第二章 多媒体的硬件和 软件环境的建立 返回.

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1 第二章 多媒体的硬件和 软件环境的建立 返回

2 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。 了解Windows98的多媒体环境。
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 频标准和数字视频的特点、视频采集卡 的安装与使用。 了解多媒体光存储技术及CD-ROM光盘的结 构与读写原理。 了解扫描仪的工作原理使用。

3 目录 2.1 多媒体计算机系统的组成结构 2.2 Windows的多媒体环境 2.3 多媒体音频 2.4 多媒体视频 2.5 多媒体光存储器
2.1 多媒体计算机系统的组成结构 2.2 Windows的多媒体环境 2.3 多媒体音频 2.4 多媒体视频 2.5 多媒体光存储器 2.6 多媒体输入输出设备 返回

4 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
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。

5 多媒体计算机系统组成结构如下图所示。 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

6 多媒体硬件系统 多媒体驱动软件 多媒体操作系统 多媒体数据处理软件 多媒体创作软件 多媒体应用系统 返回

7 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

8 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。 主机 显示器 视频卡 声卡 CD-ROM 摄像机 影碟机 录像机 麦克风 扬声器 收录机 MIDI合成器

9 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。

10 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。 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。

11 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

12 (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640×480， 颜色数为65536色的显示器。 CD-ROM驱动器：传输速率为600KB／s，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）MIDI合成器。

13 (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1024×768 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。

14 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
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。

15 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
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。

16 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。

17 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
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，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。

18 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。
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。

19 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
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。

20 2.2 Windows的多媒体环境 Windows的多媒体扩展 Windows 98的多媒体应用程序 返回

21 2.2.1 Windows的多媒体扩展 1．多媒体扩展的三个软件模块 2．为实现“可扩展性和设备无关性”所采取的措施

22 1．多媒体扩展的三个软件模块 为支持多媒体功能，微软公司在1990年推 出了Windows 3.0之后，开发了多媒体扩展软件 包WME（Windows with Multimedia Extension） 之后又将多媒体功能直接集成到Windows 3.x及 以后各版本之中并有所发展，提供了对多媒体 的支持。 Windows 3.1有一个包括多媒体功能的控制 面板(其中含有几个与多媒体有关的设置程序)和 媒体播放程序。此外，微软公司附加的Video for Windows软件包还提供了视频播放功能。

23 Windows 3.x的多媒体扩展主要由以下三
个软件模块组成： (1). MMSystem系统模块。提供统一的多媒体控 制接口(MCI-Multimedia Control Interface) 服务的低层多媒体支持函数。 (2). 多媒体设备驱动程序。实现低层MMSystem 函数和多媒体设备(如波形音频，MIDI设备等) 之间的通信。 (3). MCI驱动程序。提供对媒体的高级控制。 Windows多媒体扩展在应用层和硬件之间 含有多层系统代码，应用程序首先同MMSystem 对话，再由后者唤醒低层多媒体设备或某个 MCI驱动程序。

24 2．为实现“可扩展性和设备无关性”所采取的措施
可扩展性和设备无关性是多媒体扩展系统 结构设计的两个原则，为了实现可扩展性和设 备无关性，在系统软件设计上采取了以下三项 措施： (1). 通过中间转换层(MMSystem)把应用程序与 设备驱动程序相隔离，以便开发人员可集中编 写与设备无关的代码。 (2). 运行时连接，将MMSystem中转层与所需的 驱动程序相连接。 (3). 定义良好的、一致的驱动程序接口，使特 殊代码最少，简化了安装和升级过程。

25 3．Windows 98提供的多媒体功能 1998年6月Microsoft正式推出的Windows 98 在多媒体方面的性能有了很大的提高，速度更快， 图像更美观、更真实。目前Windows 98是MPC机上 使用最普遍的多媒体操作环境。 Windows 98提供的多媒体功能如下： (1). 支持即插即用技术 (2). 32位的设备驱动 (3). 娱乐性更强

26 (1). 支持即插即用技术 即插即用(Plug and Play，简称PnP)技术 就是要方便用户对多媒体硬件设备的安装和设 置。 在安装支持即插即用的多媒体设备时， Windows系统会自动探测到设备的存在，并一步 一步地指导安装过程，此外它还可根据计算机的 硬件资源进行分析，选择最合适的配置并自动为 其分配地址、中断和设备号等系统资源，避免设 备之间的设置冲突。

27 (2). 32位的设备驱动 Windows 98采用了32位保护模式驱动程序， 这样做有许多好处是：32位保护模式的设备驱动 程序可以动态地装载或去除，不占用常规内存； 可以通过减小系统运行的模式开关数来提高系统 的运行性能；同时，因为支持即插即用而使系统 配置变得容易。

28 (3). 娱乐性更强 Windows 98增加了许多新功能，使CD-ROM 驱动器成为更实用的MPC设备： 1). CD-ROM的自动播放 在CD-ROM驱动器中装上光盘，Windows 98 会自动识别出光盘的内容。 2). 支持后台播放 3). 改进了的视频功能 Windows 98操作系统内置的各种软件视频 压缩编码、解码程序支持最主要的几种视频文件 格式。

29 Windows 98的多媒体应用程序 Windows 98不仅为运行多媒体应用程序提供 了支持，而且本身还附带了画图、录音机、CD播 放器及媒体播放机等多媒体程序。 1．画图 2．CD播放器 3．媒体播放机 4．录音机

30 1．画图 Windows 98自带一个画 图程序在附件中。画图软件 启动后的界面如右图所示。当 光标移动到画图区的控制点时 光标变成双箭头，此时可以拖 拽改变画图区大小。 工具箱中有16个画图用 的工具。用户可以利用工具进 行画图、填充、喷涂、清除、 输入文字和重新排列画图区内 容等工作。

31 2．CD播放器 CD播放器是一个用CD-ROM驱动器播放CD唱 盘的程序。CD播放器操作面板如下图所示。 在曲目下拉框中可以选择要播放的曲目， 然后单击“播放”按钮即可开始播放CD乐曲。

32 (1). 编辑播放曲目 一张CD唱盘上可能只有几首自己喜欢的乐 曲，如果想自己排定播放顺序，可执行 【唱片】|【编辑播放曲目】命令，弹出如下图 所示窗口，在此可进行播放曲目的设置。

33 (2). 调整播放音量 在CD播放器中，执行【查看】|【音量控制】 命令或在桌面上双击任务栏上的喇叭，打开如下 图所示音量控制对话框。在对话框中可调整播放 音量和左右音箱均衡。

34 3．媒体播放机 利用MPC的基本配置硬件，在Windows 98中 使用“媒体播放机”应用程序，就可以播放多媒体 文件，例如播放波形声音文件、MIDI音乐、视频 文件、VCD光盘等。 “媒体播放机” 的操作界面如下图所示。

35 启动媒体播放机后，要播放某个内容，首 先需要从设备菜单中选择一种播放的设备，这 些设备是： ActiveMovie播放VCD视盘 Windows视频播放扩展名是“AVI”的视频文件 声音播放扩展名是“WAV”的文件 MIDI音序器播放扩展名是“MID”的文件 CD音频播放CD唱盘的音乐 提示：使用ActiveMovie播放VCD视盘时， MPEG文件都放置在光盘MPEGAV文件夹下，文件 扩展名为“DAT”。

36 4．录音机 利用Windows 98提供的“录音机”程序可以 录制、播放、编辑数字波形声音文件。 (1). 录音机操作界面 录音机的操作界面如下图所示：

37 (2). 录制声音 利用Windows 98提供的“录音机”程序可分 别录制来自麦克风、外接音频信号等的声音。根 据需要把声卡的MIC IN插孔与话筒相连，或者把 LINE IN与其它声音输入设备(例如录放机、CD唱 机等)的线性输出端相连。 录制一个声音文件的操作步骤如下： 步骤1 执行【文件】|【新建】命令。 步骤2 单击“录音”按钮。 步骤3 打开麦克风开关并对着麦克风说话或者 打开其它的信号输入开关。 步骤4 结束录音时，单击“停止”按钮。 步骤5 执行【文件】|【保存】。

38 2.3 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
2.3 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 频。 波形音频 MIDI音频 CD-DA唱盘 声卡 返回

39 波形音频 1．声音的基本特征 2．数字音频

40 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 基线 周期

41 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。

42 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

43 (1). 采样和量化 数字化音频的过程如下图所示。 (a) 模拟音频信号 (b) 音频信号的采样 (c) 采样信号的量化

44 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。

45 (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 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。

46 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。

47 (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： 44100×16／8×2×1=176400(字节)

48 (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 播放 解码 传输/存储

49 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。

50 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 A／D转换。只要采样频率足够高，量化位数足 够多，就能使解码后恢复的声音信号有很高的 质量。 差分脉冲编码调制(DPCM)，即只传输声音预测 值和样本值的差值以此降低音频数据的编码率。 自适应差分编码调制(ADPCM)，是DPCM方法的进 一步改进，通过调整量化步长，对不同频段设 置不同的量化字长，使数据得到进一步的压缩。

51 2). 参数编码 参数编码方法通过建立起声音信号的产生 模型，将声音信号用模型参数来表示，再对参 数进行编码，在声音播放时根据参数重建声音 信号。参数编码法算法复杂，计算量大，压缩 率高，但还原声音的质量不高。 3). 混合编码 混合编码是把波形编码的高质量和参数编 码的低数据率结合在一起，取得了较好效果。

52 音频编码标准和算法 编码类型 算法 名称 数据率 标准 应用 质量 波形 编码 PCM 均匀量化 公共网 ISDN 配音 4.0-4.5
μ(A) 64kbit/s G.711 APCM 自适应量化 DPCM 差值量化 ADPCM 自适应差值量化 32kbit/s G.721 SB-ADPCM 子带一自适应差值量化 G.722 参数 编码 LPC 线性预测编码 2.4kbit/s 保密电话 混合 编码 CELPC 码激励LPC 4.8kbit/s 移动通信 VSELP 矢量和激励LPC 8kbit/s 语音邮件 RPE-CELP 长时预测规则码激励 13.2kbit/s LD-CELP 低延时码激励LPC 16kbit/ G.728 MPEG 多子带感知编码 128kbit/s CD 5.0

53 2.3.2 MIDI音频 MIDI音频是将电子乐器键盘上的弹奏信息 记录下来，包括键名、力度、时值长短等，是乐
谱的一种数字式描述。当需要播放时，只需从相 应的MIDI文件中读出MIDI消息，生成所需要的声 音波形，经放大后由扬声器输出。如下图所示。 合成器 扬声器 MIDI键盘 MIDI接口 音序器 1. 什么是MIDI 2. MIDI设备配置 3. MIDI文件的特点

54 1. 什么是MIDI MIDI是Musical Instrument Digital Interface(乐器数字接口)的缩写。MIDI是一种 国际标准，是计算机和MIDI设备之间进行信息交 换的一整套规则，包括各种电子乐器之间传送数 据的通信协议。

55 2. MIDI设备配置 MIDI设备就是处理MIDI信息所需的硬件设 备，其基本组成包括： (1). MIDI端口 (2). MIDI键盘 (3). 音序器(Sequencer) (4). 合成器

56 (1). MIDI端口 一台MID设备可以有一至三个MIDI端口，分 别称为MIDI In、MIDI Out、MIDI Thru。它们的 作用是： MIDI In：接收来自其它MIDI设备的MIDI信 息。 MIDI Out：发送本设备生成的MIDI信息到 其它设备。 MIDI Thru：将从MIDI In端口传来的信息 转发到相连的另一台MIDI设备上。

57 (2). MIDI键盘 MIDI键盘是用于MIDI乐曲演奏的，MIDI键 盘本身并不发出声音，当作曲人员触动键盘上的 按键时，就发出按键信息，所产生的仅仅是MIDI 音乐消息，从而由音序器录制生成MIDI文件。 (3). 音序器(Sequencer) 用于记录、编辑、播放MIDI的声音文件， 音序器有以硬件形式提供的，目前大多为软件音 序器。音序器可捕捉MIDI消息，将其存入MIDI文 件，MIDI文件扩展名为 .MID。音序器还可编辑 MIDI文件。

58 (4). 合成器 MIDI文件的播放是通过MIDI合成器，合 成器解释MIDI文件中的指令符号，生成所需要 的声音波形，经放大后由扬声器输出，声音的 效果比较丰富。 1). MIDI合成方式 MIDI合成方式主要有调频合成(FM)和波 形表合成(Wave Table)两种方式。调频合成方 式，其原理是根据傅立叶级数而来。波形表合 成的原理是ROM中已存储着各种实际乐器的声 音采样，合成时以查表方式调用这些样本将其 还原回放。

59 2). 硬波形表合成与软波形表合成 硬波表合成方式的数字声音样本被保存 在ROM内或RAM(可动态更换)内。而软波表的数 字化样本保存于系统主存中，合成运算靠CPU 完成，最终的音频合成靠声卡上的WAVE合成器 来完成。 软波表实际上是针对合成MIDI音乐而开 发的一套软件，其主要作用是控制高速CPU来 完成波表MIDI合成器的部分功能。

60 3. MIDI文件的特点 (1). 由于MIDI文件只是一系列指令的集合，因 此它比数字波形文件小得多，大大节省了 存储空间。 (2). 使用MIDI文件，其声音卡上必需含有硬件 音序器或者配置有软件音序器。 (3). MIDI声音适于重现打击乐或一些电子乐器 的声音，利用MIDI声音方式可用计算机来 进行作曲。 (4). 对MIDI的编辑很灵活，在音序器的帮助下， 用户可自由地改变音调、音色以及乐曲速 度等，以达到需要的效果。

61 2.3.3 CD-DA唱盘 CD-DA(Compact Disk-Digital Audio)即 数字音频光盘。是光盘的一种存储格式，专门
字声波文件的概念，而是利用激光将0、1数字 位转换成微小的信息凹凸坑制作在光盘上，通 过CD-ROM驱动器特殊芯片读出其内容，再经过 D／A转换，把它变成模拟信号输出播放。

62 2.3.4 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。 1. 声卡的结构与功能 2. 声卡的安装
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。 1. 声卡的结构与功能 2. 声卡的安装 3. 安装测试

63 1. 声卡的结构与功能 声卡一般由Wave合成器、MIDI合成器、混 合器、MIDI电路接口、CD-ROM接口、DSP数字信 号处理器等组成。 (1). 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。 (2). MIDI合成器 标准的多媒体计算机通过MIDI合成器播放 MIDI文件。

64 (3). 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)。 (4). MIDI接口 声卡能够接收、录制及输出MIDI信号， MIDI接口完成电子音乐设备与声卡之间的信号 传输通道，通过软件控制可以将MIDI音乐设备 演奏，反之，也可以将电子音乐设备上演奏的 音乐录制成MIDI数据文件，在计算机中进行模 拟演奏或修改。

65 (5). 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播放CD 唱盘的音频时，将音频信号直接通过声卡的功 放送到扬声器，通过调节声卡的音量控制，即 可控制CD唱盘的音量。 (6). 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。

66 了解了声卡的组成及工作原理后，可总结 出声卡有以下主要功能： (1). 录制与播放波形音频文件。 (2). 编辑与合成波形音频文件。 (3). MIDI音乐录制和合成。 (4). 文语转换和语音识别。

67 2. 声卡的安装 (1). 硬件安装 步骤1 关闭计算机电源，拔下供电电源和所有 外接线插头。 步骤2 打开机箱外壳，选择一个空闲的16位扩 展槽并将声卡插入扩展槽。 步骤3 连接来自CD-ROM驱动器的音频输出线到 声卡的CD IN针形输入线上； 步骤4 盖上机箱外壳，并将电源插头插回。 步骤5 声卡与其它外设的连接，按下页图进行。

68 录音机、CD唱机等 线性输出 LINE IN MIC IN 话筒 SPK OUT 扬声器 LINE OUT 线性输入 立体声放大器 MIDI MIDI设备

69 (2). 软件安装 对不同的声卡，软件的安装方法不完全相 同，需要按照说明书安装。 1). 安装驱动程序 声卡的驱动程序是控制声卡工作的必要程 序，不同的声卡驱动程序是不同的。 2). 安装应用程序 安装声卡的应用程序，例如混音器、录音 师和MIDI编辑软件等。

70 3. 安装测试 声卡安装完成后，即可对声卡进行测试， 以检查声卡能否正常工作，可以使用 Windows 98的“媒体播放机”进行测试。如果测试 时，没有声音播出，可能有两种情况：一是插孔 接触不良，请检测扬声器插孔、音量开关等；二 是配置产生冲突，进入控制面板的“系统”设置查 看是否有冲突。

71 2.4 多媒体视频 凡是通过视觉传递信息的媒体，都属于视 觉媒体。视频是多媒体的重要组成部分，是人们
2.4 多媒体视频 凡是通过视觉传递信息的媒体，都属于视 觉媒体。视频是多媒体的重要组成部分，是人们 容易接受的信息媒体。包括静态视频(静态图像) 和动态视频(电影、动画)。通常，我们将静态视 频称“图像”，而用“视频”专指动态视频。 视频的彩色空间的表示及转换 模拟视频标准 数字视频 返回 视频采集卡

72 2.4.1 视频的彩色空间的表示及转换 在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同 的色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB
视频的彩色空间的表示及转换 在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同 的色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB 彩色空间；彩色印刷时采用CMYK彩色空间；彩色 全电视信号数字化时采用YUV彩色空间；为了便 于色彩处理和识别，视觉系统又经常采用HSI彩 色空间。 1. 色彩的基本概念 2. 色彩空间的表示 3. 色彩空间的转换

73 1. 色彩的基本概念 颜色与光的波长有关，不同波长的光呈现 不同颜色。颜色具有三个特征：色调、亮度、 饱和度。 色调：表示颜色的种类，如红、黄、蓝等。色彩 取决于光的波长，是决定颜色的基本特征。 饱和度：是表示颜色的纯净程度，即色彩含有某 中单色光的纯净程度。它是按单色光中混入其它 色的比例来表示的。 亮度：是指色彩所引起的人眼对明暗程度的感觉 同一种色调的亮度会因光源的强弱产生不同的变 化，同一色调如加上不同比例的黑或白色混合后 亮度也会发生变化。

74 2. 色彩空间的表示 (1). 计算机显视器RGB彩色空间 (2). 彩色印刷CMYK彩色空间 (3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间 (4). HSI彩色空间

75 (1). 计算机显视器RGB彩色空间 RGB 彩色空间又称加色法系统。RGB 彩色 空间采用三种基本颜色，即 RGB(红，绿，蓝)。 彩色显视器的输入需要RGB三个彩色分量，通过 三个分量的不同比例配合，在显示屏幕上合成 所需要的任意颜色，三种颜色均无时显示黑色。 在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方 程可写成： F=r[R]+g[G]+b[B] 其中，r、g、b为三色系数，r[R]、g[G]、 b[B]为F色光的三色分量。任意一种色光，其色 度可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。

76 (2). 彩色印刷CMYK彩色空间 CMYK彩色空间又称减色法系统。彩色印刷 采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种油墨印刷各 种颜色，通常把这四种颜色简称CMYK。靛蓝、 品红、黄色三种颜色混合在一起时应呈黑色。 在现实中，把等量的靛蓝、品红、黄色油墨混 合在一起产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。

77 (3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间 现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色 摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机，把摄得的 彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个分量 的信号，分别经放大和校正得到RGB信号，再经 过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y 和B-Y，最后发送端将Y、R-Y及B-Y三个信号进 行编码，用同一信道发送出去。这就是常用的 YUV彩色空间。 多媒体计算机中采用了YUV彩色空间，数 字化后通常为Y∶U∶V = 8∶4∶4或者是 Y∶U∶V = 8∶2∶2。

78 美国、日本等国采用的NTSC制，选用了 YIQ彩色空间，Y仍为亮度信号，I、Q仍为色差 信号，但它们与U、V是不同的，其区别是色度 矢量图中的位置不同。 I、Q与V、U之间的关系可以表示成： I=Vcos33o–Usin33o Q=Vsin33o+Ucos33o 选择YIQ彩色空间的好处是，人眼的彩色 视觉特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化 的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能 力最弱。在色度矢量图中，人眼对于处在红、 黄之间，相角为123o的橙色及其相反方向相角 为303o的青色，具有最大的彩色分辨力。

79 (4). HSI彩色空间 在HSI彩色空间中，人们常用H、S、I参数 描述颜色特性，其中H表示色调，S表示颜色的饱 和度，I表示光的强度。HSI彩色空间能够减少彩 色图像处理的复杂性，而且更接近人对色彩的认 识和解释。

80 3. 色彩空间的转换 (1). RGB与YUV和YIQ之间的转换 彩色摄像机最初得到的是经过y校正的RGB 信号，为了和黑白电视机兼容及压缩编码，在传 送过程中包含亮度信号和色差信号，亮度方程简 化如下： Y=0.3R+0.59G+0.11B 三个色差信号B-Y，R-Y，G-Y中有两个是独 立的，另一个可用亮度方程和两个色差信号通过 运算得到。

81 YIQ彩色空间和RGB彩色空间的转换方法是：
将V=0.877(R-Y)，U=0.493(B-Y)，代入下式： I=Vcos33o–Usin33o Q=Vsin33o+Ucos33o (2). HIS与RGB之间的转换

82 2.4.2 模拟视频标准 目前国际上流行的视频制式标准分别为 NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。
模拟视频标准 目前国际上流行的视频制式标准分别为 NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。 美国、日本、中国台湾等地区使用NTSC制 式。 中国及欧洲大多数地区使用PAL制式，PAL 制式规定：每秒25帧，每帧水平扫描线为625条 水平分辨率为 个像素点，采用隔行扫描 方式，场频(垂直扫描频率)为50Hz，行频(水平 扫描频率)为15625Hz。 法国、俄罗斯、非洲地区采用SECAM制式。

83 2.4.3 数字视频 视频数字化是指以一定的速度对模拟视频 信号进行捕获、处理生成数字信息的过程。 1．数字视频标准 2．数字视频的压缩
数字视频 视频数字化是指以一定的速度对模拟视频 信号进行捕获、处理生成数字信息的过程。 1．数字视频标准 2．数字视频的压缩 3．数字视频的特点

84 1．数字视频标准 模拟视频的数字化主要包括色彩空间的 转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。模 拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视 频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分 量，然后用三个模／数转换器对三个分量分别 进行数字化，最后再转换成RGB空间。 为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间 确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员 会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标 准，称为CCIR 601标准。

85 (1). 采样频率为f s =13.5MHz。这个采样频率正
好是PAL、SECAM制行频的864倍，NTSC制行频的 858倍，可以保证采样时采样时钟与行同步信号 同步。 (2). 分辨率与帧率见下表 电视制式 分辨率 帧率 NTSC 640×480 30 PAL、SECAM 768×576 25 (3). 按照采样率为13.5MHz、采样格式4︰2︰2 采样，8位量化，计算出数字视频的数据量为： 13.5(MHz)×8(bit)＋2×6.75(MHz)×8(bit)= 27 Mbyte / s

86 2．数字视频的压缩 视频信息的原始数据存在帧内“空间相关” 和相邻帧间“时间相关”，使原始数据存在大量 的数据冗余。另外，人类视觉、听觉器官具有 某些不敏感性，如对色彩亮度敏感而对色调分 辨力弱等因素，以至于可对某些原非冗余的数 据进行压缩，从而可大幅度地提高压缩比。 目前视频压缩编码方法有多种，其中最有 代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格 式。各种压缩编码算法可用软件、硬件或软硬 件结合的方法来实现。

87 3．数字视频的特点 数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而 模拟视频信号每转录一次，就会有一次误 差积累，产生信号失真。 模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而 数字视频便于长时间的存放。 可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加 特技效果等。 数字视频数据量大，在存储与传输的过程中 必须进行压缩编码。

88 2.4.4 视频采集卡 视频采集卡又称视频捕获卡，是对模拟视 频图像进行捕捉并转化为数字信号的工具。 1. 视频采集卡的功能
视频采集卡 视频采集卡又称视频捕获卡，是对模拟视 频图像进行捕捉并转化为数字信号的工具。 1. 视频采集卡的功能 2. 视频采集卡的工作原理 3. 视频采集卡的安装

89 1. 视频采集卡的功能 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。 视频采集卡不但能把视频图像以不同的视 频窗口大小显示在计算机的显示器上，而且还能 提供许多特殊效果，如冻结、淡出、旋转、镜像 等。

90 2. 视频采集卡的工作原理 视频采集卡的结构如下图所示。 多通道 视频输入 A/D 转换 视频信号 帧存储器 D/A 显示 输出 视频采集控制器 计算机主机

91 3. 视频采集卡的安装 (1). 硬件安装 步骤1 关闭计算机及所有外围设备的电源，并 拔去电源插头。 步骤2 触摸计算机金属外壳并使自己接地，从 而放掉身上的静电。 步骤3 打开主机箱。 步骤4 将视频采集卡插入到主板上16位插槽内 再用螺钉把视频采集卡紧固在机箱上。 步骤5 将机箱重新安装好。 步骤6 视频采集卡与视频信号源的连接如下页 图所示。

92 Windows 98就会自动地显示找到一个新设备，支 持即插即用的采集卡可使用安装向导安装驱动程 序。驱动程序安装完毕后再安装视频捕捉应用软
S-Video输入 Video 1 录像机 摄像机 影碟机 Video 2 (2). 软件安装 视频卡在硬件安装完成之后，开机 Windows 98就会自动地显示找到一个新设备，支 持即插即用的采集卡可使用安装向导安装驱动程 序。驱动程序安装完毕后再安装视频捕捉应用软 件。

93 2.5 多媒体光存储器 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
2.5 多媒体光存储器 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。 光存储技术概述 CD-ROM光盘系统 返回

94 2.5.1 光存储技术概述 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
光存储技术概述 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。 1．系统的组成 2．系统的技术指标 3．光盘系统的分类

95 1．系统的组成 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。

96 2．系统的技术指标 衡量一个光盘系统特性的主要技术指标 包括存储容量、平均存取时间、数据传输率、 接口标准等。 (1). 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。 (2). 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3600B／s。

97 (3). 平均存取时间 平均存取时间是指从计算机向光盘驱动 器发出命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到 需读／写的信息的位置并接受读／写命令为止 的一段时间。光学头沿半径移动全程1／3长度 所需的时间为平均寻道时间。盘片旋转半周的 时间为平均等待时间。把平均寻道时间、平均 等待时间和读／写光学头稳定时间相加，就得 到平均存取时间。 (4). 接口标准 目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI 和IDE两种。SCSI接口型数据传输快，需配备 相应的SCSI控制卡；IDE接口的光驱使用方便 价格便宜。

98 3．光盘系统的分类 按照光盘系统的读写能力，常用的光存储器 件可分为三类：只读型、一次写入型、可重写型。 (1). 只读型(CD-ROM) CD-ROM光盘的内容是在制作光盘时写入的， 用户可任意多次从CD-ROM读取信息，而不能往盘 上写信息。 (2). 一次写光盘系统(CD-WORM) 一次写多次读光盘系统中的光盘，用户可对 其做一次写入内容，以后成为只读光盘。 (3). 可重写型(Rewriteable或Erasable) 可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。它 又分磁光型(MO)和相变型(PC)两种形式。

99 2.5.2 CD-ROM光盘系统 CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)
器通过连线与计算机相连，主要任务是完成对 CD-ROM盘片上的数据读取。 1．CD-ROM盘的结构和读写原理 2．CD-ROM盘的规格 3．CD-ROM驱动器的安装与使用 4．光盘的保养

100 1．CD-ROM盘的结构和读写原理 CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片 的直径为120mm，中心定位孔为15mm，厚度为 1.2mm。CD-ROM盘片用单面存储数据，另一面用 来印刷商标。 CD-ROM盘片的最上层是涂了漆的保护层， 该层上印有商标。第二层是铝反射层，当驱动器 读光盘时用来反射激光光束。第三层是用聚碳酸 脂压制的透明衬底，同时压制出的预刻槽用来对 光道径向定位，信息通常存储在光道上。

101 CD-ROM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。 在CD-ROM盘片上记录信息时，使用功率较 强的激光光源，将其聚集成1μm的光，照射到介 质表面上，并用输入数据来调制光的强弱。激光 束会使介质表面的微小区域温度升高，从而产生 微小的凹坑，于是改变了表面的反射性质，该过 程叫做烧蚀。

102 在读光盘时，CD-ROM驱动器的激光器发出
的激光束经透镜整形和聚焦后照在螺旋磁道上， 对光道进行扫描。由于从凹坑和非凹坑反射回来 的激光强度不同，在边沿发生突变，通过CD-ROM 的光电检测器检测出来，从而读出“0”、“1”信号， 再现原来烧蚀在光道上的信息。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”。 光盘底板 激光束

103 2．CD-ROM盘的规格 根据光盘的信息存储标准，CD-ROM盘的规 格和用途如下。 (1). CD-DA CD-DA(CD-Digital Audio)，是数字激光 唱盘，用来存储音乐歌曲等。它的信息存放标 准是根据国际标准化组织(1SO)红皮书(Red Book)定义的。 (2). CD-ROM CD-ROM信息存放标准是根据1988年 IS09660黄皮书(Yellow Book)定义的。主要用 于作为计算机的辅助存储器。

104 (3). CD-I CD-I(CD-Interactive)在CD-ROM规格的基 础上补充了音频、视频和计算机程序方面的规 定。CD-I光盘可在CD-I交互式光盘系统中播放。 (4). CD-ROM/XA(Extended Architecture) CD-ROM/XA扩充了对数字音频信号的编码。 它是CD-ROM和CD-I之间的“桥梁”型产品，实现了 将声音、视像和文字等资料同时存放在光盘片的 同一轨上。 (5). CD-V CD-V(CD-Video)，常称为VCD，用来记录数 字视频数据。VCD采用CD-ROM/XA格式和MPEG-1标 准保存视频和音频信息。

105 3．CD-ROM驱动器的安装与使用 (1). CD-ROM驱动器的分类 CD-ROM驱动器根据安装方式分，有内置式 和外置式两种；按与计算机的接口方式分，主要 有IDE接口和SCSI接口；按数据传输率分，分为 单速、倍速、4速、8速、24速、48速度等。 (2). CD-ROM驱动器面板的功能介绍 1). CD-ROM驱动器前面板的功能介绍 CD-ROM驱动器前面板如下页图所示。

106 ①打开/关闭/停止按钮用来打开/关闭CD-ROM
驱动器的托盘，②托盘是为放光盘设计的。 ③读盘忙标志指示灯亮时，表示驱动器正在读盘。 ④通过耳机插口插入耳机可以直接收听CD唱盘的 音频信息。⑤耳机音量旋钮可以调节耳机的音量 大小。⑥播放选择按钮用来对CD唱盘的播放和节 目选择进行控制。

107 2). CD-ROM驱动器后面板的功能介绍 以IDE接口的内置CD-ROM驱动器为例： 电源连接插口用于连接电源，可将机箱输 出的直流电源引出的4芯标准插头插入该插口中 CD-ROM提供电力。 数据线连接插口用40针插头插入该口，通 过扁平电缆与硬盘IDE接口电缆并接。 设备主/从跳线用于设置光驱的工作方式。 在这个跳线槽中有三组并列的针，可设置为 “主方式”或“从方式”。 音频信号输出插口可通过音频线直接与声 卡上的CD IN插座相连。当播放CD唱盘VCD盘时， 可以将音频信号接入声卡，经声卡放大后输出。

108 (3). CD-ROM驱动器安装步骤 步骤1 关闭计算机及所有外设的电源并放掉身 上的静电后打开主机箱。 步骤2 卸下一个空闲的用于安装5.25英寸驱动 器的挡板，将CD-ROM驱动器固定在机箱 的支架上。 步骤3 连接电源。 步骤4 设置跳线方式为主方式。 步骤5 连接数据线，将光驱的数据线接入第二 个IDE插座。 步骤6 连接数字音频线。 步骤7 安装完毕后重新盖好机箱盖。 步骤8 安装随机附带的驱动程序。

109 4．光盘的保养 CD光盘的保养方法： (1). 保护光盘不受强光照射，避免将光盘存放在 过热、过冷或潮湿的地方。 (2). 光盘必须放在专用的容器内保存而不能把它 们堆放或叠放在一起。 (3). 当需要把光盘放入计算机光盘驱动器中进行 阅读时，要用手指托住光盘的里、外边缘以 避免指印，并且使标记面朝上，然后放入到 光盘驱动器的托盘中。 (4). 若光盘变脏，可用一块微湿的柔软棉布从中 心向边缘轻轻擦拭，不能沿圆形轨边擦拭。

110 2.6 多媒体输入输出设备 多媒体信息输入计算机以及从计算机输出 到外部需要一些专门的设备，如照片可使用扫描
2.6 多媒体输入输出设备 多媒体信息输入计算机以及从计算机输出 到外部需要一些专门的设备，如照片可使用扫描 仪数字化并输入到计算机，摄像机、录像机的视 频信号也可数字化存储到计算机中，以及图像信 息可通过打印机输出，开发的多媒体应用系统需 要使用刻录机将软件制作成光盘进行传播等。 扫描仪 数码照相机 彩色打印机 返回 CD-R和CD-R刻录机

111 2.6.1 扫描仪 扫描仪是一种图像输入设备，利用光电转换 原理，通过扫描仪光电管的移动或原稿的移动，
扫描仪 扫描仪是一种图像输入设备，利用光电转换 原理，通过扫描仪光电管的移动或原稿的移动， 把黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机 中，它还用于文字识别、图像识别等新的领域。 1．扫描仪的结构、原理 2．扫描仪的类型与性能 3．扫描仪的技术指标 4．扫描仪的选择 5．扫描仪的安装和使用

112 1．扫描仪的结构、原理 (1). 结构 扫描仪由CCD(Charge Coupled Device，电 荷耦合器件阵列)、光源及聚焦透镜组成。CCD排 成一行或一个阵列，阵列中的每个器件都能把光 信号变为电信号。光敏器件所产生的电量与所接 收的光量成正比。

113 (2). 信息数字化原理 以平面式扫描仪为例，把原件面朝下放在扫 描仪的玻璃台上，扫描仪内发出光照射原件，反射 光线经一组平面镜和透镜导向后，照射到CCD的光 敏器件上。来自CCD的电量送到模数转换器中，将 电压转换成代表每个像素色调或颜色的数字值。步 进电机驱动扫描头沿平台作微增量运动,每移动一 步，即获得一行像素值。 扫描彩色图像时分别用红、绿、蓝滤色镜捕 捉各自的灰度图像，然后把它们组合成RGB图像。 有些扫描仪为了获得彩色图像，扫描头要分 三遍扫描。另一些扫描仪中，通过旋转光源前的 各种滤色镜使得扫描头只需扫描一遍。

114 2．扫描仪的类型与性能 (1). 按扫描方式分类 按扫描方式扫描仪分为四种：手动式、平 板式、胶片式和滚筒式。 (2). 按扫描幅面分类 幅面表示可扫描原稿的最大尺寸，最常见 的为A4和A3幅面的台式扫描仪，此外，还有A0大 幅面扫描仪。 (3). 按接口标准分类 扫描仪按接口标准分为三种：SCSI接口、 EPP增强型并行接口、USB通用串行总线接口。

115 (4). 按反射式或透射式分类 反射式扫描仪用于扫描不透明的原稿，它 利用光源照在原稿上的反射光来获取图形信息； 透射式扫描仪用于扫描透明胶片，如胶卷、X光 片等。 (5). 按灰度与彩色分类 扫描仪可分灰度和彩色两种。用灰度扫描 仪扫描只能获得灰度图形。彩色扫描仪可还原彩 色图像。彩色扫描仪的扫描方式有三次扫描和单 次扫描两种。三次扫描方式又分三色和单色灯管 两种。

116 3．扫描仪的技术指标 描述扫描仪的技术指标，主要包括扫描精 度、灰度级、色彩深度、扫描速度等。 (1). 扫描精度 (2). 灰度级 (3). 色彩精度 (4). 扫描速度 (5). 鲜锐度

117 (1). 扫描精度 扫描精度通常用光学分辨率×机械分辨率来 衡量。 光学分辨率(水平分辨率)：指的是扫描仪上的感 光元件(CCD)每英寸能捕捉到的图像点数。光学 分辨率用每英寸点数DPI(Dot Per Inch)表示。光 学分辨率取决于扫描头里的CCD数量。 机械分辨率(垂直分辨率)：指的是带动感光元件 (CCD)的步进电机在机构设计上每英寸可移动的步 数。 最大分辨率(插值分辨率)：指通过数学算法所得 到的每英寸的图像点数。

118 (2). 灰度级 灰度级是表示灰度图像的亮度层次范围的 指标，是指扫描仪识别和反映像素明暗程度的能 力。换句话说就是扫描仪从纯黑到纯白之间平滑 过渡的能力。目前，多数扫描仪用8bit编码即 256个灰度等级。 (3). 色彩精度 彩色扫描仪要对像素分色，把一个像素点 分解为R、G、B三基色的组合。对每一基色的深 浅程度也要用灰度级表示，称为色彩精度。

119 (4). 扫描速度 扫描仪的扫描速度也是一个不容忽视的指 标，时间太长会使其它配套设备出现闲置等待状 态。扫描速度不能仅看扫描仪将一页文稿扫入计 算机的速度，而应考虑将一页文稿扫入计算机再 完成处理总共需要的时间。 (5). 鲜锐度 鲜锐度是指图片扫描后的图像清晰程度。 扫描仪必须具备边缘扫描处理锐化的能力。调 整幅度应广而细致，锐利而不粗化。

120 4．扫描仪的选择 在选购扫描仪时，首要的考虑因素是扫描 仪的精度。扫描仪的精度决定了扫描仪的档次和 价格。目前，600×1200dpi的扫描仪已经成为行 业的标准，而专业级扫描则要用1200×2400dpi 以上的分辨率。 其次要考虑扫描仪的色彩位数。色彩位数 越多，扫描仪能够区分的颜色种类也就越多，所 能表达的色彩就越丰富，能更真实地表现原稿。 对普通用户24bit已经足够。 再次考虑扫描仪的接口类型。

121 5．扫描仪的安装和使用 以FOUNDER F8180U为例说明扫描仪的使用。 (1). 硬件连接与软件安装 步骤1 使用扫描仪随机附送的USB缆线的一端连 接至扫描仪背面板，将另一端连接计算 机的USB接口。 步骤2 连接电源。 步骤3 安装驱动程序，在安装时注意选USB为扫 描接口方式。 步骤4 安装附送的OCR(文字识别)软件。

122 (2). 扫描仪的使用 步骤1 打开扫描仪电源。 步骤2 启动方正扫描程序。扫描操作界面包括 “设置”和“预览”两个窗口，如下图所示。

123 步骤3 将需扫描的图片在扫描仪面板上摆正。 步骤4 设定合适的扫描参数。在扫描设置界面中 提供扫描图像类型设定、扫描分辨率设定 缩放比例设定、亮度和对比度调节、色彩 校正、滤镜和去网等参数设定。 步骤5 单击“预览”按钮，扫描仪预扫。 步骤6 确定扫描区域，移动、缩放扫描仪窗口 的矩形取景框至合适大小、位置。 步骤7 单击“扫描”，扫描图像。 步骤8 保存扫描得到的图像。

124 2.6 2 数码照相机 数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部 件。它把进入镜头照射于电荷耦合器件上的光影
数码照相机 数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部 件。它把进入镜头照射于电荷耦合器件上的光影 信号转换为电信号，再经模/数转换器处理成数 字信息，并把数字图像数据存储在相机内的磁介 质中。 1. 数码相机的结构 2. 数码照相机的工作过程 3. 数字照相机的主要技术指标

125 1. 数码相机的结构 (1). CCD矩形网格阵列 数码照相机的关键部件是CCD。数字相机的 CCD阵列是排成一个矩形网格分布在芯片上，形成 一个对光线极其敏感的单元阵列，使照相机可以 一次摄入一整幅图像。 CCD是数字照相机的成像部件，可以将照射 于其上的光信号转变为电压信号。CCD芯片上的每 一个光敏元件对应将来生成的图像的一个像素， CCD芯片上光敏元件的密度决定了最终成像的分辨 率。

126 (2). 模数转换器 相机内的A/D转换器将CCD上产生的模拟信 号转换成数字信号，变换成图像的像素值。 (3). 存储介质 数字照相机内部有存储部件，通常存储介 质由普通的动态随机存取存储器、闪速存储器或 小型硬盘组成。存储部件上可存储多幅图像，它 们无需电池供电也可以长时间保存数字图像。 (4). 接口 图像数据通过一个串行口或SCSI接口或USB 接口从照相机传送到计算机。

127 2. 数码照相机的工作过程 用数字照相机拍照时，进入照相机镜头的 光线聚焦在CCD上。当照相机判定已经聚集了足 够的电荷（即相片已经被合适地曝光）时，就 “读出”在CCD单元中的电荷，并传送给模数转换 器，模数转换器把每一个模拟电平用二进制数量 化。从模数转换器输出的数据传送到数字信号处 理器中对数据进行压缩后存储在照相机的存储器 中。

128 3. 数字照相机的主要技术指标 (1). CCD像素数。数码相机的CCD芯片上光敏元 件数量的多少称之为数码相机的像素数，是目前 衡量数码相机档次的主要技术指标，决定了数码 相机的成像质量。 (2). 色彩深度。色彩深度用来描述生成的图像 所能包含的颜色数。数字照相机的色彩深度有 24Bit、30Bit、高档的可达到36Bit。 (3). 存储功能。影像的数字化存储是数码相机 的特色，在选购高像素数码相机时，要尽可能选 择能采用更高容量存储介质的数码相机。

129 2.6.3 彩色打印机 打印机作为输出设备，可打印文本、图像 信息。如果需要获得接近照片效果的高质量打 印，可选择激光彩色打印机。
彩色打印机 打印机作为输出设备，可打印文本、图像 信息。如果需要获得接近照片效果的高质量打 印，可选择激光彩色打印机。 激光彩色打印机使用4个鼓，处理过程极 其复杂。主要由着色装置、有机光导带、打印机 控制器、激光器、传送鼓、传送滚筒及熔合固化 装置构成。

130 2.6.4 CD-R和CD-R刻录机 通过光盘刻录机可将大量的多媒体信息写 到CD-R可记录式光盘上。 1. CD-R盘片的特点

131 1. CD-R盘片的特点 (1). CD-R盘片的尺寸与CD-ROM盘相同。 (2). CD-R与CD-ROM兼容，写入CD-R盘上信息可 在CD-ROM驱动器上读出。 (3). 用户在CD-R盘上写入信息后不得再擦除。 根据ISO9660橙皮书标准，虽不能把以前写 入的数据擦除，但允许在CD-R盘的空白部 分多次写入数据。

132 2. CD-R的刻录和读取原理 CD-R与CD-ROM记录数据的方法相同，也是 将数据由内向外刻录在螺旋轨道上。 使用CD-R刻录机刻录CD-R盘的原理如下： 将刻录机的写激光聚焦后，通过CD-R空白盘的 聚碳酸脂层照射到有机染料层的表面上，激光 束照射时产生的热量将有机染料烧熔，在光道 上形成光痕。 必须注意在CD-R刻录数据过程中工作不能 中断。如果CD-R在螺旋轨道上顺序刻写数据时， 中途由于某种原因使得刻录中断，则再次刻录 时CD-R无法找到中断时的位置，这张CD-R盘就 报废了。

133 3. CD-R盘片的凹坑标记 CD-R录制机采用光学而不是物理方式模拟 凹坑和非凹坑。它是一种带有金层(取代铝反射 层)和染料层的盘片(染料层为半透明，以便金层 反射激光)。染料层经烧熔后形成微斑，反射率 降低，起凹坑作用。压制CD-R盘的印模具有很长 的螺旋形脊背，使压制的CD-R盘形成预刻槽。预 刻槽是摆动的，用于跟踪记录期间的轨迹。

134 4. CD-R刻录机的选择 衡量CD-R刻录机性能的技术指标主要包括它 所支持的CD数据格式种类、刻录方式、读速度、 缓存器大小、平均无故障时间和数据错误率等。 (1). 数据格式。在选购前，首先应弄清要刻录什 么格式的盘，再选择刻录机的类型及配套刻录软 件。CD-R刻录机及其配套软件包应支持红皮书、 黄皮书、橙皮书、绿皮书、白皮书及CD-ROMXA 标准。现有的CD-R刻录机一般均支持CD-DA、 CD-ROM、CD-ROM/XA、VCD和CD-I五种光盘数据格 式。

135 (2). 刻录方式。CD-R刻录机的刻录方式有整盘
刻录、轨道刻录和多段刻录三种。 整盘刻录必须将不超过光盘容量的所有数 据一次性写入CD-R光盘。轨道刻录和多段刻录则 允许用户分多次将数据按轨道记录到CD-R盘上， 但是多次写入数据会有盘片空间浪费。 (3). 刻录机的写入速度。刻录机的写入速度可 分为1X(单倍速)、2X(双倍速)和4X(四倍速)等。 (4). 缓存区(Buffer)的容量。 (5). 平均无故障时间(MTBF)。 (6). 数据可靠性。

136 5. CD-R盘片的刻录 CD-R盘的制作一般可分为数据准备、文件 集中和组织、预主录(卷特性、文件表)、模拟、 ISO9660映像等步骤。 最终录制之前的整个过程统称预主录。预 主录包括选择光盘卷结构、选择目录和文件、规 定文件属性。规定这些信息后，预主录软件将对 源目录扫描并报告任何不一致性。然后阅读数据 文件并写出映像文件(该映像文件基本上已是一 个具有完整CD卷的拷贝)。在这个阶段，有些软 件包把该映像文件作为检验的模拟CD使用。 在整个录制过程中，记录系统的数据速率 必须保持恒定。

137 6. CD-R刻录机的安装与使用 以IDE接口的清华同方CDD 8432刻录机为例 进行说明。 (1). 刻录机的安装 步骤1 关闭计算机及所有外设的电源并放掉身 上的静电后打开主机箱。 步骤2 卸下一个空闲的用于安装5.25英寸驱动 器的挡板，将CD-R刻录机固定在机箱的 支架上。 步骤3 连接电源。 步骤4 连接IDE数据线， 步骤5 安装完毕后重新盖好机箱盖。 步骤6 安装随机附带的驱动程序及刻录软件。

138 (2). 刻录机的使用 步骤1 将一张空白CD-R盘放入刻录机托盘内。 步骤2 单击计算机“程序”菜单的“Easy CD Creator”，刻录机操作界面如下图所示。

139 步骤3 在操作界面中选择刻录的数据格式。若 想制作一张数据光盘，则在操作界面中 单击“数据CD”按钮，弹出数据CD窗口。 步骤4 在数据CD窗口中从资源管理器选择所需 刻录的数据文件或文件夹，然后单击工 具栏上的“添加”工具图标，将所选文件 添加到数据CD版面中，如下图所示。

140 步骤5 重复步骤4，直到数据CD版面包含想刻录
的所有文件和文件夹。 步骤6 单击工具栏上的“制作CD”工具图标，弹出 下图所示对话框。

141 步骤7 在CD制作设置对话框中目标设备区设置
写入速度、复制数量，制作选项区选择 制作CD盘时是否进行数据测试，写入方 式区设置刻录机的刻录方式。 步骤8 CD制作进程窗口如下图所示。系统首先 生成系统文件，接着写出映像文件，然 后刻录到CD-R盘片轨道上。

142 本章小结 多媒体计算机系统由硬件和软件组成。硬件 系统主要包括计算机主要配置和各种外部设备以及 与各种外部设备连接的控制接口卡(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。 多媒体技术快速发展使得多媒体个人计算机 迅速普及，人们利用MPC进行工作、学习和娱乐。 Windows98操作系统的多任务特性可使你在美妙的 音乐声中轻松地工作。

143 使用声卡可对模拟音频信号进行采样量化 成数字信号，采样频率、量化位数和声道数影响 录音波形文件的质量。数字波形信号占很大的存 储空间，为提高计算机处理音频信号的效率，可 以使用多种编码对其进行压缩。利用MIDI设备和 声卡，作曲家可在计算机上作曲，并且可以灵活 地编辑，如改变音色、音调、乐曲速度等。 在Windows98操作系统下的MPC上，使用操 作系统自带“媒体播放机”软件即可实现对数字视 频文件的播放功能。然而，若将电视或录像机中 播放的模拟视频信号转化为计算机能识别的数字 视频信号，则需要使用视频采集卡捕捉来自视频 源的图像并经模/数转换、压缩存储到计算机中。

144 动态图像可用视频采集卡将模拟视频输入 到计算机，而扫描仪可将静态图像输入到计算机 或直接使用数字照相机拍摄图像输入计算机中。 数字化的多媒体信息量非常大，要占用巨 大的存储空间，传统的信息载体无法满足它的要 求，CD光盘具有存储容量大、工作稳定、密度高 寿命长、便于携带、价格低廉等优点，成为多媒 体信息存储普遍使用的载体。只要计算机系统配 备CD-ROM驱动器即可读取将光盘上的信息。小批 量的多媒体信息光盘可用CD-R刻录机把信息记录 到CD-R盘片上。