第二章 多媒体计算机硬件

范铁生岳承君王军王丹华编著电子工业出版社高等院校计算机规划教材第二章多媒体计算机系统的组成多媒体技术基础与应用了解多媒体计算机系统的硬件构成熟悉常用的多媒体输入设备熟悉常用的多媒体输出设备熟悉常用的多媒体存储设备熟悉常用的多媒体网络设备学习要点多媒体技术基础与应用本章知识体系结构多媒体输入设备2.1多媒体输出设备2.2多媒体存储设备2.3多媒体网络设备2.4多媒体技术基础与应用多媒体计算机及外设多媒体技术基础与应用1839年8月19日法国画家达盖尔公布了他发明的“达盖尔银版摄影术”，于是世界上诞生了第一台可携式木箱照相机。1841年光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。1849年戴维·布鲁司特发明了立体照相机。1861年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩色照片。1866年德国化学家奥托·肖特与光学家卡尔·蔡司在蔡司公司（。发明了钡冕光学玻璃，产生了正光摄影镜头。1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料——柔软、可卷绕的“胶卷”2.1多媒体的输入设备2.1.1数码相机模拟相机的产生与发展多媒体技术基础与应用数码相机随着电子技术的不断发展，模拟相机已逐渐被数码相机所取代。数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到计算机以前，通常会先储存在数码存储设备中（通常是使用闪存）。数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。数码相机最早出现在美国，美国曾利用它通过卫星向地面传送照片，后来数码摄影转为民用并不断拓展应用范围。多媒体技术基础与应用1．数码相机的诞生与发展1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年，美国贝尔实验室发明了CCD。索尼公司于1981年8月在一款电视摄像机中首次采用CCD。冷战结束之后，军用科技很快地转变为了市场科技。1994年，以生产传统相机和拥有强大胶片生产能力的柯达（Kodak）公司向市场发布了其研制成熟的民用消费型数码相机DC40。1995年2月卡西欧发表了25万像素、6.5万日元的低价数码相机QV－101998年富士胶片公司推出首款百万级（150万像素）最轻小、普及型数码相机；佳能与柯达公司合作开发了首款装有LCD监视器的数码单反相机。该年是低价“百万像素”数字相机成为一个新的热点和主流产品的一年，当年发表或出售的新机种60多种。1999年是轻便型数码相机跨入200万像素之年。进入2000年，热点转到300万像素级。从2000年以后，数码相机步入快速普及时期，其CCD像素数也逐渐跃升到1000万级以上。多媒体技术基础与应用数码相机是一种光、电、机一体化产品。从外观上看，普通数码相机和光学相机中的傻瓜机差不多，有机身、镜头、取景器、快门、闪光灯等部件，但数码相机和光学相机有内在的不同。二者最大的区别是它们使用的感光与存储介质不同，传统相机使用胶卷，而数码相机使用光电耦合器(CCD)作为感光器，用可擦写的电子存储介质来保存图像。数码相机输出的图像是数字的。2.4数码相机多媒体技术基础与应用变焦有光学变焦和数码变焦两种，光学变焦是通过改变镜头的焦距来实现变焦的，这是符合传统的光学原理的，不会影响画质。数码变焦的作用类似于放大镜，以牺牲画质为代价实现变焦，也就是说使用数码变焦的倍数越大，画面就越不清楚。通常把光学变焦作为衡量一款数码相机性能的指标，一般DC光学变焦都是3-4倍，而5倍以上就算是长焦相机了，可以拍摄距离较远的物体。广角是指拍摄范围更广，在空间比较局限的室内，以及户外拍摄开阔的风景时比较有用，消费类相机受到功能和成本的限制，很少采用比28mm大的超广角镜头，日常拍摄，28mm广角够用了。数码相机的结构1.镜头(变焦与广角)多媒体技术基础与应用CCD是数码相机最核心的感光元器件，作用等同于传统相机的胶片，是数码相机最重要的部件之一，数码相机CCD通常会用1/1.8、1/2.5等形式来表现，这些数字指的是它的面积，感光面积当然是越大越好。有效像素指的是CCD上的有效像素点的数量，有效像素越高，相片效果更精细，打印尺寸也越大。现在的数码相机主流像素已经高达7-800万，千万像素的也不少。有效像素达到500万就完全可以满足日常使用了，所以，现在的数码相机基本上不会存在像素不够的情况，从实用的角度出发，没必要盲目追求千万像素。2.CCD(ChargeCoupleDevice,光电荷耦合器件)多媒体技术基础与应用MPU是实现测光、运算、曝光、闪光控制、拍摄逻辑控制以及图像的压缩处理等操作的一个完整的控制体系。现今MPU向着更节能，处理更快捷的方向发展。右图为佳能数码相机的标准配置有DIGICIII处理器，使拍摄明亮的高饱和度被摄体时色彩还原更加精确，暗光线下的伪色彩和噪音信号更少。配合先进的CMOS感应器8通道数据读取技术、高速数据处理能力和DDRSDRAM缓存，相机能实现惊人的连拍性能，加上仅有0.2秒的启动时间和55毫秒的快门时滞，任何稍纵即逝的精彩瞬间都不会错过。3.A/D转换器4.MPU(微处理器)多媒体技术基础与应用SD卡(SecureDigitalCard安全数码卡):大容量，高性能，SD卡最大的特点就是通过加密功能，可以保证数据资料的安全保密，读写达2MB/秒。XD卡(eXtremeDigital极速卡):由奥林巴斯、富士和东芝公司联合开发与持有。存储速度快,但价格比SD卡高出许多！CF卡(CompactFlash卡):其体积较大，信息安全性和存储速度较SD卡和XD卡没有优势而言。MemoryStick：Sony特有的记忆棒，广泛用于Sony的数码相机CyberShot，手机，笔记本，摄像机，SonyPDA等设备当中。MMC卡：比SD还高昂的价格和慢吞吞的速度，并没有得到用户的普遍认可。5.存储设备多媒体技术基础与应用液晶取景器：LCD(LiquidCrystalDisplay)称为液晶显示屏，数码相机使用的LCD与笔记本电脑的液晶显示屏工作原理相同，只是尺寸较小。从种类上讲，LCD大致可以分为两类，即DSTN-LCD(双扫扭曲向列液晶显示器)和TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)。与DSTN相比，TFT的特点是亮度高，从各个角度观看都可以得到清晰的画面，因此数码相机中大都采用TFT-LCD。LCD的作用有三个，一为取景、二为显示、三为显示功能菜单。固然尺寸大的LCD比像素相同小尺寸的LCD先是更加清晰，但LCD尺寸增加，DC耗电量也随之增加，所以LCD并非越大越好呀，只要自己能看清楚就好。6.LCD(液晶屏幕)多媒体技术基础与应用数码相机的电池有5号电池和锂电池两种，它们也有各自的优缺点。5号电池的续航能力弱一点，多少也会使相机整体的速度变慢(例如：闪光灯充电和存储速度)，优点就是购买方便，如果没电了随便一个商店都能买到备用的电池，相比之下锂电池的通用性就不如它了，一款相机一般只能使用一种型号的锂电池，而且在普通商店和超市都很难买到，可是锂电池的一次性拍摄时间比较长，无须频繁换电池，而且速度也比较快、充电时间相对于镍氢电池也短很多。7.电池多媒体技术基础与应用2．数码相机的分类（1）单反相机单反数码相机就是指单镜头反光数码相机在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。多媒体技术基础与应用2．数码相机的分类（2）卡片相机卡片相机在业界内没有明确的概念，仅指那些小巧的外形、相对较轻的机身以及超薄时尚的设计是衡量此类数码相机的主要标准。卡片数码相机可以不算累赘地被随身携带；而在正式场合把它们放进西服口袋里也不会坠得外衣变形；女士们的小手包再也不难找到空间挤下它们；在其他场合把相机塞到牛仔裤口袋或者干脆挂在脖子上也是可以接受的。虽然它们功能并不强大，但是最基本的曝光补偿功能还是超薄数码相机的标准配置，再加上区域或者点测光模式，这些小东西在有时候还是能够完成一些摄影创作。其优点是时尚的外观、大屏幕液晶屏、小巧纤薄的机身，操作便捷。缺点是手动功能相对薄弱、超大的液晶显示屏耗电量较大、镜头性能较差。多媒体技术基础与应用2．数码相机的分类（3）长焦相机长焦数码相机指的是具有较大光学变焦倍数的机型，而光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。长焦数码相机主要特点其实和望远镜的原理差不多，通过镜头内部镜片的移动而改变焦距。当人们拍摄远处的景物或者是被拍摄者不希望被打扰时，长焦的好处就发挥出来了。另外焦距越长则景深越浅，和光圈越大景深越浅的效果是一样的，浅景深的好处在于突出主体而虚化背景在拍摄时，要注意变焦对于成像质量的影响，并非变焦范围越大越好。10倍超大变焦的镜头最常遇到的两个问题就是镜头畸变和色散。多媒体技术基础与应用当按下快门时，镜头将光线会聚到感光器件CCD(电荷耦合器件)上,CCD是半导体器件，它代替了普通相机中胶卷的位置，它的功能是把光信号转变为电信号。这样，我们就得到了对应于拍摄景物的电子图像，但是它还不能马上被送去计算机处理，还需要按照计算机的要求进行从模拟信号到数字信号的转换，ADC(模数转换器)器件用来执行这项工作。接下来MPU(微处理器)对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器中。至此，数码相机的主要工作已经完成，剩下要做的是通过LCD(液晶显示器)查看拍摄到的照片。有一些数码相机为扩大存储容量而使用可移动存储器，如PC卡或者软盘。此外，还提供了连接到计算机和电视机的接口。数码相机的简单的工作原理多媒体技术基础与应用3．数码相机的原理数码照相机的种类繁多，样式和型号也各有不同，但是基本结构大同小异，都包括镜头、光圈、快门、取景器、调焦装置、机身、图像传感器、数字信号处理电路、存储器等基本组成部分。多媒体技术基础与应用数码相机的组成（1）镜头镜头的作用是将被摄景物成像于图像传感器上。镜头由透镜组构成，其性能水平是影像画面质量高低的决定因素。摄影镜头根据其焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头。定焦距镜头定焦距镜头根据焦距的不同可分为标准镜头、广角镜头（短焦距镜头）和远摄镜头（长焦距镜头）。①标准镜头：焦距长度与成像元件（CCD或者CMOS，传统相机的胶卷）对角线基本相等(如135照相机的标准镜头的焦距约为50mm)。其拍摄的景物范围视场角在45°～55°之间，接近人眼视角，拍摄的画面景物透视关系正常，符合人眼视觉习惯。多媒体技术基础与应用数码相机的组成②广角镜头：焦距长度小于成像元件的对角线(如135照相机广角镜头的焦距约小于40mm)。视场角大，拍摄范围广，可在距离较近或环境较窄的情况下拍摄较宽阔的场景；有夸张前后景物大小和比例的作用，画面空间感强；画面会发生变形，不适合拍摄人像特写。③远摄镜头：焦距长度大于所成像元件对角线(如135照相机长焦镜头的焦距约大于60mm)。视场角小，成像大，适合于拍摄一些不便靠近的物体；景深小，有利于虚化背景，突出主体。变焦镜头变焦镜头是指镜头焦距可在一定范围内调整变化。镜头的最长焦距值与最短焦距值之比称为变焦倍数。在拍摄过程中，摄影者可根据需要随时调整焦距，得到所要的取景和构图，以满足不同拍摄效果的需要。多媒体技术基础与应用数码相机的组成（2）光圈光圈是在镜头中间由数片互叠的金属叶片组成的可调节镜头通光口径的装置。光圈的主要作用是调节通光量。在拍摄同一个对象时，光线强时，应将光圈缩小，光线弱时，应将光圈开大。光圈系数指光圈的大小，是焦距与光孔直径的比。如F2.8、F4、F5.6、F8、F11、F16、F22等，光圈系数越大，光圈孔径越小，进入镜头的光线越少，如图所示。相邻的光圈系数的光通量相差一倍。多媒体技术基础与应用数码相机的组成（3）快门快门的作用是控制进光时间和影响运动物体