第7章多媒体计算机系统

7.1多媒体计算机系统概述7.2多媒体数据存储7.3多媒体功能卡7.4多媒体信息I/O设备7.1.1多媒体硬件系统7.1.2多媒体软件系统多媒体应用软件第四层多媒体开发工具软件第三层多媒体操作系统媒体设备驱动程序第二层多媒体软件系统多媒体外围设备基本计算机硬件第一层多媒体硬件系统第一层为多媒体硬件平台第二层为多媒体核心系统软件第三层为开发工具系统第四层是应用系统平台功能较齐全的多媒体计算机硬件系统从处理信息的流程角度来看包括输入设备、计算机主机、输出设备、存储设备等四部分。如图7-2所示为多媒体计算机硬件系统的基本组成。从处理信息的功能角度看，输入设备部分包括音频处理部分、视频处理部分及图像处理部分等。（1）音频处理部分：负责对各种形式的音频素材识别、合成、转换等处理。一般需要模/数转换设备将录音机、话筒、电子乐器等输入的声音信息进行A/D转换、压缩等处理，另外还需要MIDI合成器、高性能的声卡、音响设备、耳机等。（2）视频处理部分：负责各种视频素材采集、编辑，对机器速度、存储要求较高，需要的硬件设备有实时图像采集卡、录像机、摄像机、ID和IV等。（3）图像处理部分：负责各种格式的图像素材采集、编辑加工、处理，需要的硬件有静态图像采集卡、数字化仪、数码相机、触摸屏、扫描仪等。多媒体计算机主机可以是大/中型计算机，也可以是工作站，用得最多的还是微机。我们常用的多媒体个人电脑（MultimediaPersonalComputer，MPC）就是具有了多媒体处理功能的个人计算机，它的硬件结构与一般常用的个人机并无太大的差别，只不过是多了一些软、硬件配置而已。一般用户要拥有MPC有两种途径：一是直接够买具有多媒体功能的PC；二是在基本的PC上增加多媒体套件而构成MPC。其实，现在用户所购买的个人电脑绝大多都具有了多媒体应用功能，如Pentium系列的计算机，在进行专业级水平的媒体制作和播放已不成问题，特别是PentiumIII、PentiumIV等微处理器中加入了近百条的多媒体指令，丰富了多媒体方面的处理。输出设备将内存中计算机处理后的信息以能为人或其他设备所接受的形式输出。微机上常用的输出设备有显示器、打印机、绘图机等。显示器可以用来实时显示图像、文本等，但是不能长期保存数据。而像打印机、绘图仪等可以长期保存数据。常用的存储设备有硬盘、光盘、磁带、移动存储等。多媒体信息可以用刻录机刻录成光盘保存。目前硬盘（IDE硬盘、SCSI硬盘、SATA硬盘、SAS硬盘等）的容量已极大提高，1TB的硬盘已经出现，并且硬盘的转速也有很大的提升，常用的有7200转，而10000转的硬盘技术也很成熟。磁带设备凭借其成熟技术、低廉价格等优势一直是存储备份解决方案的主力军。在存储容量、速度、便携性、易操作性及性价比方面，移动存储设备体现出了明显的优势，成为存储设备中的骨干力量。多媒体软件系统按功能可分为系统软件、支持软件和应用软件三部分。系统软件是多媒体系统的核心，它一方面要控制各种媒体硬件设备协调地工作，如多媒体操作系统；另一方面提供具有综合使用各种媒体、灵活调度多媒体数据进行媒体传输和处理的能力，如多媒体设备驱动程序。多媒体支持工具软件也是我们常说的多媒体开发工具，通常包括多媒体素材准备软件、多媒体著作工具软件和多媒体编程语言等。多媒体应用软件是在多媒体硬件平台上设计开发的面向应用的软件系统。1．多媒体设备驱动软件2．多媒体操作系统3．多媒体支持工具软件4．多媒体应用软件设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于是硬件的接口，操作系统只能通过这个接口才能控制硬件设备工作。通过驱动程序完成对设备的初始化、设备的打开、关闭、执行内部程序等功能。一般当操作系统安装完毕后，首要的便是安装硬件设备的驱动程序。不过在大多数情况下，我们并不需要安装所有硬件设备的驱动程序，例如硬盘、显示器、光驱、键盘、鼠标、显卡、声卡等就通常不需要安装驱动程序，而扫描仪、摄像头、Modem等一般需要安装驱动程序。因为不同版本的操作系统对硬件设备的支持也是不同的，版本越高的操作系统所支持的硬件设备也越多。Windows支持一组范围广泛的设备驱动程序类型。驱动程序最为广泛的分类是用户模式驱动程序和内核模式驱动程序。（1）用户模式驱动程序①虚拟设备驱动程序（VDD)）：该驱动程序用于仿真16位MS-DOS应用程序。它们把MS-DOS应用程序认为是I/O端口的引用并捕获住，并且将它们转译成原生的WindowI/O函数，然后，通过这些函数传递到实际的设备驱动程序中。②打印机驱动程序（PrinterDriver）：是把与设备无关的图形请求转译成与打印机相关的命令。然后这些命令通常被转达到一个内核模式的端口驱动程序中，比如并行端口驱动程序或者通用串行总线打印机端口驱动程序。（2）内核模式的驱动程序①文件系统驱动程序（FileSystemDriver）：指接受针对文件的请求，然后，通过向大容量存储设备或网络设备驱动程序发送它们自己的、更为显式的请求，以此来满足所接收到的I/O请求。②即插即用驱动程序（PlugandPlayDriver）：它与硬件一起工作，并且与Windows电源管理器和即插即用管理器结合起来。它们包含了大容量存储设备、视频适配器、输入设备和网络适配器的驱动程序。③非即插即用驱动程序（Non-PlugandPlayDriver）：它为用户模式的程序提供了访问内核模式的服务和驱动程序的途径，并不与PnP（PlayandPlay）管理器或电源管理器结合在一起。这种驱动程序的例子有网络API和协议驱动程序。操作系统（OperatingSystem，OS）是管理计算机系统资源的最重要的系统软件之一，主要进行CPU管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理等，操作系统一方面改善人机界面，另一方面为其他应用软件提供支持，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用。而多媒体操作系统作为多媒体软件的核心，则除了具有一般操作系统的功能外，还具有多媒体底层扩充模块，支持高层多媒体信息的采集、编辑、播放和传输等处理功能的系统。多媒体操作系统提供了多媒体之间的同步和多媒体运行环境。目前比较常用的多媒体功能的操作系统主要有通用的多媒体操作系统、BeOS多媒体操作系统、CD-I实时光盘操作系统和手机上的多媒体操作系统。通用的多媒体操作系统中，如WindowsNT/XP/2000/2003等主要适用于多媒体个人计算机，Linux、Unix适用于对稳定性、可靠性、处理性要求较高的企业用户和特殊用户，Macintosh是广泛用于苹果机的多媒体操作系统。目前普遍运行在PC上的Windows的多媒体操作系统包含的多媒体方面功能主要如下。①多媒体数据的编辑②对多媒体设备的支持③支持多媒体同步④支持多媒体通信①多媒体数据的编辑：在Windows操作系统中定义了默认的音频/视频格式，包含了多媒体编辑和播放工具。例如，可以利用操作系统自带的录音机录制、混合、播放和编辑声音文档（.wav），也能够将声音文档链接或插入到另一文档中；通过音量控制程序能够使用户方便地改变声音回放、录音和语音输入时的音量调节播放音乐的效果；WindowsMediaPlayer播放器是多功能媒体播放机，利用它可以播放多种格式的媒体文件。②对多媒体设备的支持：在操作系统中不仅包括显卡、声卡、音箱/耳机和麦克风等基本硬件设备，更从系统级支持多媒体功能，如DVD支持技术、内置的DirectX多媒体驱动、与操作系统无缝连接的光盘刻录与擦写技术等，还支持其他的数字或模拟的多媒体设备，如照相机、摄像机及扫描仪等，通过它们可以获取外部的信息及对外输出信息等。③支持多媒体同步：支持多媒体实时任务调度，系统不仅支持多媒体数据的多种同步方式，还能够进行多媒体设备的同步控制。④支持多媒体通信：提供网络和通信功能，使得接入局域网或互联网的计算机间进行多媒体数据的传输。如电子邮件、图片的传输、网上信息的检索及流媒体的获取等。1996年11月，Be.Inc公司首次推出能在Mac上运行的操作系统，这就是BeOS。BeOS是专门用于多媒体处理的多媒体操作系统，它采用先进的64位文件系统，支持多处理器，其多媒体性能异常优越。下面介绍一些BeOS操作系统的多媒体功能。①全图形结构使得BeOS是真正具有图形界面的操作系统，对提高稳定性和运行效率都很有帮助。②BeOS拥有众多功能强大的多媒体软件。其中有MediaPlayer、CDBurner、CDPlayer、MIDIPlayer等。当然也有一些专业的多媒体软件能够运行在BeOS环境中。③BeOS使用了64位先进的文件系统，由于进行多媒体制作时需要进行大规模的数据交换，而64位的文件系统使其运行得更高效。④BeOS能够支持多处理器。由于多媒体制作对系统的存储设备和处理器能力都是一个较大的考验，采用多处理器无疑能够大幅度提高工作效率，完成多媒体制作的高负荷工作。⑤完备的网络功能。BeOS能够提供、FTP、E-mail、Telnet等网络服务。CD-I实时光盘操作系统CD-RTOS（CompactDisc-RealTimeOperatingSystem）是指在特定的交互式多媒体系统中使用的操作系统。CD-I（CompactDisc-Interactive）系统是由Philips和Sony公司设计制造的光盘交互式多媒体计算机系统。当时家电商品制造厂家瞄准家庭用户，设计制造了电视计算机（Teleputer）型多媒体计算机系统。它以价格低、存储量大（650MB/片盘）的CD-ROM作为数字信息的存储媒体，配上Motorola公司生产的68系列CPU微机系统，组成了CD-I系统。在CD-I多媒体系统中，为了支持多种数据媒体和支持多种输入和输出设备，以实现多媒体计算机系统的功能，专门研制出一种多任务实时操作系统，亦即CD-RTOS，该操作系统用来控制整个系统的硬件和其他软件的协调运行，是采用68000汇编语言编写成的。CD-RTOS用于协调应用程序和硬件设备，其结构主要由四部分组成：①系统相关库。库中含有用户所必需的库程序，如高级存取和数据同步程序，以及数学函数、I/O和其他程序，这些程序最重要的是同步程序。②CD-RTOS核。它能够处理多任务，如任务控制、进程通信、存储器管理中断处理、系统服务请求、II/O调用、任务同步等，是CD-I的心脏。③管理程序。管理程序主要包括光盘文件管理模块（CD-FM）、用户通信管理模块（UCM）、非易失RAM文件管理模块（NRF）、流式文件管理模块（PFM）。这些管理程序支持CD-I视频处理设备、定位设备、CD-I音频处理设备，以及盘的I/O和确定盘的最佳存取方案。这些程序的上层是和硬件无关的，而下层是和各种设备驱动程序相连接。④设备驱动程序。设备驱动程序包括键盘、定位设备、音频子系统、视频子系统、光盘播放机等驱动程序。目前，智能手机的操作系统主要有Symbian、WindowsMobile、PALM、BlackBerry、linux。而全球智能手机中使用最多的是Symbian操作系统。①Symbian操作系统是由摩托罗拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通信设备商共同研发的。它的特点主要表现在通信方面较有优势，占有系统资源不大，耗电量也相对较小，占用机器的储存空间也较少，但在掌上电脑功能方面则表现较为逊色，功能也没那么丰富，而且第三方支持的软件并不是非常多。②WindowsMobile系列操作系统是在微软计算机的Windows操作系统上变化而来的，功能强大，多数具备了音频、视频文件播放、上网冲浪、MSN聊天、电子邮件收发、内置数码摄像头等功能。WindowsMobile系列操作系统包括PocketPC、SmartPhone以及PocketPCPhone三大平台体系。PocketPC主要用于不具备手机功能的掌上电脑，而SmartPhone和PocketPCPhone则主要为智能手机提供操作系统。③PALM是3Com公司开发的一种32位的嵌入式操作系统，基于PALM操作系统