第 2章 多媒体的硬件和
软件环境的建立
返回
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。
? 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、数字视频基
本知识、视频采集卡的安装与使用。
? 掌握 CD-ROM系统的组成、使用和 CD-R光盘刻录
技术。
? 了解扫描仪的工作原理，学会选购与安装使用
扫描仪。
? 了解数字照相机的结构、工作原理与技术参数。
? 了解触摸屏的结构、工作原理。
目录
2.1 多媒体计算机系统的组成结构
2.2 多媒体音频
2.3 多媒体视频
2.4 多媒体光存储器
2.5 多媒体输入输出设备
返回
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。
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
2.1.1 多媒体硬件系统
2.1.2 多媒体驱动软件
2.1.3 多媒体操作系统
2.1.4 多媒体数据处理软件
2.1.5 多媒体创作软件
2.1.6 多媒体应用系统
返回
2.1.1 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
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
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。
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。
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
(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。
(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。
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
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
2.2 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。
2.2.1 波形音频
2.2.2 MIDI音频
2.2.3 CD-DA唱盘
2.2.4 声卡 返回
2.2.1 波形音频
1．声音的基本特征
2．数字音频
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
周期
基线
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。
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
(1),采样和量化
(c) 采样信号的量化
(a) 模拟音频信号 (b) 音频信号的采样
数字化音频的过程如下图所示。
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 。
(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。
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。
(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 )
(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
传输 /存储解码播放
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。
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。
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。
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) 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 64kbit/s G.722
参数
编码 LPC 线性预测编码 2.4kbit/s 保密电话
2.5-
3.5
混合
编码
CELPC 码激励 LPC 4.8kbit/s 移动通信
3.7-
4.0VSELP 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 ISDN
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
2.2.2 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
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。
1,什么是 MIDI
MIDI设备就是处理 MIDI信息所需的硬件设
备，其基本组成包括：
2,MIDI设备配置
(1),MIDI端口
(2),MIDI键盘
(3),音序器 (Sequencer)
(4),合成器
(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。
(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。
(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。 MIDI合成器与 WAVE合成器之间
无任何关系。
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。 见书 P31页
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。
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。
2.2.3 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
用来记录和存储音乐。 CD唱盘也是利用数字技
术 (采样技术 )制作的，只是 CD唱盘上不存在数
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。
2.2.4 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
3,安装测试
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（乐器数字接口）合成器
标准的多媒体计算机通过 MIDI合成器播放
MIDI文件。
(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。
(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。
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。
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。
LINE IN
LINE OUT
SPK OUT
MIDI
录音机,CD唱机等
线性输出
话筒
扬声器
线性输入
立体声放大器
MIDI设备
MIC IN
(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。
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。
2.3 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。
2.3.1 视频的彩色空间的表示及转换
2.3.2 数字视频
2.3.3 视频采集卡
返回
2.3.1 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
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
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。
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
(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。
(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。
(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 。
采用 YUV的好处是,1）亮度信号 Y解决了彩色电视机与
黑白电视机兼容问题,2）人眼对彩色图像细节的分辨本
领比对黑白的低的多，因此对色度信号，可以采用, 大面
积着色原理, 。
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。
(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。
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。
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
? ? ? ?? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?????
??
?
I
BGR
S
BGBGfA r cH
GBR
I
,,m i n
1
,1 8 0;,03t an90.
3 6 0
1
3
2.3.2 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
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。
(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
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。
视频压缩编码方法有多种，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。
目前最常用的是国际标准化组织推荐的 MPEG技术
标准。
（ 1） MPEG-1标准,MPEG-1诞生于 1991年, 主要
是为了适应在数字存储媒体如 CD-ROM上有效地存取
广播视频信号而制定的标准 。 CD－ ROM驱动器的数
据传输率不会低于 150KB/s＝ 1.2Mb/s（ 单倍速 ）,
而容量不会低于 650MB,MPEG－ 1算法就是针对这个
速率开发的 。 MPEG-1标准的压缩比可高达 1:200。
MPEG-1已被广泛采用, 如 VCD或小影碟的发行等,
其播放质量可以达到家用录像机的水平 。
（ 2） MPEG-2标准,MPEG-2标准诞生于 1993年 。
它是在 MPEG-1标准的基础上发展起来的, 对 MPEG-1
标准进行了扩充 。 MPEG-2能使图像能恢复到广播级
质量, 高清晰视频光盘 DVD就是采用的这种标准 。
目前发展十分迅速, 成为这一领域的主流趋势 。
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。
2.3.3 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
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。
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
转换
显示
输出
视频采集控制器
计算机主机
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。
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。
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。
2.4 多媒体光存储器
2.4.1 光存储技术概述
2.4.2 CD-ROM光盘系统
返回2.4.3 CD-R光盘刻录技术2.4.4 CD-RW光盘刻录技术
2.4.1 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
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
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。
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。
(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。
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。
2.4.2 CD-ROM光盘系统
CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)
系统包括 CD-ROM驱动器和 CD-ROM盘片两部分。其
中 CD-ROM盘片是多媒体信息的载体； CD-ROM驱动
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
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。
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 。
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”。
1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0
光盘底板
激光束
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。
(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。
3,CD-ROM驱动器的安装与使用
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。
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。
(1),CD-ROM驱动器的分类
(2),CD-ROM驱动器面板的功能介绍
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。
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。
(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。
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。
2.4.3 CD-R光盘刻录技术
CD-R 是 Compact Disc-Recordable的缩写，
CD-R驱动器被称为, 光盘刻录机,,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。
CD-R光盘可以一次写入、多次读取数据。
1,CD-R的特点
2,CD-R的刻录和读取原理
3,CD-R刻录机的选择
4,CD-R盘片的刻录
5,CD-R刻录机的安装与使用
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。
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。 CD-R盘利用这些光痕来记录数据。
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。
3,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。
(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 。
4,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。
5,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。
(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。
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。
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。
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。
2.4.4 CD-RW光盘刻录技术
CD-RW 是 Compact Disc-Rewriteable的缩写, CD-
RW驱动器被称为可以多次写入, 多次读取的, 可擦
写光盘刻录机, 。 CD-RW 的工作原理是利用不同温
度的相变原理来实现 CD-RW盘片的反复擦写功能 。 因
为染料层的结晶 /非结晶过程是一可逆反应, 故盘片
内的数据可以反复擦写 。 为了实现反复擦写数据,
CD-RW 刻录机使用了三种能量不相同的激光 。
高能激光：又被称为写入激光, 使染料层达到非
结晶状态 。
中能激光：也称为擦除激光, 使染料层融化并将
它转化为结晶态 。
低能激光：也称为读出激光, 它不能改变染料层
的状态, 通常用于读取盘片数据 。
在写入数据期间, 用写入激光束照射在空白 CD-
RW盘片的某一特定区域上, 激光温度高于染料层融
化点温度 （ 500 ～ 700 ℃ ） 。 这时被照射区域内的
所有原子迅速移动而形成液态 。 然后, 又在很短的
时间内充分冷却下来, 这种液体状态也就是所谓的
非结晶态 。 这种状态造成了染料体积的收缩, 从而
在激光照射的地方形成了一个凹坑, 以便储存数据 。
而当擦除激光束照射在相变的染料层时, 由于激光
束的温度未达到染料融化点但又高于结晶温度
（ 200 ℃ ）, 照射一段充足的时间 （ 至少长于最
小结晶时间 ）, 则原子又会还原到原状态 （ 如结晶
态 ） 。
2.5 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。
2.5.1 扫描仪
2.5 2 数码照相机
2.5.3 触摸屏
2.5.4 彩色打印机
返回
2.5.1 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，
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
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。
(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。
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。
(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。
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
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。
一台具有 600*1200dpi分辨率的扫描仪表示其横向、纵向
光学分辨率分别为 600dpi及 1200dpi。分辨率越高，所扫描
的图片越精细，产生的图像就越清晰。
(1),扫描精度
(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。
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。
色彩精度表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围，通
常用表示每个像素点上颜色的数据位数表示。例如
24bits,30bits,36bits,48bits.
(3),色彩精度
(4),扫描速度
(5),鲜锐度
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。
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。
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。见书 P48页
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。
(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。
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。
2.5 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
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
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(电荷耦合器件陈
列 )。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。
(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。
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。
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。
2.5.3 触摸屏
触摸屏是一种坐标定位装置，属于输入设备。
作为一种特殊的计算机外设，它提供了简单、方
便、自然的人机交互方式。通过触摸屏，用户可
直接用手向计算机输入坐标信息 。
1,触摸屏原理
2．触摸屏的种类
触摸屏系统一般包括触摸屏控制卡, 触摸检测
装置和驱动程序三个部分 。 触摸检测装置安装在
显示器屏幕表面的前端, 主要作用是检测用户的
触摸位置, 并传送给触摸屏控制卡 。 触摸屏控制
卡有一个自己的 CPU和固化在芯片中的监控程序,
它的作用是从触摸检测装置上接收触摸信息, 并
将它转换成触点坐标, 再送给主机, 它同时能接
收主机发来的命令并加以执行 。
1,触摸屏原理
2．触摸屏的种类
（ 5）近场成像触摸屏
（ 1)红外线触摸屏
（ 2）电阻触摸屏
（ 3）电容式触摸屏
（ 4）表面声波触摸屏
（ 1） 红外线触摸屏
红外线触摸屏一种利用红外线技术的装置 。 在显
示器前面架上一个边框形状的传感器, 边框的四边
排列了红外线发射管及接收管, 在屏幕表面形成一
个红外线网 。 用户以手指触摸屏幕某一点, 便会挡
住经过该位置的横竖两条红外线, 检测 X,Y方向
被遮挡的红外线位置便可得到触摸位置的坐标数据
,然后传送到计算机中进行相应的处理 。
红外触摸屏价格便宜, 安装容易, 能较好地感应
轻微触摸与快速触摸, 但是它对环境要求较高 。 由
于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作, 外界光线
变化会影响其准确度；红外线式触摸屏表面的尘埃
污秽等也会引起误差, 影响其性能, 因不适宜置于
户外和公共场所使用 。
（ 2） 电阻触摸屏
电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹
配的多层复合薄膜, 由一层玻璃或有机玻璃作为基
层, 在基层两个表面涂上一层透明的导电层, 在两
层导电层之间有极小的间隙使它们互相绝缘 。 在最
外面再涂覆一层透明, 光滑, 且耐磨损的塑料层 。
当手指触摸屏幕时, 平常相互绝缘的两层导电层
就在触摸点位置由于外表面受压与另一面导电层有
了一个接触点, 因其中一面导电层附上横竖两个方
向的均匀电压场, 此时使得侦测层的电压由零变
为非零, 这种接通状态被控制器侦测到后, 进行 A
／ D转换, 并将得到的电压值与均匀电压场相比即
可计算出触摸点的坐标 。
（ 3） 电容式触摸屏
电容式触摸屏外表面是一层玻璃, 中间夹层的上
下两面涂有一层透明的导电薄膜层, 再在导体层外
上一块保护玻璃 。 上面的导电层是工作层面, 四边
各有一个狭长的电极, 在导电体内形成一个低电压
交流电场 。
用户触摸电容式触摸屏时, 会改变工作层面的电
容量, 而四边电极则对触摸位置的容量变化做出反
应 。 距离触摸位置远近不同的电极反映强弱不同,
这种差异经过运算和变换形成触摸位置的坐标数据 。
（ 4） 表面声波触摸屏
表面声波触摸屏的触摸屏部分是玻璃平板, 安装在显示
器屏幕的前面 。 玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水
平方向的超声波发射换能器, 右上角则固定了两个相应的超
声波接收换能器 。 同时, 玻璃屏的四个周边则刻有 45° 角由
疏到密间隔非常精密的反射条纹 。
左上角和右下角发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来
的脉冲信号转化为超声波分别向下和向上两个方向表面传递,
然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射, 分
别在玻璃表面沿 X,Y方向传递, 声波能量经过屏体表面, 再
由反射条纹聚集成线传播给接收换能器, 接收换能器将返回
的表面声波能量变为电信号 。 当手指触摸玻璃屏时, 玻璃
表面途经手指部位的声波能量被部分吸收, 接收波形对应手
指挡住部位信号衰减了一个缺口, 控制器分析接收信号的衰
减并由缺口的位置判定坐标 。 之后控制器把坐标数值传给主
机 。
（ 5） 近场成像触摸屏
近场成像触摸屏的传感机构是中间有一层透明金
属氧化物导电涂层的两块层压玻璃 。 在导电涂层上
施加一个交流信号, 从而在屏幕表面形成一个静电
场 。 当有手指或其他导体接触到传感器的时候, 静
电场就会受到干扰 。 而与之配套的影像处理控制器
可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标
参数传给操作系统 。
2.5.4 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。
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。
本章小结
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。
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。
软件环境的建立
返回
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。
? 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、数字视频基
本知识、视频采集卡的安装与使用。
? 掌握 CD-ROM系统的组成、使用和 CD-R光盘刻录
技术。
? 了解扫描仪的工作原理，学会选购与安装使用
扫描仪。
? 了解数字照相机的结构、工作原理与技术参数。
? 了解触摸屏的结构、工作原理。
目录
2.1 多媒体计算机系统的组成结构
2.2 多媒体音频
2.3 多媒体视频
2.4 多媒体光存储器
2.5 多媒体输入输出设备
返回
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。
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
2.1.1 多媒体硬件系统
2.1.2 多媒体驱动软件
2.1.3 多媒体操作系统
2.1.4 多媒体数据处理软件
2.1.5 多媒体创作软件
2.1.6 多媒体应用系统
返回
2.1.1 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
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
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。
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。
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
(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。
(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。
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
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
2.2 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。
2.2.1 波形音频
2.2.2 MIDI音频
2.2.3 CD-DA唱盘
2.2.4 声卡 返回
2.2.1 波形音频
1．声音的基本特征
2．数字音频
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
周期
基线
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。
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
(1),采样和量化
(c) 采样信号的量化
(a) 模拟音频信号 (b) 音频信号的采样
数字化音频的过程如下图所示。
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 。
(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。
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。
(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 )
(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
传输 /存储解码播放
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。
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。
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。
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) 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 64kbit/s G.722
参数
编码 LPC 线性预测编码 2.4kbit/s 保密电话
2.5-
3.5
混合
编码
CELPC 码激励 LPC 4.8kbit/s 移动通信
3.7-
4.0VSELP 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 ISDN
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
2.2.2 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
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。
1,什么是 MIDI
MIDI设备就是处理 MIDI信息所需的硬件设
备，其基本组成包括：
2,MIDI设备配置
(1),MIDI端口
(2),MIDI键盘
(3),音序器 (Sequencer)
(4),合成器
(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。
(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。
(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。 MIDI合成器与 WAVE合成器之间
无任何关系。
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。 见书 P31页
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。
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。
2.2.3 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
用来记录和存储音乐。 CD唱盘也是利用数字技
术 (采样技术 )制作的，只是 CD唱盘上不存在数
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。
2.2.4 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
3,安装测试
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（乐器数字接口）合成器
标准的多媒体计算机通过 MIDI合成器播放
MIDI文件。
(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。
(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。
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。
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。
LINE IN
LINE OUT
SPK OUT
MIDI
录音机,CD唱机等
线性输出
话筒
扬声器
线性输入
立体声放大器
MIDI设备
MIC IN
(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。
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。
2.3 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。
2.3.1 视频的彩色空间的表示及转换
2.3.2 数字视频
2.3.3 视频采集卡
返回
2.3.1 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
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
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。
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
(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。
(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。
(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 。
采用 YUV的好处是,1）亮度信号 Y解决了彩色电视机与
黑白电视机兼容问题,2）人眼对彩色图像细节的分辨本
领比对黑白的低的多，因此对色度信号，可以采用, 大面
积着色原理, 。
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。
(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。
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。
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
? ? ? ?? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?????
??
?
I
BGR
S
BGBGfA r cH
GBR
I
,,m i n
1
,1 8 0;,03t an90.
3 6 0
1
3
2.3.2 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
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。
(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
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。
视频压缩编码方法有多种，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。
目前最常用的是国际标准化组织推荐的 MPEG技术
标准。
（ 1） MPEG-1标准,MPEG-1诞生于 1991年, 主要
是为了适应在数字存储媒体如 CD-ROM上有效地存取
广播视频信号而制定的标准 。 CD－ ROM驱动器的数
据传输率不会低于 150KB/s＝ 1.2Mb/s（ 单倍速 ）,
而容量不会低于 650MB,MPEG－ 1算法就是针对这个
速率开发的 。 MPEG-1标准的压缩比可高达 1:200。
MPEG-1已被广泛采用, 如 VCD或小影碟的发行等,
其播放质量可以达到家用录像机的水平 。
（ 2） MPEG-2标准,MPEG-2标准诞生于 1993年 。
它是在 MPEG-1标准的基础上发展起来的, 对 MPEG-1
标准进行了扩充 。 MPEG-2能使图像能恢复到广播级
质量, 高清晰视频光盘 DVD就是采用的这种标准 。
目前发展十分迅速, 成为这一领域的主流趋势 。
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。
2.3.3 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
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。
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
转换
显示
输出
视频采集控制器
计算机主机
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。
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。
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。
2.4 多媒体光存储器
2.4.1 光存储技术概述
2.4.2 CD-ROM光盘系统
返回2.4.3 CD-R光盘刻录技术2.4.4 CD-RW光盘刻录技术
2.4.1 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
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
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。
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。
(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。
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。
2.4.2 CD-ROM光盘系统
CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)
系统包括 CD-ROM驱动器和 CD-ROM盘片两部分。其
中 CD-ROM盘片是多媒体信息的载体； CD-ROM驱动
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
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。
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 。
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”。
1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0
光盘底板
激光束
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。
(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。
3,CD-ROM驱动器的安装与使用
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。
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。
(1),CD-ROM驱动器的分类
(2),CD-ROM驱动器面板的功能介绍
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。
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。
(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。
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。
2.4.3 CD-R光盘刻录技术
CD-R 是 Compact Disc-Recordable的缩写，
CD-R驱动器被称为, 光盘刻录机,,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。
CD-R光盘可以一次写入、多次读取数据。
1,CD-R的特点
2,CD-R的刻录和读取原理
3,CD-R刻录机的选择
4,CD-R盘片的刻录
5,CD-R刻录机的安装与使用
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。
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。 CD-R盘利用这些光痕来记录数据。
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。
3,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。
(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 。
4,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。
5,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。
(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。
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。
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。
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。
2.4.4 CD-RW光盘刻录技术
CD-RW 是 Compact Disc-Rewriteable的缩写, CD-
RW驱动器被称为可以多次写入, 多次读取的, 可擦
写光盘刻录机, 。 CD-RW 的工作原理是利用不同温
度的相变原理来实现 CD-RW盘片的反复擦写功能 。 因
为染料层的结晶 /非结晶过程是一可逆反应, 故盘片
内的数据可以反复擦写 。 为了实现反复擦写数据,
CD-RW 刻录机使用了三种能量不相同的激光 。
高能激光：又被称为写入激光, 使染料层达到非
结晶状态 。
中能激光：也称为擦除激光, 使染料层融化并将
它转化为结晶态 。
低能激光：也称为读出激光, 它不能改变染料层
的状态, 通常用于读取盘片数据 。
在写入数据期间, 用写入激光束照射在空白 CD-
RW盘片的某一特定区域上, 激光温度高于染料层融
化点温度 （ 500 ～ 700 ℃ ） 。 这时被照射区域内的
所有原子迅速移动而形成液态 。 然后, 又在很短的
时间内充分冷却下来, 这种液体状态也就是所谓的
非结晶态 。 这种状态造成了染料体积的收缩, 从而
在激光照射的地方形成了一个凹坑, 以便储存数据 。
而当擦除激光束照射在相变的染料层时, 由于激光
束的温度未达到染料融化点但又高于结晶温度
（ 200 ℃ ）, 照射一段充足的时间 （ 至少长于最
小结晶时间 ）, 则原子又会还原到原状态 （ 如结晶
态 ） 。
2.5 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。
2.5.1 扫描仪
2.5 2 数码照相机
2.5.3 触摸屏
2.5.4 彩色打印机
返回
2.5.1 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，
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
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。
(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。
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。
(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。
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
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。
一台具有 600*1200dpi分辨率的扫描仪表示其横向、纵向
光学分辨率分别为 600dpi及 1200dpi。分辨率越高，所扫描
的图片越精细，产生的图像就越清晰。
(1),扫描精度
(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。
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。
色彩精度表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围，通
常用表示每个像素点上颜色的数据位数表示。例如
24bits,30bits,36bits,48bits.
(3),色彩精度
(4),扫描速度
(5),鲜锐度
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。
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。
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。见书 P48页
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。
(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。
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。
2.5 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
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
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(电荷耦合器件陈
列 )。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。
(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。
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。
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。
2.5.3 触摸屏
触摸屏是一种坐标定位装置，属于输入设备。
作为一种特殊的计算机外设，它提供了简单、方
便、自然的人机交互方式。通过触摸屏，用户可
直接用手向计算机输入坐标信息 。
1,触摸屏原理
2．触摸屏的种类
触摸屏系统一般包括触摸屏控制卡, 触摸检测
装置和驱动程序三个部分 。 触摸检测装置安装在
显示器屏幕表面的前端, 主要作用是检测用户的
触摸位置, 并传送给触摸屏控制卡 。 触摸屏控制
卡有一个自己的 CPU和固化在芯片中的监控程序,
它的作用是从触摸检测装置上接收触摸信息, 并
将它转换成触点坐标, 再送给主机, 它同时能接
收主机发来的命令并加以执行 。
1,触摸屏原理
2．触摸屏的种类
（ 5）近场成像触摸屏
（ 1)红外线触摸屏
（ 2）电阻触摸屏
（ 3）电容式触摸屏
（ 4）表面声波触摸屏
（ 1） 红外线触摸屏
红外线触摸屏一种利用红外线技术的装置 。 在显
示器前面架上一个边框形状的传感器, 边框的四边
排列了红外线发射管及接收管, 在屏幕表面形成一
个红外线网 。 用户以手指触摸屏幕某一点, 便会挡
住经过该位置的横竖两条红外线, 检测 X,Y方向
被遮挡的红外线位置便可得到触摸位置的坐标数据
,然后传送到计算机中进行相应的处理 。
红外触摸屏价格便宜, 安装容易, 能较好地感应
轻微触摸与快速触摸, 但是它对环境要求较高 。 由
于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作, 外界光线
变化会影响其准确度；红外线式触摸屏表面的尘埃
污秽等也会引起误差, 影响其性能, 因不适宜置于
户外和公共场所使用 。
（ 2） 电阻触摸屏
电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹
配的多层复合薄膜, 由一层玻璃或有机玻璃作为基
层, 在基层两个表面涂上一层透明的导电层, 在两
层导电层之间有极小的间隙使它们互相绝缘 。 在最
外面再涂覆一层透明, 光滑, 且耐磨损的塑料层 。
当手指触摸屏幕时, 平常相互绝缘的两层导电层
就在触摸点位置由于外表面受压与另一面导电层有
了一个接触点, 因其中一面导电层附上横竖两个方
向的均匀电压场, 此时使得侦测层的电压由零变
为非零, 这种接通状态被控制器侦测到后, 进行 A
／ D转换, 并将得到的电压值与均匀电压场相比即
可计算出触摸点的坐标 。
（ 3） 电容式触摸屏
电容式触摸屏外表面是一层玻璃, 中间夹层的上
下两面涂有一层透明的导电薄膜层, 再在导体层外
上一块保护玻璃 。 上面的导电层是工作层面, 四边
各有一个狭长的电极, 在导电体内形成一个低电压
交流电场 。
用户触摸电容式触摸屏时, 会改变工作层面的电
容量, 而四边电极则对触摸位置的容量变化做出反
应 。 距离触摸位置远近不同的电极反映强弱不同,
这种差异经过运算和变换形成触摸位置的坐标数据 。
（ 4） 表面声波触摸屏
表面声波触摸屏的触摸屏部分是玻璃平板, 安装在显示
器屏幕的前面 。 玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水
平方向的超声波发射换能器, 右上角则固定了两个相应的超
声波接收换能器 。 同时, 玻璃屏的四个周边则刻有 45° 角由
疏到密间隔非常精密的反射条纹 。
左上角和右下角发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来
的脉冲信号转化为超声波分别向下和向上两个方向表面传递,
然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射, 分
别在玻璃表面沿 X,Y方向传递, 声波能量经过屏体表面, 再
由反射条纹聚集成线传播给接收换能器, 接收换能器将返回
的表面声波能量变为电信号 。 当手指触摸玻璃屏时, 玻璃
表面途经手指部位的声波能量被部分吸收, 接收波形对应手
指挡住部位信号衰减了一个缺口, 控制器分析接收信号的衰
减并由缺口的位置判定坐标 。 之后控制器把坐标数值传给主
机 。
（ 5） 近场成像触摸屏
近场成像触摸屏的传感机构是中间有一层透明金
属氧化物导电涂层的两块层压玻璃 。 在导电涂层上
施加一个交流信号, 从而在屏幕表面形成一个静电
场 。 当有手指或其他导体接触到传感器的时候, 静
电场就会受到干扰 。 而与之配套的影像处理控制器
可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标
参数传给操作系统 。
2.5.4 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。
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。
本章小结
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。
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。
