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西安电子科技大学出版社高等学校计算机类“十二五”规划教材部级优秀教材计算机操作系统汤小丹梁红兵哲凤屏汤子瀛(第四版)编著2第十一章多媒体操作系统第十一章多媒体操作系统11.1多媒体系统简介11.2多媒体文件中的各种媒体11.3多媒体进程管理中的问题和接纳控制11.4多媒体实时调度11.5媒体服务器的特征和接纳控制11.6多媒体存储器的分配方法11.7高速缓存与磁盘调度习题3第十一章多媒体操作系统 11.1多媒体系统简介随着多媒体技术的发展，在传统OS中也相应增加了许多能处理音频和视频信息的多媒体功能。现在流行的操作系统，如Linux、Windows系列等，就已具有多媒体功能。本章前两节先介绍有关多媒体系统的基本知识。4第十一章多媒体操作系统11.1.1多媒体的概念1.数据、信息与媒体所谓数据，是反映客观事物及其运动状态的信号，如人体感觉器官或观测仪器的感知所形成的以文本、数字、事件或图像等形式保存的原始记录。数据与数据之间没有建立任何联系或关系，呈分散和孤立的特性。数据必须经过加工处理才能形成信息。5第十一章多媒体操作系统2.媒体的分类一般地，媒体可分为以下六类：(1)感觉媒体(2)表示媒体(3)呈现媒体(4)存储媒体(5)传输媒体(6)交换媒体6第十一章多媒体操作系统3.多媒体所谓多媒体(multimedia)，目前没有统一的定义，一般是指多种方法、多种形态传输(传播)的信息介质、多种载体的表现形式以及多种存储、显示和传递方式。在计算机领域，多媒体往往是指多媒体技术，即是同时对多个感觉媒体信息进行获取、处理、编辑、存储和展示的理论、技术、设备、标准等规范的总称。7第十一章多媒体操作系统11.1.2超文本和超媒体1.超文本(hypertext)超文本是一种文本信息的组织方式，相比传统的线性文本组织方式而言，超文本的组织方式是非线性的，与人的思维方式和工作方式更加接近。8第十一章多媒体操作系统2.超链接(hyperlink)超链接也称为超文本链接(hypertextlink)，是指文本中的词、短语、符号、图像、声音剪辑或影视剪辑之间的链接，或者是指它们与其它的文件、超文本文件之间的链接。9第十一章多媒体操作系统3.超媒体(Hypermedia)所谓超媒体，就是多媒体与超文本的结合，在多媒体技术的支持下，文本信息不仅可以包含文字，还可以包含诸如图形、图像、视频、音频等多媒体信息，这些信息按照超文本结构和超链接方式进行组织，是节点和链源类型更加多样化、链结构更加复杂的超文本。10第十一章多媒体操作系统11.1.3多媒体文件的特点1.多样性所谓多样性，是指在一份多媒体文件中集成了多种媒体文件。例如在一部数字电影中，就可能包含有一个视频、多个音频、多个横向滚动的字幕等，相应地在一个多媒体文件中就有一个视频文件、多个音频文件以及多个包含多种语言的文本文件，因此一部数字电影往往是由多个不同类型的文件组成的。11第十一章多媒体操作系统2.极高的数据率为了保证有好的视觉和听觉感受，视频和音频都必须具有很高的数据率，相应的所需要的存储量就非常大。12第十一章多媒体操作系统3.实时性在对多媒体文件进行播放时，为保证播放质量，要求有很高的实时性。13第十一章多媒体操作系统4.集成性在多媒体中包含了文本、静止图像、音频、视频等各种类型的媒体，而实际需要的，则往往是将多种媒体集成在一起使用。因此集成性是多媒体的一个重要特征。多媒体的集成性包含了如下两方面的含义：(1)将多媒体的硬件和软件进行集成。(2)将多媒体信息进行集成。14第十一章多媒体操作系统5.交互性在多媒体系统中，多媒体文件还有一个非常重要的特点——使用时的交互性，即在多媒体系统中，信息以超媒体结构进行组织，可以方便地实现人机交互。换而言之，人可以按照自己的思维习惯，按照自己的意愿主动地选择和接受信息，拟定信息的使用路径。对于仅集成了多种媒体而不具有交互性的系统，通常不把它称为多媒体系统。15第十一章多媒体操作系统11.1.4多媒体硬件与软件系统1.多媒体硬件系统的组成多媒体硬件系统是在传统计算机系统的基础上，再增加某些能对多媒体信息进行处理的硬件。因此，它除了需要较高配置的常规计算机主机硬件，如处理机、内存、硬盘驱动器等外，还应增加用于对音频信号和视频信号进行处理的硬件，诸如音频、视频、视频处理设备，光盘驱动器，各种媒体输入/输出设备等。16第十一章多媒体操作系统2.声卡(soundcard)声卡又称音频卡，用于处理音频信号。声卡可用来接受话筒、录音机、乐器等输入的音频(模拟)信号，通过模/数变换，将其转换为计算机能够识别和处理的数字信号。反之，声卡也能把计算机中存储的数据经数/模变换转换为声音信号，再通过连接在声卡上的音箱或耳机播放出来，也可用录音设备记录下来。声卡可根据其量化精度将其分为8位、16位和32位几档。位数越高，其量化精度也就越高，相应的，声音的音质就越好。17第十一章多媒体操作系统3.视频卡(videocard)视频卡又称显示卡，用于处理视频信号。它除了用于对视频信号进行采集外，还可对所采集的信息进行编辑、特技处理，进而形成十分精美的画面。对于多媒体的应用，一般要求视频卡能提供800×600、1024×768、1280×1024或更高像素的分辨率，这样才有可能很好地观看高清晰电视和数字电影。18第十一章多媒体操作系统4.数码相机数码相机与传统相机相比，两者用于成像的光敏介质不同，传统相机采用的是分布在胶片上的感光化学介质，而数码相机是使用CCD作为光敏介质。CCD的作用是将所拍摄到的光信号转换为模拟电信号，再经过模/数转换变为二进制数字信号。这样便可将图像以数字形式存储在相机的内存中。为了节省内存，通常都采用JEPG方式存储。19第十一章多媒体操作系统5.数码摄像机1998年，第一部家用数码摄像机横空出世，由于它有着很高的清晰度、体积小巧、使用方便，并能利用计算机对影像进行处理，因而深受用户欢迎，因此它很快就取代了传统的模拟式摄像机。它也使用CCD作为光敏介质。20第十一章多媒体操作系统6.智能传感器智能传感器是一种具有采集、处理、交换信息功能，集成了传感器、微处理机、通信装置的嵌入式设备。智能传感器可与外界物理环境交互，将收集到的信息通过传感器网络传送给其它的计算设备，如传统的计算机等。智能传感器一般集成了低功耗的微控制器、若干存储器单元、无线电或光通信装置、传感器等组件，通过传感器、动臂机构以及通信装置，实现与外界物理环境交互。21第十一章多媒体操作系统7.多媒体软件系统多媒体软件系统也称为多媒体软件平台，是指多媒体系统运行、开发的各类软件和开发工具及多媒体应用软件的总和。硬件是多媒体系统的基础，软件是多媒体系统的灵魂。22第十一章多媒体操作系统 11.2多媒体文件中的各种媒体在多媒体文件中包含了多种类型的媒体，它们具有完全不同的特性，并需要用不同的硬件和软件进行处理。23第十一章多媒体操作系统11.2.1音频信号1.模拟音频和数字音频(1)模拟音频。(2)数字音频。①采样。②量化。③编码。24第十一章多媒体操作系统2.数字音频文件类型数字音频文件格式有多种：①WAV文件②MIDI文件③MPEG音频文件(MP3)④APE文件25第十一章多媒体操作系统11.2.2图像1.图像的数字表示在计算机中，图像是通过矩阵表示的，矩阵中的每个元素值对应于图像的一个基本元素，称为像素。26第十一章多媒体操作系统2.图像的属性1)分辨率分辨率可分为两种：①图像分辨率②显示器分辨率27第十一章多媒体操作系统2)色彩深度为了表现一幅彩色照片的色彩，每个像素需要用许多二进制位，所用二进制位的多少就是色彩深度。28第十一章多媒体操作系统3)真/伪彩色由于任何一种颜色都可由三种基本颜色按不同比例合成，目前常用红、绿、蓝三色，因此，当色彩深度为24时，红色(R)占8位，绿色(G)占8位，蓝色(B)占8位，可以简单表示为RGB8∶8∶8。把用RGB8∶8∶8表示的色彩称为真彩色图像，或全彩色图像。29第十一章多媒体操作系统3.图像文件格式数字图像可采用多种文件格式存储在计算机中，四种最常用的图像文件格式为：(1) BMP格式。(2) GIP格式。(3)TIFF格式。(4) JPEG格式。30第十一章多媒体操作系统11.2.3视频信号1.模拟视频当前流行的电视是模拟视频，电视信号通过光栅扫描的方法显示在屏幕上，从屏幕顶部开始逐行地向下扫描，直到最底部，由此形成一幅图像，称为一帧。水平扫描线所能分辨出的点数称为水平分辨率，一帧中垂直扫描的行数称为垂直分辨率。31第十一章多媒体操作系统1)彩色电视的制式电视信号的标准也称为制式。目前世界上主要有三种制式：(1) NTSC制式(2) PAL制式(3) SECAM制式32第十一章多媒体操作系统2)隔行扫描和逐行扫描虽然每秒25帧已完全能够使人眼感觉图像是连续的，但有一部分人会感觉到图像闪烁，这是因为在新图像到来(亮)之前，原图像在视网膜上已逐渐减弱(暗)。如果增加帧频到每秒50帧，则由于视网膜上更多的是新图像，故而可以消除闪烁现象，但会导致对带宽提出更高的要求。一种巧妙的方法是，先利用半帧的时间从上到下地扫描奇数行，把半帧称为一个场，然后再利用半帧的时间从上到下地扫描偶数行。实际表明，每秒50场已完全感觉不到闪烁现象。这一技术被称为隔行扫描。而把依次扫描每一行的技术称为逐行扫描。33第十一章多媒体操作系统2.数字视频如同前面所介绍的数字图像一样，数字视频中的每一帧也是由大量的像素组成的，每个像素用若干二进制位来表示。对于彩色电视，一般用24位，红、绿、蓝各占用8位。为了消除电视中的闪烁现象，采用了隔行扫描技术。34第十一章多媒体操作系统3.视频文件格式1) MPEG文件格式MPEG(MotionPictureExpertsGroup)是运动图像压缩算法，它于1993年成为国际标准。该算法是针对运动图像设计的，是基于相互连续的几帧相差甚微这样的事实来进行压缩的。因此在单位时间内先采集第一帧中的数据，并将它保存起来，对于以后几帧只存储其中与第一帧不同的部分。MPEG的平均压缩比为50∶1，最高压缩比可达200∶1。35第十一章多媒体操作系统2) GIF文件格式GIF(GraphicsInterchangeFormat)是采用无损压缩方法所产生的一种高压缩比的彩色图像文件。为了减少对网络频带的要求，采用了隔行扫描方式。该格式被广泛应用于Internet上的大量彩色动画。36第十一章多媒体操作系统3) AVI文件格式这种文件格式又称为音频视频交错(audiovideointerleaved)格式，该格式允许音频和视频交错在一起同步播放，支持256色和压缩，但并未限定压缩标准，因此，也造成AVI的格式不具有兼容性，即用某种压缩标准产生AVI的文件，必须使用相应的解压缩算法，才能将它进行解压。该算法具有调用方便、图像质量好等优点，但文件体积过于庞大，主要用于在光盘上保存数字电影、电视等影像。37第十一章多媒体操作系统11.2.4多媒体数据压缩及其标准1.数据压缩和解压缩所有数据压缩系统都要求有两个算法：一个是用于对数据进行压缩，另一个是用于对压缩数据进行解压缩。压缩与解压缩间允许存在不对称性。38第十一章多媒体操作系统2.静止图像的压缩标准联合图像专家小组JPEG(JointPhotographicExportsGroup)研制出的数字压缩编码方法，被称为JPEG算法，它被确定为静止图像压缩的国际标准。JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法：一种是无损压缩算法；另一种是有损压缩算法。39第十一章多媒体操作系统3.运动图像的压缩算法运动图像专家小组MPEG(MotionPictureExportsGroup)研制出的运动图像压缩编码技术的标准化方法，被称为MPEG算法。该算法是基于对电影中存在的空间和时间冗余进行压缩的。40第十一章多媒体操作系统4.运动图像的压缩标准MPEG算法被确定为运动图像压缩的国际标准，已在全世界