1.2 多媒體計算機基礎

多媒體個人計算機（Multimedia Personal Computer,MPC），指具有多媒體功能的個人計算機。1990年，由多家計算機廠商聯合制定了MPC 產品的統一標準 MPC-Ⅰ標準。它規定了MPC硬件的最低規格。隨后1993年、1995年又先后制定了MPC-Ⅱ和MPC-Ⅲ標準。MPCⅢ標準規定的最低規格如下。

●微處理器（CPU）:75MHz Pentium（奔騰）。

●內存（RAM）:8MB。

●硬盤：50MB。

●光盤驅動器（CD-ROM）：數據傳輸率為600kbit/s（4倍速）。

●顯示器：能進行顏色空間轉換和縮放的Super VGA,640×480分辨率，65 535色。

●聲卡：16位聲卡，波表合成技術，MIDI播放。

●視頻播放：可進行MPGE1播放，聲頻/視頻同步，30f/s（幀/秒）。

●輸入/輸出端口（I/O）:MIDI接口、游戲標桿端口、串口、并口。

多媒體計算機硬件設備連接如圖1-8所示。

1.2.1 多媒體計算機的輸入/輸出設備

一個完整的計算機系統包括兩大部分：硬件和軟件。硬件又分為主機和外部設備，外部設備在整個計算機硬件系統中占有絕大部分的比重。而在外部設備中，輸入設備和輸出設備占據了大部分的比重，可見其重要性。下面將從輸入輸出兩個方面分別進行介紹。

1.輸入設備

輸入設備是向計算機輸入信息的外部設備。它將程序、數據、命令以及某些標志等信息按一定要求轉換成計算機能夠接收的二進制代碼，并輸送到計算機中進行處理的外部設備。按輸入的信息形態不同，輸入設備可以分為字符輸入，圖形輸入，圖像輸入以及語音輸入等。按功能和結構的不同，又可分為鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀、數字化儀、數碼影像輸入設備、觸摸屏和語音識別器裝置等。下面以上述第二種分類法介紹常用的輸入設備。

（1）鍵盤

鍵盤是常見的計算機輸入設備之一，它廣泛應用于微型計算機和各種終端設備上，計算機操作者通過鍵盤向計算機輸入各種指令、數據來指揮計算機的工作。計算機的運行情況輸出到顯示器，操作者可以很方便地利用鍵盤和顯示器與計算機對話，對程序進行修改、編輯，控制和觀察計算機的運行。鍵盤如圖1-9所示。

（2）鼠標

鼠標是常用計算機輸入設備之一，也是計算機顯示系統縱橫坐標定位的指示器，因形似老鼠而得名“鼠標”。鼠標分有線和無線兩種。

鼠標按其工作原理及其內部結構的不同可以分為機械式、光機式和光電式。

鼠標和鍵盤構成了計算機的基本輸入設備。

（3）掃描儀

掃描儀（Scanner）是一種捕捉圖像（照片、文本、圖畫、膠片等，甚至三維圖像），并將其轉化為計算機可以顯示、編輯、存儲和輸出的格式的數字化輸入設備。掃描儀是一種精密的集光學、機械、電子于一身的高科技產品，是多媒體計算機的一種功能極強的輸入設備。

掃描儀主要可分為三類：滾筒式掃描儀和平面掃描儀，以及近幾年才有的筆式掃描儀、便攜式掃描儀、膠片掃描儀、底片掃描儀和名片掃描儀等。掃描儀如圖1-10所示。

掃描儀的技術指標有分辨率、灰度級、色彩數、掃描速度及掃描幅面等。

分辨率分為水平分辨率和垂直分辨率。水平分辨率（光學分辨率）：由掃描儀的傳感器以及傳感器中的單元數量決定，分辨率越高，掃描的圖像越清晰。垂直分辨率（機械分辨率）由步進電機在平板上移動時所走的步數決定。

灰度決定圖像亮度的層次范圍，灰度越高圖像層次越豐富，目前可達256級灰度。色彩位，決定掃描儀對顏色的區分能力。一般的掃描儀至少有30位色彩位數，高檔掃描儀擁有36位色彩位數。掃描幅面是掃描儀支持的幅面大小，如A4、A3、A1和A0。

（4）數碼影像輸入設備

其主流產品有數碼相機、數碼攝像機和數字攝像頭3種。數碼影像輸入設備如圖1-11所示。

數碼相機又稱數字相機。它是一種與計算機配套使用的、新型的數碼影像設備。數碼相機的分類方法很多，各有其特點和局限性。按所采用的圖像傳感器分類，數碼相機可以分為線陣CCD相機、面陣CCD相機和CMOS相機；按其對計算機的依賴程度分類，可分為脫機型相機和聯機型相機；按機身結構分類，可分為簡易型相機、單反型相機和后背型相機；按使用對象分類，可分為家用型相機、商業型相機和專業型相機。數碼相機的主要性能指標包括分辨率、彩色深度、光學鏡頭、鏡頭焦距、光圈和快門、白平衡、感光度、曝光補償、曝光模式。

DV（Digital Video）是多家著名家電巨擘聯合制定的一種數碼視頻格式。但在絕大多數場合DV則是代表數碼攝像機，它不僅可以記錄活動圖像，而且能夠拍攝靜態圖像——相當于數碼相機的功能，且記錄的數字圖像可以直接輸入計算機進行編輯處理，從而使其應用領域大大擴展，成為多媒體計算機的一種重要的輸入設備。

數字攝像頭是隨著互聯網的發展而誕生的一種新的高科技的數碼影像產品，是集靈活性、實用性和可擴展性于一身的網絡視頻通信產品。它被廣泛地運用于視頻會議、遠程醫療及實時監控等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網絡進行有影像、有聲音的交談和溝通。另外，人們還可以將其用于當前各種流行的數碼影像、影音處理。

（5）觸摸屏

觸摸屏（Touch Screen）又稱觸控屏、觸控面板，是一種可接收觸頭等輸入信號的感應式液晶顯示裝置。觸摸屏是一種最新的計算機輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。觸摸屏如圖1-12所示。

觸摸屏是一種屏幕定位設備，當用戶觸及顯示屏時，觸摸屏就能檢測到手指所觸摸的屏幕位置，并將該位置坐標傳給計算機。根據檢測裝置不同，觸摸屏可分為電阻式、電容式、紅外線式和聲表面波式。

（6）其他輸入設備

除此之外，其他輸入設備還有：手寫輸入板、游戲桿、語音輸入裝置等。

2.輸出設備

輸出設備（Output Device）是計算機硬件系統的終端設備，用于接收計算機數據的輸出顯示、打印、聲音，控制外圍設備操作等，也用于把各種計算結果數據或信息以數字、字符、圖像、聲音等形式表現出來。常見的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統、語音輸出系統、磁記錄設備等。

（1）顯示設備

顯示設備，是多媒體計算機系統中實現人機交互的實時監視的外部設備，是計算機不可缺少的輸出設備。顯示設備主要由顯示器件和有關電路組成，能提供符合視覺感受因素的視覺信息。按顯示器件分類，可分為陰極射線管（CRT）、等離子顯示板（PDP）、發光二極管（LED）、液晶顯示（LCD）等。各種顯示器如圖1-13所示。

CRT顯示器曾經是應用最廣泛的顯示器之一，具有可視角度大、無壞點、色彩還原度高、色度均勻、可調節的多分辨率模式、響應時間極短等LCD顯示器難以超過的優點。

LCD顯示器即液晶顯示器，優點是機身薄、占地小、輻射小，但液晶顯示屏不一定可以保護到眼睛，這需要看個人使用計算機的習慣。

LED顯示屏（LED Panel）中LED就是Light Emitting Diode（發光二極管）的英文縮寫。它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、視頻等各種信息的顯示屏幕。

等離子顯示器（Plasma Display Panel,PDP）是采用了近幾年來高速發展的等離子平面屏幕技術的新一代顯示設備。其優點是：厚度薄、分辨率高、占用空間少且可作為家中的壁掛電視使用。

另外還有3D 顯示器，代表了顯示技術的未來發展趨勢，多年來有許多企業和研究機構從事此方面的研究。

（2）打印機

打印機（Printer）是一種計算機輸出設備，可以將計算機內儲存的數據按照文字或圖形的方式永久地輸出到紙張或者透明膠片上。它可以按多種分類方法分類，按打印的實現方法分類，可以分為擊打式和非擊打式；按輸出方式分，可以分為字符式、行式和頁式；按工作原理可以分為機電式、激光式、噴墨式、熱感應式和靜電式。目前市場上的主流產品是針式打印機、噴墨打印機和激光打印機。針式打印機如圖1-14所示。

打印機的性能指標主要有分辨率、打印速度、預熱時間、打印幅面、墨盒（硒鼓）的使用壽命等。

（3）繪圖儀

自動繪圖儀是直接由電子計算機或數字信號控制，用以自動輸出各種圖形、圖像和字符的繪圖設備。

繪圖儀的種類很多，按結構和工作原理可以分為滾筒式和平臺式兩大類：滾筒式繪圖儀結構緊湊，繪圖幅面大。但它需要使用兩側有鏈孔的專用繪圖紙。平臺式繪圖儀繪圖精度高，對繪圖紙無特殊要求，應用比較廣泛。

（4）投影儀

投影儀是現在使用的越來越廣泛的一種重要的輸出設備，它能連接在計算機的顯示器輸出端口上，把應該在顯示器上顯示出來的內容投射到大屏幕甚至一面墻壁上，非常適合于課堂教學以及其他演示活動。目前的數據投影器可以達到像看計算機屏幕一樣的良好的投影效果。

還有一種與數據投影器功能相仿的設備數據投影板，是一塊與計算機屏幕差不多大小的平板顯示器。只要把它放在普通投影儀上，屏幕顯示就可以通過投影儀的光學系統投射到大屏幕或墻面上。數據投影板體積小，使用和攜帶都比較方便。

1.2.2 多媒體計算機的存儲設備

存儲設備是用于儲存信息的設備，通常是將信息數字化后再以利用電、磁或光學等方式的媒體加以存儲。常見的存儲設備分為磁盤存儲設備、光存儲設備及固態存儲設備等。

1.磁盤存儲設備

磁盤存儲器是以磁性物質為存儲介質的存儲器。它是利用磁記錄技術在涂有磁記錄介質的旋轉圓盤上進行數據存儲的輔助存儲器；具有存儲容量大、數據傳輸率高、存儲數據可長期保存等特點；在計算機系統中，常用于存放操作系統、程序和數據，是主存儲器的擴充。其發展趨勢是提高存儲容量，提高數據傳輸率，減少存取時間，并力求輕、薄、小。常見的磁盤存儲設備有硬盤、軟盤等，是計算機最基本的配置。

2.光存儲設備

光存儲設備現在主要有CD光驅、DVD光驅、CD刻錄機、DVD刻錄機等。光盤和光驅如圖1-15所示。

CD-ROM（Compact Disc Read-Only Memory）即只讀光盤，是一種在計算機上使用的光碟。這種光碟只能寫入數據一次，信息將永久保存在光碟上，使用時通過光碟驅動器讀出信息。

CD-R 是一種一次寫入、永久讀出的標準。CD-R 光盤寫入數據后，該光盤就不能再刻寫了。刻錄得到的光盤可以在CD-DA或CD-ROM驅動器上讀取。

CD-RW是一種可擦寫光盤。CD-RW光盤與CD-R光盤主要有3個方面不同：可重寫（次數多，一般幾百次），價格更貴，反射率更低。

DVD 數字多功能光盤通常用來播放標準電視機清晰度的電影和高質量的音樂以及存儲大容量數據。

DVD+RW：可反復寫入的DVD光盤，又叫DVD-E，是由HP、SONY、Philips共同發布的一個標準。

3.固態存儲設備

固態存儲設備（Solid-state Storage），又被稱為閃存（Flash Memory）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息）的存儲器，通過USB（通用串行總線）接口與主機相連，即插即用。

閃存主要有以下優點：體積小、抗震強、讀取速度快、存儲數據更加安全、質量輕等。

1.2.3 多媒體計算機的其他配件

多媒體計算機的硬件設備除了輸入/輸出設備、儲存設備以外，還含有音頻卡、顯卡、視頻卡、網絡接口等。

1.音頻卡

音頻卡也被稱為聲卡，是多媒體計算機的主要部件之一，是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件。聲卡通過插入主板擴展槽中與主機相連，卡上的輸入、輸出接口可以與相應的話筒、揚聲器等輸入輸出設備相連。聲卡的基本功能是把來自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號加以轉換，輸出到耳機、揚聲器、擴音機、錄音機等聲響設備，或通過音樂設備數字接口（MIDI）使樂器發出美妙的聲音。

（1）音頻卡的工作原理

音頻卡從話筒中獲取聲音模擬信號，通過模數轉換器（A/D），將聲波振幅信號采樣轉換成一串數字信號，存儲到計算機中。重放時，這些數字信號送到數模轉換器（D/A），以同樣的采樣速度還原為模擬波形，放大后送到揚聲器發聲。這一技術稱為脈沖編碼調制技術。

（2）音頻卡的功能

音頻卡主要有以下幾個功能。

●音頻的錄制與播放。利用聲卡上的模數轉換器，經過采樣和量化，將模擬音頻轉為數字音頻，以WAV等音頻文件格式存儲。

●音頻的編輯與合成。可以對計算機中的音頻信息進行多種效果的編輯處理，如去噪聲、增加回聲、淡入淡出等。

●設備連接。利用音頻卡上的CD-ROM接口可以連接CD-ROM光盤驅動器，MIDI接口可以連接帶MIDI的電子樂器。另外，音頻卡還可以連接盒式錄音機、游戲操縱盤等設備。

●文語轉換和語音識別。音頻卡上的DSP數字信號處理器可以用來實現文語轉換和語音識別功能。聲卡與外部設備的連接如圖1-16所示。

2.顯卡

顯卡剛剛出現的時候被稱之為“圖形加速卡”，顯卡的全稱是顯示接口卡（Video card、Graphics card），又稱顯示適配器（Video Adapter）或顯示器配置卡，是計算機最基本配置之一。顯卡由視頻控制器、顯存和顯示處理器3部分組成。

（1）顯存

顯存是顯示內存的簡稱。其主要功能就是暫時儲存顯示芯片要處理的數據和處理完畢的數據。圖形核心的性能越強，需要的顯存也就越多。

（2）顯卡的分類

顯卡分為集成顯卡、獨立顯卡和核芯顯卡。

集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關電路都集成在主板上，與其融為一體的元件，集成顯卡的顯示芯片有單獨的，但大部分都集成在主板的北橋芯片中。集成顯卡的優點是功耗低、發熱量小、部分集成顯卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯卡，所以不用花費額外的資金購買獨立顯卡。其缺點是性能相對略低，且固化在主板或CPU上，本身無法更換，如果必須換，就只能更換主板。

獨立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨立的板卡存在，它需占用主板的擴展插槽。獨立顯卡的優點是單獨安裝的顯存，一般不占用系統內存，在技術上也較集成顯卡先進得多，比集成顯卡能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進行顯卡的硬件升級。其缺點是系統功耗有所加大，發熱量也較大，需額外花費購買顯卡的資金，同時（特別是對筆記本電腦）占用更多空間。

核芯顯卡是新一代的智能圖形核心，它整合在智能處理器當中，依托處理器強大的運算能力和智能能效調節設計，在更低功耗下實現同樣出色的圖形處理性能和流暢的應用體驗。

3.視頻卡

多媒體計算機中處理動態圖像的適配器又稱為視頻卡。視頻卡通過插入主板擴展槽與主機相連。其功能是將視頻信號采集到計算機中，以數據文件的形式保存在硬盤上。視頻卡的接口可連接攝像機、影碟機、錄像機和電視機設備等。視頻卡如圖1-17所示。

（1）視頻卡的工作原理

視頻采集卡又稱視頻捕捉卡，用它可以獲取數字化視頻信息，并將其存儲和播放。其功能是將視頻信號采集到計算機中，以數據文件的形式保存在硬盤上。它是我們進行視頻處理必不可少的硬件設備，通過它對數字化的視頻信號進行后期編輯處理，比如剪切畫面，添加濾鏡、字幕和音效，設置轉場效果，以及加入各種視頻特效等，最后將編輯完成的視頻信號轉換成標準的VCD、DVD以及網上流媒體等格式，方便傳播。

（2）視頻卡的分類

視頻卡的類型有多種，下面介紹幾種常見的視頻卡。

●視頻采集卡：通過視頻采集卡，我們就可以把攝像機拍攝的視頻信號從攝像帶上轉存到計算機中，利用相關的視頻編輯軟件，對數字化的視頻信號進行后期編輯處理。

●視頻疊加卡：可將計算機的VGA信號與視頻信號相疊加，然后把疊加的信號在顯示器上顯示。視頻疊加卡主要用于對連續圖像進行處理，產生特技效果。

●壓縮/解壓縮卡：利用壓縮/解壓縮卡可用來對連續的圖像進行壓縮和解壓。

●電視編碼卡：可以將計算機的VGA信號轉成視頻信號。這種卡一般用于把計算機屏幕信息發送到電視機或錄像設備。

4.網絡接口

網絡接口是實現多媒體通信的重要 MPC 擴充部件。計算機和通信技術的結合需要專門的多媒體外部設備（如視頻電話機、傳真機、LAN和ISDN）將數據量龐大的多媒體信息傳送出去或接收進來。

1.2.4 多媒體操作系統

多媒體操作系統是多媒體計算機系統的核心，負責多媒體環境的多任務調節、媒體的同步、多媒體外部設備的管理等。

1.多媒體操作系統的要求

●實時性：多媒體操作系統必須處理實際媒體，滿足實時性要求。

●多任務：傳統的操作系統一般都具備多任務能力，但多媒體操作系統要求更高，如實現任務間的同步。

●大內存的管理能力：如滿足實時性的虛擬內存技術。

●可擴展性：設備的獨立、可擴展性，支持快速外圍設備。

●集成性：具有滿足各種媒體間的方便的集成方法（如文件管理技術）。

●快速的圖形處理技術：可快速地對圖形進行分析以達到所需的結果。

2.常見的多媒體操作系統

現在常用的多媒體操作系統有Mac OS操作系統和Windows操作系統。

（1）Windows操作系統

Windows 95以后的操作系統就屬于多媒體操作系統。Windows XP以后更是從系統級上支持多媒體功能，給用戶提供了更加豐富多彩的交互式多媒體環境。

（2）Mac OS操作系統

Mac系統是蘋果機專用系統，是基于UNIX內核的圖形化操作系統，增強了系統的穩定性、性能和響應能力。

1.2.5 多媒體創作及應用軟件

多媒體應用軟件主要是一些創作工具或多媒體編輯工具，包括文字處理軟件、圖形圖像處理軟件、動畫制作軟件、聲音編輯軟件以及視頻編輯軟件。這些軟件，概括來說，分別屬于多媒體播放軟件和多媒體制作軟件。

常見的多媒體軟件如下。

●文字處理：記事本、寫字板、Word、WPS等。

●圖形圖像處理：Photoshop、CorelDraw、Freehand、AutoCAD等。

●動畫制作軟件：Autodesk Animator Pro、3ds Max、Maya、Flash等。

●聲音編輯軟件：Ulead Media Studio、Sound Forge、Audition（Cool Edit）、Wave Edit等。

●視頻編輯軟件：繪聲繪影、Adobe Premiere、After Effects等。

●媒體播放軟件：Realplayer、KMplayer、暴風影音、千千靜聽等。

●即時通信軟件：QQ、MSN等。

●圖像瀏覽軟件：ACDSee、美圖看看等。