1.2.1　多媒体计算机的硬件系统

所谓多媒体个人计算机（Multimedia Personal Computer，MPC），就是具有多媒体处理功能的个人计算机。它的硬件结构与一般所用的个人机并无太大区别，只不过多了一些配置而已。多媒体个人计算机除了常规的硬件（如主机、软盘驱动器、硬盘驱动器、显示器）外，还应有音频处理硬件、视频处理硬件及光盘驱动器等。多媒体计算机的硬件组成如图1-9所示。

1.硬件组成

多媒体计算机的硬件组成是在普通计算机的基础上，增加了多媒体信息处理的相关组件，如声卡、光盘驱动器、音箱或耳机等。它不仅是一台计算机，还可以作为智能型音响、多功能彩色电视机来使用。

现在的多媒体计算机在配置上已远远超过了MPC-1、MPC-2、MPC-3的最低标准。其主要部件与普通个人计算机的配置基本一样，也包含中央处理器CPU、内存储器、主板、光盘驱动器、显示器、鼠标、键盘等主要部件。为了满足多媒体信息大数据量处理的要求，对CPU、内存储器和显示器等部件在性能上都有较高的要求，要能保证多媒体信息的处理、存储、显示与传输。此外，以下部件也是多媒体计算机必须的基本配置：

1）显示适配器

显示适配器也称显卡（见图1-10），是计算机主机与显示器的接口，它的作用是将计算机中处理的数字信号转换为图像信号后从显示器输出。显卡通常是插在主板的扩展插槽中，用连接电缆与显示器相连，但现在部分厂家将显卡直接集成在主板上。与集成显卡相比，独立显卡在性能上优于集成显卡。

显卡的基本结构主要包含5个部分：

（1）显示芯片

显示芯片是显卡的核心部件，也称加速卡和图形处理器，它负责进行各种图像信号的处理。早期的显示芯片在图像运算和特效处理上是依赖CPU进行的，图形图像的显示运算全靠CPU完成。随着图形芯片技术的发展，现在的3D（三维）显卡承担了全部图像的显示处理工作，大大减轻了CPU的负担，提高了图形图像显示的速度，因而又将3D显卡称为图形加速卡。

（2）显示内存（Video RAM）

显示内存简称显存，是存储显示数据的内存芯片，它与系统内存的功能差不多，系统内存用来暂时存储CPU处理的数据，显存则暂时存放显示芯片处理的数据。显存的大小直接影响到显示卡可以显示的颜色多少和可以支持的最高分辨率，目前常用的显存有64MB、128MB、256MB等。

（3）显存数/模转换器（RAMDAC）

显存数/模转换器负责进行显示信号的数/模转换工作，就是将显示芯片处理后存储在显存中的数字信号逐帧转换成由三种彩色亮度和行、帧同步信号共同组成的视频信号，供显示器输出。现在显卡上的RAMDAC已不再独立安装，它已被集成在显示芯片中。

（4）显卡BIOS（VGA BIOS）

显卡BIOS的功能与主板BIOS的功能相似，主要用于显卡上各器件间正常工作时的控制和管理，存放显卡的一些控制程序和重要参数。

（5）接口插槽

显卡必须安装到主板上才能接收CPU发出的工作指令和处理信息，因此它需要通过接口与主板相连。显卡接口插槽主要有ISA插槽、PCI插槽和目前主流的AGP插槽以及满足专业显卡的AGP PRO插槽。现在ISA插槽已经淘汰，市场上的3D图形卡都采用新型的AGP接口。

显卡的工作过程是：当接收到CPU发出的图形处理信号后，显示芯片即进行图形数据运算，处理好后送入显存存储，然后由显存数/模转换器将显示芯片处理好的数字信号转换成显示器能够接收的模拟视频信号，最后由显示器输出。

2）声音适配器

声音适配器也是MPC上的基本配置，又称声卡，是实现声波和数字信号相互转换的硬件。通常声卡是插入主板的扩展插槽中，再通过声卡上的插口和接口与音箱、话筒、CD-ROM、MIDI接口连接，完成对声音信息的数字化处理。但现在也有很多声卡是集成在计算机主板上。

声卡的作用是对声音信号进行采集、编辑、压缩、解压、回放等处理，其主要功能包括：支持录音设备对声音录制采集和编辑处理；可对声音信号进行模/数转换和数/模转换；能够对数字化声音信号进行压缩和解压，以便信号存储和还原；能够进行语音合成和识别；能进行声音播放和控制；提供MIDI音乐合成功能等。声卡通过外接插口与外围设备连接，实现录音和放音等功能。

3）音箱

音箱是多媒体计算机的外围设备，其作用就是把声卡输出的音频信号转换为声音波形进行播放。音箱分为有源音箱与无源音箱两种，有源音箱是指在音箱内部装有自配功放的一类音箱，无源音箱是不带功放的一类音箱。音箱的质量直接影响声音播放的效果。

2.多媒体计算机扩展设备

除了以上基本配置外，在多媒体计算机中，还会用到一些其他设备，主要有：

1）视频卡

视频卡可分为视频采集卡、视频压缩卡、视频播放卡以及TV编码器等专用卡，是多媒体计算机中用于视频信息处理的硬件设备。它与影碟机、摄像机、录像机、电视机等设备连接，对这些设备输出的音视频信息进行捕捉，将模拟信号转为数字信号存储，经过编辑、特技处理等加工过程，再转化为模拟信号输出，从而得到赏心悦目的影视作品。视频卡种类很多，按其功能主要有以下几种：

（1）视频采集卡

视频采集卡也称视频捕捉卡，用于采集视频信号，它将录像带、影碟中的视频影像采样后进行数字化处理，以数字视频文件的形式存入计算机中，也可将摄像机拍摄的影像实时输入计算机中进行编辑。现在，许多型号的采集卡同时还具备了压缩功能。

（2）视频压缩卡

视频压缩卡也称MPEG卡，由于视频信号的数据量很大，直接进行传输比较困难，因此，视频压缩卡按照MPEG标准（视频压缩编码标准）对视频信号进行压缩和解压处理。

（3）视频输出卡

经过计算机处理后的视频信息由于信号格式的原因，不能直接在电视机等播放设备上收看，因此需要用视频输出卡将计算机显卡输出的VGA信号转换成标准的视频信号，并符合电视标准的NTSC或PAL制式后才能在电视机上播放。

2）打印机

按照打印机的工作原理，可将打印机分为击打式和非击打式两大类。击打式打印机主要有针式打印机；非击打式打印机主要有喷墨打印机和激光打印机。图1-11所示为各种打印机。

（1）针式打印机

针式打印机在打印机历史的很长一段时间上曾经占有着重要的地位，从9针到24针，可以说针式打印机的历史贯穿这几十年的始终。针式打印机之所以在很长的一段时间内能长时间的流行不衰，这与它极低的打印成本和很好的易用性以及单据打印的特殊用途是分不开的。当然，它很低的打印质量、很大的工作噪声也是它无法适应高质量、高速度的商用打印需要的根结，现在只有在银行、超市等用于票单打印很少的地方才可以看见它的踪迹。

（2）彩色喷墨打印机

彩色喷墨打印机因其有着良好的打印效果与较低价位的优点而占领了广大中低端市场。此外喷墨打印机还具有更为灵活的纸张处理能力，在打印介质的选择上，喷墨打印机也具有一定的优势：既可以打印信封、信纸等普通介质，还可以打印各种胶片、照片纸、光盘封面、卷纸、T恤转印纸等特殊介质。

（3）激光打印机

激光打印机则是近年来高科技发展的一种新产物，也是有望代替喷墨打印机的一种机型，分为黑白和彩色两种，它为我们提供了更高质量、更快速度、更低成本的打印方式。其中低端黑白激光打印机的价格目前已经降到了几百元，达到了普通用户可以接受的水平。它的打印原理是利用光栅图像处理器产生要打印页面的位图，然后将其转换为电信号等一系列的脉冲送往激光发射器，在这一系列脉冲的控制下，激光被有规律的放出。与此同时，反射光束被接收的感光鼓所感光。激光发射时就产生一个点，激光不发射时就是空白，这样就在接收器上印出一行点来。然后接收器转动一小段固定的距离继续重复上述操作。当纸张经过感光鼓时，鼓上的着色剂就会转移到纸上，印成了页面的位图。最后当纸张经过一对加热辊后，着色剂被加热熔化，固定在了纸上，就完成打印的全过程，这整个过程准确而且高效。虽然激光打印机的价格要比喷墨打印机昂贵的多，但从单页的打印成本上讲，激光打印机则要便宜很多。彩色激光打印机的价位很高，几乎都要在万元上下，应用范围较窄。

3）扫描仪

扫描仪是一种光电一体化的计算机输入设备，用于静态图像采集，它可以将图片、照片、胶片、文稿等资料扫描到计算机中，以数字化的格式存储。

扫描仪的主要结构包含光电成像转换部分和机械传送部分，其中最核心的是光电成像部分。工作时精密机械传动部分带动特制的光学镜头，逐点逐行对图片进行扫描。光学镜头将图片的影像成像在电荷耦合器件CCD阵列上，CCD将光信号转换成电信号，然后对这些电信号进行A/D转换及处理，产生相应的数字信号送往计算机。当机械传动机构带动装有光学镜头和CCD的扫描头在控制电路的控制下在图稿上全部扫描一遍，一幅完整的图像便输入计算机中。

扫描仪有多种类型，按其工作方式分为平面式扫描仪、手持式扫描仪、滚筒式扫描仪和胶片扫描仪4类。

（1）平面式扫描仪

平面式扫描仪是使用最广泛的一种类型（见图1-12），扫描幅面一般为A4或是A3。这种扫描仪速度较快、价格适中、操作方便，深受欢迎。

（2）手持式扫描仪

手持式扫描仪诞生于1987年，是使用比较早的扫描仪品种，外形与现在商场中使用的条形码扫描仪很相似（见图1-13），其最大扫描宽度为105mm，用手推动完成扫描工作，也有个别产品采用电动方式在纸面上移动，称为自动式扫描仪。手持式扫描仪目前已退出市场。

（3）胶片扫描仪

胶片扫描仪又称底片扫描仪或接触式扫描仪（见图1-14），用于扫描各种透明胶片，扫描幅面从135底片到4×6in甚至更大。

（4）滚筒式扫描仪

滚筒式扫描仪是较为专业的扫描仪，有很高的分辨率和极好的色彩效果，一般用于印刷行业，在多媒体制作中常用于大型广告等要求较高的作品。图1-15所示为滚筒式扫描仪的局部外观。

扫描仪的性能直接影响图片扫描质量，其主要性能指标有：

①扫描分辨率。是衡量扫描仪性能的主要指标，以每英寸多少像素点（dpi）表示。分辨率越高，扫描的图像越清晰。

②色彩深度（位数）。也常称为扫描色彩精度。扫描仪将原图上每个像素的色彩用R（红）、G（绿）、B（蓝）3种基色表示，每个基色又分若干灰度级别，然后以数字形式表达这些信息，这就是色彩深度。通常每个像素点上的颜色用若干位二进制数据位数（bit）表示，如色彩深度24bit，表示每个像素的颜色用24位二进制数表示，可表示224种颜色。数值越大，色彩深度越高，灰度级别就越多，图像色彩就越丰富多彩。

③扫描速度。是衡量扫描仪工作效率的重要指标，在不影响扫描图像精度质量的前提下，扫描速度越高越好。扫描速度通常用指定分辨率和扫描图像尺寸的条件下所用的扫描时间来表示。扫描速度与扫描分辨率、图像的色彩模式及扫描幅面的大小有关，当扫描分辨率较低、图像颜色少，扫描幅面小时，扫描速度就越快。

④扫描幅面。是指扫描仪能够扫描图像的最大面积尺寸，常见的有A4、A3、A1、A0等幅面。

4）数码照相机

数码照相机是20世纪90年代后期迅速流行起来的一种新型照相机，数码照相机在影像拍摄方面和外形上与普通相机大致相同（见图1-16），可以拍摄各类静止画面，甚至还可以拍摄一段短时间的动态影像。

数码照相机与传统照相机在影像摄取的光学系统方面非常类似，都是用光学镜头将拍摄的影像在像面上成像。但是，在影像记录方面它们却有着本质的不同，传统照相机是通过胶片上的光敏介质碘化银感光成像并将影像记录在感光胶片上，而数码照相机则利用电荷耦合器件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS作为感光元件，在拍摄时，光学镜头使被摄对象成像在CCD或CMOS芯片上，光照射引起内部电荷重新排列，从而将光信号转变为电信号，由A/D转换器将模拟电信号转换为数字信号，再经专用芯片将这些数字信号加以压缩，以压缩的数字信号形式（图像格式文件如JPEG）记录在存储器或存储卡上。传统照相机记录在感光胶片上的影像是不可更改和删除的，拍摄的感光胶片必须经过复杂的冲印过程才能成为供观赏和使用的照片。而数码照相机可以利用自身的LCD液晶显示器及时查看拍摄效果，不满意可以立即删除重拍，其存储卡可以重复使用。记录的图片信息可通过数据接口直接传输到计算机中存储、显示、打印。

数码照相机拍摄的影像信息是记录在数码存储卡中的，有内置式存储器和可插入式存储卡两种。内置式存储器固化在相机中，存储容量有限，存满后需转入计算机中将其存储空间释放后才能再存；可插存式储卡需插入相机中使用，存满后可换卡。目前可插入式数码存储卡有记忆棒（Memory Stick）、SD卡（MiniSD Card和SD Card）、MMC卡（MultiMedia Card）、SM卡（Smart Media）、XD卡（XD-Picture Card）、CF卡（CompactFlash Standard）等（见图1-17），各种卡又有不同规格的存储容量，如32MB、64MB、256MB等，甚至可达到12GB的大容量。

数码照相机的拍摄操作与传统照相机非常相似，拍摄好的数字照片可以直接转入计算机中处理，减少了传统照片洗印、扫描才能进入计算机中使用的环节，使图片的数字化处理更为方便。数码照相机已成为重要的计算机外围设备。

数码照相机的质量取决于其性能指标，主要的性能指标有：

（1）分辨率

与显示器、扫描仪一样，数码照相机最重要的性能指标是分辨率，又称解析度。数码照相机的分辨率一般以拍摄的图像有多少像素点表示，像素点越多，成像质量越高，输出打印的照片幅面可以更大些。同时，像素点越多，所需的存储空间越大，相配套的存储卡也需更大。数码照相机的分辨率由电荷耦合器件CCD或CMOS芯片的大小和质量决定，所以，对应的指标是传感器的大小和类型。

（2）色彩深度

和扫描仪一样，色彩深度也称色彩位数，是描述数码照相机色彩分辨能力的技术指标，也是用二进制位数表示，位数越高，其色彩还原越细腻。24位的色彩深度其色彩显示已很漂亮。

（3）存储容量

存储容量是反映数码照相机存储能力的指标，主要指内置存储器的存储容量。一般以字节单位表示。字节数越多其存储容量越大，能够保存的信息量就越大。

（4）输出接口

输出接口是指与计算机连接的接口，现在大多数数码照相机都采用USB口与计算机相连。还有的用IEEE1394接口，使数据传输速度更快。

与传统照相机一样，数码照相机还有其他重要的光学和机械性能指标，如光圈、焦距、快门速度、最小拍摄距离、曝光形式、感光度设定等。

5）数码摄像机（DV）

数码摄像机用于拍摄连续的活动影像，是多媒体计算机的视频输入设备，如图1-18所示。与传统摄像机不同的是数码摄像机记录的是数字视频影像，是在传统摄像机的基础上将模拟信号记录方式转变为数字信息记录。它与数码照相机的静止图像不一样，数码摄像机记录的是运动图像和同步声音。由于运动图像是由静止图像连续播放形成的，以每秒若干帧的连续画面闪现而成，所以数码摄像机除了与数码照相机一样的基本光学、机械系统、成像面上的CCD芯片以外，还必须具有高速连续拍摄以及与之相适应的感光度适应能力和快速的数据压缩能力。记录介质主要是DV录像带。现在的数码摄像机一般也能拍摄照片，并用记忆棒存储。

数码摄像机的主要性能指标有：

（1）分辨率与帧频

与数码照相机一样，最重要的性能指标是分辨率，不同的是数码摄像机的分辨率应与当前的显示设备相适应。而每秒拍摄的图像帧数（帧频）是数码摄像机的特有参数。为适应电视制式，一般有720×576像素25帧/秒（PAL）、720×480像素30帧/秒（NTSC）等不同指标。

（2）色彩深度

和数码照相机一样，是描述数码摄像机色彩分辨能力的技术指标，只是具体的色彩记录方式不同。数码照相机和扫描仪用R（红）、G（绿）、B（蓝）3种基色表示，数码摄像机用亮度信号和红/蓝色差信号（YUV与YIQ色彩空间）记录。

（3）码率

数码摄像机拍摄后一般会将影像资料传输到计算机或电视机，由于影像资料的数据量很大，所以必须对其数据传输速率提出要求，以每秒传输数据量表示，如25Mbit/s等。

（4）音频质量

当前的数码摄像机同步录音质量能达到或超过CD的质量。

6）摄像头

摄像头是一种视频信息的捕捉设备，被广泛用于视频会议、视频聊天、视频电话、远程医疗和实时监控系统。摄像头有两种：一种是数字摄像头，又称为网络摄像头或计算机摄像头；另一种是模拟摄像头。数字摄像头是数字视频输入设备，可与计算机直接配合使用，模拟摄像头则必须经过A/D转换，将模拟信号转化为数字信号，这样计算机才能识别，通常A/D转换由视频采集卡完成。

数字摄像头是一种新型的多媒体外围设备和网络设备，其外观如图1-19所示。

数字摄像头也是用CCD或CMOS作为感光元件，将镜头捕捉到的光信号转换为电信号，再由A/D转换器转换为数字信号输入计算机中进行处理。

摄像头的性能取决于以下主要器件和一些重要指标：

（1）摄像器件

数码摄像头的核心器件是CCD感光电子元件，它具有成像效果好、灵敏度高，抗震动，体积小等优点，但其价格也相对比较高，且耗能大。另外一种新型的感光器件CMOS，具有价格低、反应快、耗能低等特点，但它对光源要求较高。现在先进的影像控制技术使CMOS与CCD之间的差距越来越小，在数码摄像头的实际应用中，CCD和CMOS可以说是势均力敌。

（2）像素分辨率

像素分辨率是衡量数码摄像头质量的重要指标，早期摄像头的像素值一般在10万像素左右，成像后的分辨率为352×288像素。图像质量很低，已逐渐淘汰。现在主流产品的像素值一般在35万像素以上。像素值越高的产品解析图像的能力也就越强。但是，像素高，包含的数据量就大，传输就越慢，这将不利于网上信息的交流，所以对于摄像头来说，并不是像素越高越好。

（3）颜色深度

与数码照相机的颜色深度含义相同，大多数数字摄像头的颜色深度为24位。

（4）接口

接口是摄像头与计算机间的连接电路，现广泛使用的是USB接口。USB接口使摄像头安装比较方便，即插即用，更主要的是USB数据传输速度高，能够较好地完成影像文件大量数据传输的工作，使计算机接收数据更迅速，动态影像的播映效果更平稳、流畅。

（5）视频捕获速度

视频捕获速度是摄像头在一定时间内获取动态图像的帧数，一般以帧/秒为单位，也称为帧速。该数值越大，摄像头的捕获能力就越强，视频播放就越流畅。较好的摄像头的帧速在30帧/秒左右。如果帧速太低，影像播放会出现跳帧现象。

除此之外，摄像头的镜头焦距（从4～5cm到无穷远）、视角范围（60°左右）等都是要重视的指标。

随着摄像头技术的成熟和不断提高，网络应用的迅速普及，摄像头的应用越来越广泛。目前，笔记本电脑嵌入式摄像头的解决方案，基于摄像头的可视通信系统的应用方案都取得了重大突破。

7）触摸屏

触控屏（Touch panel）又称触控面板（见图1-20），是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先的编程驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借助液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等，将来触摸屏还要走入家庭。