多媒体计算机技术:层次结构体系

多媒体系统是把音频和视频同计算机集成在一起形成的一个有机整体，由计算机对各种媒体进行数字化处理。因而，多媒体不是原系统的简单相加，而是具有其自身结构特点的系统。对于一个多媒体系统，可以宏观上把它看成具有层次结构的体系，对一个成熟完备的多媒体系统的组成，其要求是相当高的，主要可以分成六个层次，如图3-1所示。这种划分是在多媒体技术发展过程中逐步形成的，目前没有统一的概念化体系和绝对的通用标准，因此它还将随着多媒体的发展不断丰富和完善。

图 3-1 多媒体系统的层次结构

§3.1.1 计算机硬件系统层

计算机硬件系统层是多媒体系统的基础，近几年来多媒体计算机技术发展快，所制定的硬件规格标准也将逐步修改，但目前公认的多媒体计算机硬件大多采用486以上CPU，至少的4MB的RAM，420MB的硬盘，显示器具有256色分辨率为640×480以上，通常还需要配备光盘驱动器、音频和视频处理装置，以及各种多媒体输入与输出设备，起码要符合多媒体计算机的标准规范，首先是具有丰富的音频功能，可以从麦克风、收录机、CD唱盘、电子乐器等不同的音源采集音频模拟信号，并进行数字化录制及回放。

另外，计算机硬件系统层还必须支持多功能的图形覆盖及其它编辑功能，为了能获得丰富的图形功能，能支持视频信号的输入输出，还必须配备有处理视频信号的插件卡，以实现与电视机、录像机或摄像机等的相连，使之能采集来自这些设备的模拟信号，并以数宇化的形式存入磁盘，且可以从磁盘重播，支持图像的逐帧采集并数字化，支持实现广播级的视频信号输出及录像带的生成等等。

许多硬件制造商把各种部件做在了多媒体计算机的主板上，如Tandy、Philips等公司都生产多媒体计算机，或提供相关的硬件卡和工具，把现有的计算机升级为一台具有多媒体功能的计算机。

§3.1.2 多媒体实时压缩与解压缩层

多媒体计算机的关键问题是如何实时地综合处理声、文、图等信息。数字化的图像和声音的数据量是非常大的。例如，一幅未经压缩的256色，640×480像素的彩色图像在IBMPC/AT（或兼容机）上放映出来，若要时间不少于5秒，即要实现全运动的立体图像实时处理，则多媒体处理器的速度必须要超过12亿次/秒的操作，存储器的容量超过几十个GB.

这样高的要求目前在一般的计算机上是无法实现的。因此，必须对多媒体数据进行实时压缩与解压缩，通常的办法是采用以专用芯片为基础的集成卡，目前已形成了一些国际标准和商品化的产品。其主要代表有：JPEG，MPEG和P×64等三大国际标准。

高速数宇处理器和专用硬件芯片是实现这些标准算法的关键所在。例如JPEG等算法的专用图像数椐压缩处理器芯片CL550，可在1秒种内将25MB的图像数据压缩处理到1MB，达到25∶1的压缩比。

目前视频和音频数据压缩处理的专用芯片主要有：

（1）Intel公司研制的DVI（Digital Video Interactive）交互式数字视频系统芯片。

（2）SGS-Thomson公司研制的ST13220芯片。

（3）SGS-Thomson公司INMOS分公司研制的IMS-A121芯片。

（4）SGS-Thomson公司研制的STU3200芯片。

（5）C-Cube公司研制的CL-550和CL-550B芯片。

（6）Integrated Information Technology公司研制的VP（Vision Processor）多功能视频压缩芯片，可执行JPEG、MPEG和P×64标准算法。

（7）Media Vision公司研制的MVD101和MVD1208单片音效控制芯片。

§3.1.3 多媒体输入/输出控制及接口层

它是多媒体硬件与高层软件之间的桥梁，它与多媒体硬件打交道，主要是驱动和控制多媒体硬件设备，并提供软件接口，为高层软件的使用服务。所以它的功能与一般的操作系统的功能相类似。

此层也是高层软件和驱动器之间的软件接口，为高层软件建立了虚拟设备，它定义了实际设备的接口特性，从软件操作的接口特性看，虚拟设备的描述比实际设备可以更易于进行各种详细而复杂的操作。(www.xing528.com)

§3.1.4 多媒体系统软件层

此层可支持计算机对文字、视频和音频等多媒体信息的处理，解决多媒体信息的时间同步问题，其功能相当于多媒体的操作系统，是多媒体计算机软件系统的核心部件。它是在传统操作系统软件的基础上，增加处理音频和视频等媒体的功能，并能控制有关这些媒体的输入与输出设备。

多媒体系统软件有两种设计方法：一种是设计成专用的实时操作系统；另一种是在操作系统或窗口系统支撑环境下，设计一个音频视频系统AVSS或者是音频视频核AVK。AVSS可在通用操作系统环境下运行，AVK可在窗口系统（如Windows3.1）环境下运行。主要的代表有：

Philips和Sony公司为CD-I交互式紧凑光盘系统研制的CD-RTOS（CD实时操作系统）。

Amiga Vision、Commode公司为Amiga多媒体系统研制的Amiga操作系统及语言。

Intel和IBM公司为DVI系统研制的AVSS（Audio/Video Support System）和AVK （Avdio/Video Kernel）。

特别是目前在PC机上流行的Microsoft公司研制的Windows3.1、Windows3.2操作系统，实际上是唯一得到广泛使用的多媒体操作系统软件。

由于未来的计算机可能都会成为多媒体计算机，可以预见今后计算机的操作系统也许就是多媒体操作系统，它相当于多媒体输入/输出控制及接口层和多媒体系统软件层的功能之和。

§3.1.5 创作与开发系统层

这一层的功能是开发多媒体应用系统，可用它编辑多媒体“节目”，控制多媒体系统的播放。如提供多媒体函数库、开发工具、著作语言等。代表性的创作系统有：

DVI系统的AVSS/RTX软件或AVK软件

PC系统的MS-Windows with Multimedia

Macintosh的Hyper Card或Quick

多媒体软件创作工具主要用于创作多媒体应用软件，与一般编辑工具不同的是：它可以对声音、文本、图形及图像等多种媒体信息流进行控制和管理，按要求生成多媒体应用软件。

多媒体技术是计算机技术和影像技术相结合的产物，功能齐全、方便实用的创作工具是多媒体技术广泛应用的关键所在。为了使非专业人员能够方便地使用多媒体计算机开发多媒体应用系统，就需要有专门的多媒体创作工具。它除具有一般编程工具具备的信息控制能力外，还必须有将不同媒体技术编入程序的能力，并具有时间控制、调试能力以及动态文件输入输出的能力。

多媒体创作工具由于应用目标和使用对象的不同，在功能上往往会有较大的差别。站在用户的角度，可从多个方面来评测创作工具性能的优劣，如编程环境、各种媒体数据的输入和输出能力、动画的制作和演播、应用程序间的动态连接，易学易用性以及良好的扩充性等。

§3.1.6 应用系统层

这一层是利用创作系统提供的工具制作的多媒体应用系统。是直接面向用户，为用户服务的，如教育培训、旅游咨询、商业信息服务等。一个完整的多媒体应用系统一般要建立在前五个层次基础之上，硬件和软件尽量齐全，但也有的多媒体系统是专用的应用系统，不强调硬件和软件的齐全性、适用性。多媒体应用软件是多媒体的最终产品，其功能和表现是多媒体的直接体现，目前多媒体应用软件已很多，渗透到了各个应用领域。

如图2-1所示，层次越高，则越接近于用户，为用户提供高级的多媒体应用平台，但高层的功能是通过低层实现的。