP1之间有两到三秒的前置空隙。

（4）CD-ROM（只读光盘）

CD-ROM轨道分成音频类型和数据类型，通常一个轨道只能包含音频或只能包含数据。

混合模式盘可将数据轨道定位在CD-ROM开始部分，后面紧跟上音频轨道。

每2352字节定义为一个物理块，块传输速率：

75块/秒。

模式1：

2352个字节为1块，共333,000块

容量=333,000块×2048字节/块≈660MB

数据率=2048字节/块×75块/秒≈150K字节/秒

模式2：

2352个字节为1块，共333,000块

容量=333,000块×2336字节/块≈742MB

数据率=2048字节/块×75块/秒≈175.2字节/秒

模式1和模式2的不同之处：

✓用户数据量不一样。

模式1为2048字节，模式2为2336字节。

✓存储数据的类型不同。

模式1用于存放对错误极为敏感的数据，如计算机程序等。

✓误码率不同。

模式2的数据经过4个字节的检验误码率为1/109，模式1通过2级校验误码率可以降到1/1012。

CD-ROM/XA——CD-ROM扩展结构

扩展的目的：

在一个轨道中能够存储不同媒体的块，能做到多个媒体的并行输出。

解决了与CD-I的兼容问题。

模式1：

将8个没用字节用于子头（SUBHEADER）进一步说明扇区中的数据类型与格式。

模式2：

添加8个字节的子头，保留4个字节的错误检测，数据字节只有2324个。

CD-ROM光盘的制作过程：

数据准备

主盘制作

复制光盘

（5）CD-WO（一次写多次读）

✓

基底和反射层之间有一个记录层，该层通过强热量产生不可逆的修改，它改变了激光束的反射特性。

另外用金膜做反射层，具有良好的抗腐蚀性和很高的广反射率。

✓将CD分为多个时间段，每段有自己的引入区和引出区以及目录表，可以有效地解决数据分次录入的问题。

目前市场上能看到的CD-WO（CD-R）主要有以下的品种:

绿盘——记录层的染料采用某种绿色染料，这是最早的CD-WO使用的染料层，预计使用年限可达75年。

金盘——Kodak推出的CD-WO盘的一种，记录层采用金色的染料层，声称这种盘比绿盘具有更高的质量，寿命可长达100年，该盘面上有一个附加涂层，能更加提高耐磨度。

蓝盘——记录层使用某种蓝色染料，比绿色和金色染料更耐紫外线辐射，并有更低的块错误率。

（6）可擦写光盘

可擦写型的光盘能够多次进行读写,从技术上说主要有两种：

✓相变型（PCD）光盘采用晶体——非晶体作为制作材料，在激光束的热力作用下产生非晶体态和晶体态的互换，晶体态与非晶体态、分别表示“0”和“1”。

✓磁光型光盘（MOD）主要由各种易于在垂直于表面方向磁化的介质制成，该介质在外磁场的作用下可具有一定的方向性，这种方向性在激光束的热力作用下可发生翻转，方向性的正负分别代表二进制代码“0”和“1”。

（7）Video-CD（激光视盘）

Video-CD标准是目前流行的视频光盘标准，它描述一个使用CD格式和MPEG-1标准的数字电视播放系统。

光道的结构由MPEG-Video扇区和MPEG-Audio扇区组成，数据按ISO/IEC11172的规定编码，交错地存放在光道上。

（8）DVD光盘

1995年12月，九家主要的电子公司（东芝、松下、索尼、菲利普、时代华纳、先锋、JVC、日立和三菱电子）达成协议，共同推进一种新的光盘技术，这就是DVD，旨在支持多媒体和正片长度的电影的发布。

DVD盘片尺寸与CD相同。

不同的是DVD光道之间的间距由以前的1.6μm缩小到0.74μm，而记录信息的最小凹坑凸区长度由原来的0.83μm缩小到0.4μm，因此DVD盘容量提高到4.7GB，双层双面的DVD可达17GB。

DVD信号的调制方式和错误校正方法也做了相应的修正以适合高密度的需要。

基本类型：

DVD光盘的基本类型DVD-ROM——电脑软件只读光盘，用途类似CD-ROM；

　　DVD-Video——家用的影音光盘，用途类似LD或VideoCD；

　　DVD-Audio——音乐盘片，用途类似音乐CD；

　　DVD-R（或称DVD-Write-Once）——限写一次的DVD，用途类似CD-R；

　　DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）——可多次读写的光盘，用途类似MO

DVD盘都由上下两片片基组成，每片片基上最多可以容纳两层数据，DVD光头能够通过调整焦距来读取这两层数据。

在制作过程中，把数据读取面向外，两片片基粘合在一起，就成了一盘完整的DVD盘。

　　D5：

DVD-5的简写，即单面单层（SS-SL或SingleSideSingleLayer），最大4.7G，一面数据，另一面一般印刷了文字或图案。

　　D9：

DVD-9的简写，即单面双层（SS-DL或SingleSideDoubleLayer），最大8.5G，一面数据，另一面一般印刷了文字或图案。

　　D10：

DVD-10的简写，即双面单层（DS-SL或DoubleSideSingleLayer），最大9.7G，两面都是数据面。

　　D18：

DVD-18的简写，即双面双层（DS-DL或DoubleSideDoubleLayer），最大17G，两面都是数据面。

（9）蓝光DVD

蓝光（Blu－ray）或称蓝光盘（Blu－rayDisc，缩写为BD）利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据，而传统DVD光头发出红色激光（波长为650nm）来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息。

因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，能够在一张单碟上存储25GB的文档文件。

这是现有（单碟）DVD的5倍。

在速度上，蓝光允许1到2倍或者说每秒4.5至9兆的记录速度。

蓝光产品的巨大容量为高清电影、游戏和大容量数据存储带来了可能和方便，也得到了世界上170多家大的游戏公司、电影公司、消费电子和家用电脑制造商的支持。

4．3多媒体功能卡

1．声卡

声卡是多媒体计算机必备的部件之一，用来处理各种类型数字化声音信息。

PC进入多媒体时代，其实标志是英国的ADLIBAUDIO公司研发的并于1984年推出的ADLIB声卡。

1989年，CreativeLabs（创新实验室）发布了CreativeLabsSoundBlasterCard（创新声霸卡）。

（1）声卡的组成：

✓Wave合成器Wave合成器的模/数转换和数/模转换是声卡上数据处理器件。

✓MIDI合成器标准的多媒体计算机通过MIDI合成器播放MIDI文件

✓混音器声卡上的混音器芯片可以对以下音源进行混合：

数字化声音（DAC），调频FM合成音乐（FM）CD音频（CD-ROM），线路输入（AUX），话筒输入（MIC）及PC声音输出（SPK）。

✓MIDI接口声卡能够接收、录制及输出MIDI信号。

✓CD-ROM接口CD-ROM接口提供了从CD-ROM的CD-DA的输出信号到声卡音源输入的通路，CD-ROM将音频信号直接通过声卡的功放送到扬声器。

✓DSP数字信号处理器用作对数字音频信号的实时压缩和解压缩，以及用于语音朗读、语音识别等特殊音频信号的处理。

（2）声卡的指标：

●声音采样

●声道数目

●三维音效

●MIDI波表和复音效果

●双工

●SNR信噪比

●THD+N总谐波失真

●FR频率响应

三维音效就是表现三维的音响效果。

现在较流行有DirectSound3D、A3D和EAX等，基本原理都是利用一定的函数算法欺骗我们的耳朵，让我们产生比较真实的三维听觉效果。

✓DS3D:

是MicrosoftDirectX的一个组件，DS3D的作用在于帮助开发者定义声音在3D空间中的定位和声响，然后交由DS3D兼容的声卡通过各种算法加以实现。

✓A3D（Aureal3D）:

A3D由美国Aureal公司所开发，A3D1.0版包括A3DSurround和A3DInteractive两个重要应用领域，强调的是只需在立体声硬件环境下就可以得到真实的声场模拟。

✓EAX（EnviromentalAudio）:

是创新公司开发的环境音效技术，它建立在DS3D之上，通过它可以在游戏中实现环境音效以及声音的准确定位。

先已发展到EAX4.0版。

复音效果是指MIDI乐曲在一秒钟内发出最大声音数目，对声卡而言指音效芯片最多可同时处理多少个MIDI乐器的讯号。

现在波表声卡大多提供64以上复音值，而多数MIDI复音数都没有超过32，所以不会发生音色丢失现象。

声卡双工就是指在放音同时，也能够采集录音，这也许在一般情况下注意不到，但是当使用网络电话，如Ip－phone等软件时候就感觉到了

信噪比，是一个评价设备抑止噪声能力的重要指标，通常用有用信号和噪声信号的功率比值来表示，单位是分贝。

SNR值当然是越大越好，现在声卡信噪比都在80分贝以上。

总谐波失真,用来评价声卡保真度的，它比较声卡输入信号和声卡输出信号波形吻合程度。

THD+N数值越低表示失真越小，其中＋N表示考虑了噪声的影响。

有的输出在波峰弧度较大，听起来为“暖声”，而有的声卡在波峰比较尖锐，听起来为“冷声”。

频率响应，是对声卡ADC和DAC转换器频率相应能力的评价，一般来讲频率响应曲线，在人听觉范围内20Hz～20KHz，保持"平滑直线式"比较好，通常功率增益和衰减保持在＋/－3dB范围内。

后三项指标是评价一个声卡好坏最关键的指标。

2．显卡

显示卡/图形卡（graphicscard）在PC系统中起着举足轻重的作用。

它接受电脑产生的数字信息，然后把它转化为人类可以看见的信息。

在大多数的电脑里，显示卡把数字信号转换为模拟的信号，然后在显示器上显示出来。

（1）显卡的组成

✓图形处理器（GPU）----图形处理器是显示卡的大脑

帧缓冲：

芯片简单地控制显示卡上的存储芯片，并且把信息发送到数字-到--模拟的转换器（DAV：

数模转换器）。

它不会处理任何图象数据，并且在今天已经非常罕见，不再使用了。

图形加速器：

在这个配置里面，显示卡的芯片基于电脑的命令，并对其进行补偿。

这是今天大部分流行显示卡非常通用的配置。

图形协处理器：

采用该类型处理器的显示卡可以处理所有的图形任务，而不需要电脑CPU的任何辅助。

图形协处理器通常都在最高端的视频卡里面采用。

现在市场上的显卡大多采用nVIDIA和ATI（已被INTEL收购）两家公司的图形处理芯片。

✓显示存储器

与主板上的内存功能一样，显存也是用于存放数据的，只不过它存放的是显示芯片处理后的数据。

显存越大，显示卡支持的最大分辨率越大。

显示内存的种类主要有SDRAM，SGRAM，DDRSDRAM等几种。

显示内存的处理速度通常用钠秒数来表示，这个数字越小则说明显存的速度越快。

现在的3D显卡一般使用双部分（dual-ported）的配置。

双部分的显示卡可以在存储器的一部分进行写，而在另外一部分进行读操作，可以有效地减少刷新图象所需要的时间。

✓图形BIOS

主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，另外还存有显示卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。

打开计算机时，通过显示BIOS内的一段控制程序，将这些信息反馈到屏幕上。

早期显示BIOS是固化在ROM中的，不可以修改，而现在的多数显示卡则采用了大容量的EPROM，即所谓的“快闪BIOS”（Flash－BIOS），可以通过专用的程序进行改写或升级。

✓数模转换器

它的作用是将显存中的数字信号转换为显示器能够显示出来的模拟信号。

RAMDAC的转换速率以MHz表示，它决定了刷新频率的高低。

其工作速度越高，频带越宽，高分辨率时的画面质量越好.该数值决定了在足够的显存下，显卡最高支持的分辨率和刷新率。

✓显示接口

显示卡使用标准的接口，负责向显示器输出相应的图像信号，通常是15针CRT显示器接口，称为视频图形阵列（VGA）。

。

不过有些显示卡加上了用于接液晶显示器LCD的输出接口，用于接电视的视频输出，S端子输出接口等插座。

✓电脑（BUS）接口

常见的有AGP接口和PCI接口两种。

加速图形端口（AGP）使视频卡可以直接访问系统的内存，直接的内存访问可以获得比周边组件的连接（PCI）总线适配卡插槽获得更高的峰值带宽。

这样使图形处理芯片访问系统内存的时候，CPU可以专注于其它的任务。

PCIExpress是新一代的总线接口，而采用此类接口的显卡产品，已经在2019年正式面世。

PCIExpress采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。

采用PCIExpressX16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线，双向数据传输带宽有8GB/s之多，相比之下，AGP8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。

3．视频卡

视频卡也叫视频采集卡，是对模拟视频图像进行捕捉并转化为数字信号的工具。

视频采集卡的主要功能是从动态视频中实时或非实时捕获图像并存储。

它可以将摄像机、录像机和其它视频信号源的模拟视频信号转录到计算机内部，也可以用摄像机将现场的图像实时输入计算机。

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。

PC上通过视频卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化