第七章多媒体输入输出设备

第七章多媒体输入输出设备

学习目标 1. 了解常用的多媒体辅助设备； 2. 了解显示适配器的组成和作用； 3. 了解CRT显示器与LCD显示器的主要性能指标； 4. 了解扫描仪的分类、工作原理以及光学符号识别 OCR； 5．掌握数码相机的构成和使用方法； 6．掌握数码摄像机和数码摄像头的原理及使用； 7．了解彩色打印机和投影仪的分类、主要技术指标。

7.1 显示适配器与显示器 7.1.1显示适配器显示适配器也称显卡、视频卡、图形显示适配器等。显示适配器的基本作用是将系统中主处理器送来的数据处理成显示器认识的格式，再送到显示器形成图像。

显示适配器插在主板的 ISA、PCI、AGP扩展插槽中。现在也有一些主板是集成显示适配器的。显示适配器的外观

1．显示适配器的组成 • 显示主芯片 • 显示缓存(显存) • 数字模拟转换器（RAMDAC） • BIOS • 总线接口 • 输出接口

2．显示适配器的作用 • 信息模式的转换 • 显示信息的控制 • 对图形函数进行加速

7.1.2 CRT显示器 阴极射线管（简称CRT）显示器是目前使用比较广泛的多媒体计算机输出设备，CRT 显示器的基本电路结构包括电源电路、场扫描电路、行扫描电路、视频放大电路、控制（调整）电路和CRT。 CRT显示器外观

CRT显示器的主要性能指标 • 分辨率 • 点距 • 刷新率 • 带宽 • 最大可视面积

7.1.3 LCD显示器 液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。液晶显示器外观

1．液晶 液晶最早是由奥地利植物学家莱尼茨尔在 1888年发现的。液晶介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以液晶可以说是处于一个中间相的物质。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。

2.液晶显示器的显像原理 液晶显示器是将液晶置于两片导电玻璃之间，利用液晶的物理特性，靠两个电极之间电场的驱动，引起液晶分子的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源开关之间产生明暗将影像显示出来。

3．液晶显示器的分类 • 扭曲向列型(TN-Twisted Nematic) • 超扭曲向列型(STN-Super TN) • 双层超扭曲向列型 • 薄膜晶体管型

4．液晶显示器的性能指标 • 分辨率 • 刷新率 • 视角 • 响应时间

7.2 触摸屏 触摸屏是一种坐标定位装置，用手触摸显示器上显示的菜单或按钮时，实际上触摸的是触摸检测装置，该装置将触摸位置的坐标数据通过通讯口送给计算机，做出相应的响应。触摸屏按照技术原理可以分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线触摸屏、表面声波触摸屏等。

7.2.1 电阻式触摸屏 电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在它们之间有许多细小的的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出触摸的位置。

7.2.2 电容式触摸屏 电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。

7.2.3 红外线式触摸屏 红外线触摸屏原理很简单，只是在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架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。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线，计算机便可即时算出触摸点位置。

7.2.4 表面声波触摸屏 表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长（5000万次无故障），透光率高，能保持清晰透亮的图像质量，没有漂移，只需安装时一次校正，有第三轴（即压力轴）响应，最适合公共场所使用。

7.3 扫描仪 7.3.1 扫描仪的分类 • 手持式扫描仪 • 平板式扫描仪 • 底片扫描仪 • 馈纸式扫描仪 • 笔式扫描仪

平板式扫描仪外观 底片扫描仪外观笔式扫描仪外观

7.3.2 扫描仪的工作原理 扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿），光学系统采集这些光线，将其聚焦在感光器件上，由感光器件将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D转换及处理，产生对应的数字信号输送给计算机。

7.3.3 扫描仪主要性能指标 • 分辨率 • 色彩位数 • 灰度 • 速度 • 幅面

7.3.4 文字识别系统OCR OCR是文字识别系统的简称，它是英文Optical character recognition的缩写，原意是光学字符识别。它的功能是通过扫描仪等光学输入设备读取印刷品上的文字图像信息，利用模式识别的算法，分析文字的形态特征从而判别不同的汉字。在扫描仪发展史上，文字识别软件（OCR）的出现，实现了将印刷文字扫描得到的图片转化为文本文字的功能，提供了一种全新的文字输入手段，大大提高了用户工作的效率，同时也为扫描仪的应用带来了进步。

7.4 数码照相机 7.4.1 数码照相机的分类数码照相机的分类方法很多，各有其特点。按照所采用的图像传感器分类，数码相机可分为线阵CCD相机、面阵CCD相机和CMOS相机；按照价格可分为低档相机、中档相机和高档相机；按照使用对象可分为家用型相机、商用型相机和专业型相机；按照机身结构可分为单反相机、简易型相机和长焦相机。

1.单反相机 单反数码相机指的是单镜头反光数码相机，即Digital数码、Single单独、Lens镜头、Reflex反光。单反数码相机的一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头。单反数码相机

2.卡片相机 卡片相机也是超薄数码相机，卡片相机没有明确的概念，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。　它的功能并不强大，但是最基本的曝光补偿功能是超薄数码相机的标准配置，加上区域或者点测光模式，卡片相机能够完成一些基本的摄影创作。

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。一些镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。长焦数码相机

模数转换 存储器 7.4.2数码照相机的构成光线镜头光线 CCD 图像压缩数码相机工作原理图

数码照相机的构成 • 镜头 • 图像传感器 • 数据传输接口 • LCD（Liquid crystal display）显示屏 • 存储卡 • 电源

7.4.3 数码照相机技术指标 • 像素 • 文件格式 • 分辨率 • 连续拍摄

7.5 数字摄像头 摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片（DSP）中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。

7.5.1数字摄像头的组成 • 镜头（LENS） • 图像传感器（SENSOR） • 数字信号处理芯片（DSP） • 电源摄像头外观

7.5.2 数字摄像头技术指标 • 像素 • USB接口规范 • 视频捕捉速度 • 调焦、快门

7.6 数码摄像机 数码摄像机是将光信号通过CCD转换为电信号，再经过模拟数字转换，以数字格式将信号保存在磁带、闪存卡、DVDRW光盘或硬盘上的一种摄像记录设备。数码摄像机外观

7.6.1 数码摄像机简介 在许多场合下我们用DV来代表数码摄像机。DV是Digital Video的缩写，译成中文就是“数字视频”的意思。从内部结构上讲，数码摄像机包括可变焦光学透镜系统、取景器、CCD摄像器件、A/D转换器、数字信号处理器DSP、数字音频处理和记录系统、磁带加载和伺服机构、液晶显示器和信号输出控制单元。数码摄像机的特点如下：（1）清晰度高，色彩更加纯正。（2）体积小，重量轻。（3）记录声音达到CD水平（4）能与计算机进行信息交换

7.6.2 数码摄像机的感光器件 数码摄像机的感光器件也即数码摄像机感光成像的部件，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。目前数码摄像机的核心成像部件有CCD和CMOS两种。

7.6.3 光学变焦与数码变焦 光学变焦通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距，数码摄像机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个像素面积增大，从而达到放大目的。

7.7 彩色打印机 打印机是由微型计算机、精密机械和电气装置构成的机电一体化的高科技产品、是各种类型的计算机系统中能实现硬拷贝输出的外部设备，通过它可以将电脑处理的文件、数据和图片打印出来。目前常用的打印机为彩色打印机，常见的彩色打印机一般有彩色喷墨打印机、彩色激光打印机和热升华打印机等。

7.7.1 彩色喷墨打印机 彩色喷墨打印机的作用是将计算机产生的彩色图像或来自扫描仪的彩色图像高质量地打印出来。计算机用RGB模式显示的页面必须用CMY模式打印，这就需要把色彩从RGB模式转换到CMY模式。喷墨打印机上每一个喷嘴都是二进位的，它只能被打开或关闭。所以，除了从RGB模式到CMY模式的图像转换外，图像信息还必须进一步转换成送到打印头的一系列开／关命令，包括青色开／关命令、品红色开／关命令和黄色开／关命令。

7.7.2 彩色激光打印机 激光打印机是20世纪60年代Xerox公司发明的，它是一种非击打类型的页式打印机，采用电子照相技术。彩色激光打印机是在普通单色激光打印机的黑色墨粉基础上增加了黄、品红、青三色墨粉，并依靠硒鼓感光四次，分别将各色墨粉转移到转印硒鼓上，转印硒鼓再将图形转印到打印纸上面，达到输出彩色图形的结果。彩色激光打印机外观

7.7.3彩色热升华打印机 彩色热升华打印机使用固体颜料而非墨水，其色带上涂的固体颜料具有升华性质，颜料经加热头加热直接升华，进而转印到纸张上，加热头由许多加热元件构成，可以形成256种不同的温度，导致颜料升华的程度有256级的区别。热升华打印的彩色颜料有青、品、黄三种，所能组合成的色彩也就有256×256×256＝1670万种之多。由于色彩的转印不是物理的墨滴，而是气相的颜料，所形成的色阶几乎是连续的，色彩非常细腻，也看不到喷墨打印那样的点。彩色热升华打印机

7.8 投影仪 投影仪是一种多媒体计算机的输出设备，主要用于多媒体计算机的信息显示，可将信号放大投影到大面积的投影屏幕上，广泛地应用于教学、会议、旅游等领域。投影仪外观

7.8.1投影仪分类 投影仪按照结构原理分类主要有: CRT（Crystal Ray Tube，阴极射线管）投影仪 LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）投影仪 DLP（Digital Light Processor，数码光路处理器）投影仪LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）投影仪

1．CRT投影仪 CRT投影仪发展较早，CRT作为成像器件，CRT投影仪分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、对信号的兼容性强，且技术十分成熟。特别是CRT投影仪在采用当前技术先进的CRT新型荫罩后，亮度也有了较大提高。

2．LCD液晶投影仪 LCD液晶投影仪是液晶显示技术和投影技术相结合的产物，它利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670百万种色彩的图像。LCD投影仪的主要成像器件是液晶板。LCD投影仪的体积取决于液晶板的大小，液晶板越小，投影仪的体积也就越小。与液晶显示器相同，LCD投影仪采用的是扭曲向列型液晶。

3．DLP数字投影仪 DLP投影仪是一种光学数字化反射式投射设备。DLP投影仪以DMD（Digital Micromirror Device，数字微透镜装置）作为光阀成像器件，单片DMD是由许多微镜组成，每一个微镜都对应着生成图像的一个像素，因此，DMD装置的微镜数目决定了一台DLP投影机的物理分辨率，平常我们说投影机的分辨率为600×800的SVGA模式，指的就是DMD装置上的微镜数目就有600×800=480000个，是相当复杂和精密的。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为单片机、两片机和三片机。

4．LCOS投影仪 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)是一种全新的数码成像技术，它采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅，控制电路置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而实现更大的光输出和更高的分辨率。

7.8.2 投影仪技术指标 • 亮度 • 分辨率 • 对比度 • 均匀度 • 灯泡寿命和功率

习题七 1．简述图像扫描仪的工作原理。 2．什么是OCR？ 3．触摸屏有哪些类型？工作原理是什么？ 4．数码相机的工作原理是什么？ 5．数字摄像机与传统模拟摄像机相比具有哪些优点？ 6．彩色喷墨打印机和彩色激光打印机分别是如何实现彩色打印的？ 7．简述CRT、LCD、DLP和LCOS投影仪的特点，投影仪的技术指标有哪些？

第七章 多媒体输入输出设备