第二章_多媒体系统结构

一、多媒体系统结构

在第一章中，我们介绍了多媒体的一些基础内容，我想大家已经有了一个初步的认识，今天我们继续从宏观的角度学习一下多媒体的组成结构。前边我们提到过，多媒体计算机系统是由两个大类组成的，即多媒体硬件系统和软件系统，我们这章的学习重点是让大家了解多媒体计算机的硬件和外围设备，关于多媒体系统软件部分的内容我们简要的介绍一下，后边会有专门的课程安排大家来学习。

上一节内容中我们说多媒体技术的兴起时在20世界80年代，也就是我们所的那三个MPC标准的界定（上MPC图）。时至今日，多媒体技术也已经成功地渗透到了教育、医疗、影视、娱乐、咨询、设计、军事等各行各业。这个过程中多媒体技术在向着智能化和立体化两个方向发展。一方面我们说图像处理、语音识别、虚拟现实在蓬勃发展，人们与计算机的交互正在从机器语言的方式转变为直接通过语言行为等自然交往的方式进行；另一方面，随着网络、通讯等技术的高速发展，多媒体的实时性水平也在逐步提高。

现在我们来看一下，完整的多媒体计算机系统应该包含以下几个层次：（列五层结构的示意图）

我们看到第一层也是最底层是多媒体计算机的硬件系统也是我们今天课程学习的重点，包括了。。。。。（表上内容），这一层的主要任务就是综合处理图文，声像信息，同时需要对多媒体信息进行实时的压缩与解压缩。

第二层是多媒体的软件系统，包括了。。。。。这里操作系统的主要功能在于进行任务调度，提供用户界面管理功能和同步控制多媒体设备，而通讯软件则包含了我们平时常用的QQ，微信，SKYPE这些与其他用户进行沟通软件。

第三层是多媒体应用程序接口API，这一层的意义在于沟通软硬件，让程序员能够通过软件控制计算机硬件。

第四层是多媒体著作工具及软件，利用图形图像软件，视频处理软件，音频处理软件来制作多媒体作品和素材，比如说PPT，PHOTOSHOP，audition这些都是我们所说的多媒体著作工具及软件。

第五层也就是最上层是多媒体应用系统，这一层直接面对的是广大用户为大家提供各种需求的服务。

二、多媒体计算机硬件简介

下面我从几个时期来看一下多媒体硬件是如何发展和进化以不断满足人们的服务需求的。我们说在早期，多媒体计算机要快速实时的完成视频和音频的压缩解压缩以及图像特效（比如说缩放，旋转，淡入淡出，雾化，阴影）以及图形处理等等呢，常常需要一些专用的硬件来完成。在后边的实验课程中我会教大家如何制作图像特效让大家自己动手体会，现在我们还是专注于理论方面的认识和理解。

1995年，VCD开始流行，它的造型（上VCD图）和我们见到的光盘基本是一致的，它的数据格式是MPEG。而当时对应的计算机CPU基本上是486系列，主频极低如果用这样的计算机直接播放VCD，不但颜色失真而且每秒只能播放几帧的画面，卡顿明显。为了解决这个问题，开发出了一种MPEG专用的解压卡，也就是电影卡，从而减轻了CPU的符合让VCD的流畅播放得以实现。

21世纪，三维技术高度发展，3D游戏逐渐取代2D游戏成为主流。我们前边说过3D 游戏或者的电影的一大特点是需要先建立一个三维的虚拟世界。在这个世界中所有的物体都是由若干个三角形或者是四边形组成，比如说这个球体在三维世界中的结构就是这样的，全部是四边形围起来的（上图）。我们理解了这个三维世界以后还要知道只有这些三维模型是远不能达到我们想要的亦真亦幻的效果的，我们还需要后续添加灯光、材质、特效、动画等

等要素。那么这些内容在于人的交互中千变万化，以当时显卡和CPU的工作效率来说也很难完成。于是人们又开发出了V oodoo卡（上图），也就是图形加速卡同样使得问题得到解决。这里我们说只有3D游戏存在这个问题而3D动画电影则不会被这个问题困扰，为什么？有没有同学愿意说一下自己的看法？因为三维动画电影在制作的过程中与3D游戏非常相近，但它们最大的区别在于3D游戏存在大量交互内容，而3D电影则没有。也就是说观众无法控制动画电影的流程和发展，那么动画电影就可以通过专业计算机生成最终结果与视频或者是胶片的形式播放给观众，它呈现最终效果时就不需要CPU进行三维方面的运算了。而我们说3D游戏中用户会左右游戏世界的发展，所以在制作时无法按照线性的方式得出最终结果，因此很多内容都需要在个人计算机中运算，因此造成了3D游戏对计算机配置的苛刻要求，而动画电影则对硬件配置几乎没有什么要求。

我们刚才看到的这两块图形处理卡体积还是比较大的，随着科技的发展我们现在的家用计算机已经不需要它们，大多数的媒体处理功能都被集成在小小CPU中，从而进一步实现了计算机的微型化，这是计算机系统结构的革命性创新。当然在一些专业领域需要同时对多个多媒体数据进行加工还是需要用到专门的媒体处理器。

说了这么多，那么多媒体计算机高速发展的意义何在？一方面我们说它在不断满足我们日益增长和多样化的服务需求，另一方面就是不断地优化这些服务，让用户界面更友好，便捷，美观，同时提供更丰富的输入输出设备。我们可以通过WINDOWS操作系统历史版本的变化感受到同一个操作系统在用户体验方面的不断完善，其实每一款软件想要不断发展壮大，用户界面都是非常重要的一环，因为我们说无论开发者使用多先进的技术最终呈现在普通用户面前的还是用户界面，这有这一环节做好了，才能被用户认可，用户可不会关注你用了多牛的技术，那些都是领域内的人自己该讨论的问题。

三、多媒体I/O设备

好的，现在我们来介绍一下种类丰富的I/O设备，我们看I/O就是输入/输出（Input /Output ）输入/输出，指的是一切操作、程序或设备与计算机之间发生的数据传输过程。那么输入/输出设备，就是指可以与计算机进行数据传输的硬件。

1.扫描仪

我们先来看扫描仪，他其实就是一个模拟信号和数字信号的转换器，它把模拟视觉的信号，比如说文件，杂志，照片等内容转换为计算机能够识别的数字化的图形图像。这一过程是通过扫描仪自带或者是第三方的图形图像转换软件配合扫描仪硬件共同完成的。（上扫描仪图）

在扫描仪中最重要的部件是CCD，也就是电荷耦合器，我们也可以称他为图像传感器（上CCD图）。他可以把光信号转换为电信号并将其存储转移，完成光电转换，实现图像信息的留存，CCD不仅应用于扫描仪，它被更加广泛地应用在数码相机、摄像机中。一般来说CCD的加工工艺有两种，一种是TTL，一种是CMOS，TTL的呈像质量要优于CMOS，但是功耗较大，一般民用都是采用CMOS的工艺，关于这个我们知道一下就可以了，不需要做过多理解。

评价CCD的标准主要有以下几个方面：像素、清晰度、灵敏度、信噪比、扫描制式、电源规格。

（1）像素我们前边举例讲解过，对于CCD来说它决定了显示对象的清晰程度，理论上说分辨率越高，图像细节的表现就越丰富。这里CCD的像素与我们说的显示器上的像素略有区别，它是由若干感光元素组成的，每一个感光元素被称为一个像素。目前市面上民用CCD的像素在几百到几千万不等，这个大家可以回去查一查自己手机摄像头的像素数量就知道了。