多媒体硬件基础

1、第4章 多媒体硬件根底普通高等教育“十一五国家级规划教材4.1 数字音频处置接口4.1.1 声音卡的功能与任务原理 声卡是一种安装在计算机中的最根本的声音合成设备，是实现声波数字信号相互转换的硬件可把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，完成对声音信息进展录制与回放 。34.1.1 声音卡的功能与任务原理 声卡的功能播放数字音乐录音语音通讯实时的效果器接口卡音频解码合成器44.1.1 声音卡的功能与任务原理 声音卡的根本原理模数转换电路担任将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处置的数字信号；而数模转换电路担任将电脑运用的数字声

2、音信号转换为喇叭等设备能运用的模拟信号 54.1.1 声音卡的功能与任务原理 声音卡的类型 1板卡式2集成式3外置式声音卡64.1.2 音乐合成和MIDI接口规范音乐合成与MIDI MIDIMusical Instrument Digital Interface是指乐器数字接口，是数字音乐的国际规范 MIDI文件是一种描画性的“音乐言语，非常小巧，它将所要演奏的乐曲信息用字节描画，例如“在某一时辰，运用什么乐器，以什么音符开场，以什么音调终了，加以什么伴奏等等。 声卡的音乐合成主要有两种方法：调频FM合成法和波表Wave Table合成法。74.1.2 音乐合成和MIDI接口规范音乐合成与MI

3、DI 衡量声卡的音乐合成器的性能好坏的参数：音色数目。音色越多，音乐的表现力就越强。发音数。发音数决议了声音卡同时最多能发出多少个音符，发音数越多播放交响乐的才干越强。音乐的兼容性。是指音色在陈列顺序上的兼容性。 84.1.2 音乐合成和MIDI接口规范MIDI接口MIDI In输入口：接纳从其他MIDI安装传来的音讯。MIDI Out输出口：发送某安装生成的原始MIDI音讯。向其他设备发送MIDI音讯。MIDI Thru转发口：传送从输人口接纳的音讯到其他MIDI安装。向其他设备发送MIDI音讯。94.1.2 音乐合成和MIDI接口规范MIDI技术规范 MIDI规范始建于1983年，是由MI

4、DI协会制定的首先公布的是MIDI-1.0版本，后又补充公布了“MIDI-1.0详解、“MIDI-1.0规定的补充阐明、“通用MIDI规定1991年。MIDI规定合成器、音序器、微机和鼓乐等能经过一个规范的接口衔接 104.1.3 语音合成计算机语音输出有两种方法：一是录音/重放，二是文语转换 语音合成：把计算机内的文体转换成延续自然的语音流。 按其实现的功能来分，可以分为以下两个档次。有限词汇的计算机语音输出采用录音重放技术，或针对有限词汇采用某种合成技术，对言语了解没有要求。例如114查询、火车报站等。基于语音合成技术的文字-语音转换TTS进展由书面言语到语音的转换，它并不只是由正文到语音

5、信号的简单映射，它还包括了对书面言语的了解，以及对语音的韵律处置。例如金山词霸中的英文朗诵功能114.1.4 MP3播放器 MP3播放器：可播放MP3格式的音乐播放工具MP3是MPEG Audio Layer 3的简称 124.1.4 MP3播放器 MP3播放器的内部构造和任务原理 134.1.4 MP3播放器 MP3播放器的内部构造和任务原理 将MP3歌曲文件从内存中取出，并读取存储器上的信号到解码芯片；解码芯片对信号进展解码；经过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号；把转换后的模拟音频放大；低通滤波后到耳机输出口，输出后就是我们所听到的音乐了144.1.4 MP3播放器 MP3播放器

6、的主要功能及性能参数 1播放功能2录制功能3存贮容量与类型4音乐格式5输入输出接口154.2 数字视频处置接口4.2.1 视频图像显示显卡 ：CPU和显示器之间的桥梁主流的产品都是采用NVIDIA、ATI的显示芯片主流显卡的总线接口类型 PCI接口 ：Peripheral Component Interconnect，外设部件互连规范，1991年推出AGP接口：Accelerate Graphical Port，加速图形接口，1996PCI-E接口：支持热拔插，支持双向数据传输和数据分路传输方式174.2.1 视频图像显示显示芯片性能目的 显卡的中心频率公版频率中心代号显示芯片位宽顶点着色单元

7、渲染管线像素填充率184.2.1 视频图像显示显存类型SDRAMDDR SDRAMDDR SGRAM显存性能目的显存位宽显存时钟周期显存容量显存频率显存带宽194.2.1 视频图像显示显示接口 显示接口是指显卡与显示器、电视机等图像输出设备衔接的接口。显卡上常见的显示接口有DVI接口、HDMI接口、VGA接口、S端子和其他电视接口。204.2.1 视频图像显示 DVI：Digital Visual Interface，1999年推出的接口规范。 DVI-D接口，只能接纳数字信号， DVI-I接口，可同时兼容模拟和数字信号 214.2.1 视频图像显示HDMI接口 HighDefinition

8、Multimedia，高明晰度多媒体接口 提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以同时传送无紧缩的音频信号及高分辨率视频信号。 无需在信号传送前进展数/模或者模/数转换即插即用 224.2.1 视频图像显示VGA接口 Video Graphics Array，也叫D-Sub接口 CRT显示器由于设计制造上的缘由，只能接受模拟信号输入，这就需求显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口DVIVGA转接头234.2.1 视频图像显示TV-Out接口 显卡具备输出信号到电视的相关接口 复合视频接口RCA接口 S端子244.2.1 视频图像显示CRT显示系统 254.2.1 视频图像显示

9、CRT显示系统 1屏幕尺寸 2荫罩和点间距3荧光粉类型4刷新或扫描频率与闪烁5隔行和非隔行扫描6显示缓冲区与颜色定义7模拟信号接口和数字信号接口8视频BIOS264.2.1 视频图像显示液晶显示系统 任务原理 在充电条件下，液晶能改动分子陈列，继而呵斥光线的扭曲或折射液晶显示器任务原理是经过能阻塞或传送光的液晶资料，传送来自周围的或内部光源的偏振光。 274.2.1 视频图像显示液晶显示系统 任务原理 在充电条件下，液晶能改动分子陈列，继而呵斥光线的扭曲或折射液晶显示器任务原理是经过能阻塞或传送光的液晶资料，传送来自周围的或内部光源的偏振光。 宽屏 16:9 15:9和16:10 284.2.

10、1 视频图像显示液晶显示系统可视角度 用户可以从不同的方向明晰地察看屏幕上一切内容的角度。 大多数产品的可视角度在120度以上，部分产品到达了170度以上 分辨率 点距 垂直扫描频率 显示器接口294.2.1 视频图像显示投影显示系统 LCDLiquid Crystal Display液晶投影机 利用液晶的光电效应采用目前最为成熟的透射式投影技术。投影画面颜色复原真实艳丽，颜色饱和度高，光利用效率很高 304.2.1 视频图像显示投影显示系统 DLPDigital Lighting Process数字光处置器投影机 数字微镜安装 DMD芯片作为成像器件，经过调理反射光实现投射图像的一种投影技术

11、 反射式投影技术 对比度和均匀性都非常出色，图像明晰度高、画面均匀、颜色锐利，并且图像噪声消逝，画面质量稳定，准确的数字图像可不断再现，而且历久弥新 314.2.1 视频图像显示投影显示系统 LCOS投影技术型的反射式micro LCD投影技术，它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片 光利用效率高，容易到达高解析度 324.2.1 视频图像显示投影显示系统ANSI流明与投影机的亮度：投影机表示光通量的国际规范单位 投影机的亮度越高，投射到屏幕上的一样尺寸的图像越亮堂，图像也就越明晰。 物理分辨率：投出的图像原始分辨率 最大分辨率：可显示的输入信号的最高分辨率 输入/输出端

12、子：334.2.2 视频卡/盒 视频采集卡将模拟视频转换成数字视频DV卡4卡采用IEEE4规范的接口卡电视卡/盒：是将规范的NTSC、PAL、SECAM电视信号转换成VGA信号在计算机屏幕上显示把计算机变成电视机非线性编辑卡：影视后期制造 344.2.2 视频卡/盒 视频监控卡对摄像头或者摄像机等信号进展捕捉，并以MPEG格式存储在硬盘上的PCI插槽的卡视频信号转换器复合端口、Y/C端口、YUV、DV、SDI、S-Video端子、VGA的信号进展互转，主要是模拟与数字信号的互转，DV与YUV分量信号的互转，VGA电脑信号与视频信号的互转等等354.2.2 视频卡/盒 紧缩卡/盒按一定算法经过解

13、码编码把模拟信号或是数字信号采集到硬盘里或是直接刻录成光盘 紧缩盒是外置的紧缩卡，普通是USB2.0接口与电脑衔接，字幕卡在视频编辑或者视频信号上加字幕 364.2.2 视频卡/盒 视频卡/盒的主要性能参数编码方式接口类型视频输入/输出格式374.3 多媒体输入/输出设备4.3.1 扫描仪概述扫描仪Scanner是一种图像输入设备，利用光电转换原理，经过扫描仪光电的挪动或原稿的挪动，把黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机中。 394.3.1 扫描仪扫描仪的种类手动式扫描仪平面式扫描仪滚筒式扫描仪胶片扫描仪便挟扫描仪404.3.1 扫描仪扫描仪技术参数幅面，如A3、A4光学分辨率，如 600

14、dpi*1200dpi扫描分辨率，如1200dpi*2400dpi灰度与颜色，如256级灰度，24位真彩色扫描速度与计算机接口，如SCSI、USB、打印口配件：投射板、送纸器414.3.1 扫描仪扫描仪技术参数配件：投射板、送纸器424.3.2数码相机原理数字照相机不用胶片，而运用CCD阵列，把来自CCD阵列的电压信号送到模数转换器后，变换成图像的像素值。434.3.2数码相机数码相机数字照相机不用胶片，而运用CCD阵列，把来自CCD阵列的电压信号送到模数转换器后，变换成图像的像素值。444.3.2数码相机数码相机454.3.2数码相机数码相机技术目的CCD/CMOS尺寸：感光器件的面积大小。

15、感光器件的面积越大，也即CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低 光学变焦与数字变焦 数码变焦Digital Zoom是经过数码相机内的处置器，把图片内的每个象素面积增大，从而到达放大目的数码变焦后图像质量下降464.3.2数码相机数码相机技术目的最大像素和有效像素 最大像素Maximum Pixels是指经过插值运算后获得的图像像素数 有效像素数Effective Pixels与最大像素不同，是指真正参与感光成像的像素值。 存储介质：CF卡、SD卡、MM卡SM卡、记忆棒xD卡、MICRODRIVE等接口类型 USB，IEEE4 474.3.3 数码摄像机 Mini

16、DV Digital 8 DV 484.3.3 数码摄像机 Mini DV 硬盘摄像机 494.3.3 数码摄像机 DVD数码摄像机504.3.4 输入输出接口 SCSI接口 Small Computer System Interface，小型计算机系统接口当今世界上最流行的用于小型机、任务站和微机的输入输出设备规范接口采用并行的通讯方式，传输率最高为80MBUSB接口 Universal Serial Bus，通用串行总线 USB 1.1：传输速度为12Mb/s8.5MB/s USB 2.0：传输速度为480Mb/s=60MB/s514.3.4 输入输出接口 IEEE4接口 苹果公司开发的串

17、行规范，中文译名为火线接口firewire。也支持外设热插拔，可为外设提供电源，能衔接多个不同设备，支持同步数据传输 最高传输率可达400 Mbps 。524.4 多媒体存贮技术 4.4.1 光存储的类型544.4.1 光存储的类型只读型光存储系统只读型光盘包括LV和CD-ROM等。CD-ROMCompact Disc-Read Only Memory只读式紧缩光盘，其技术来源于激光唱盘，外形也类似于激光唱盘，可以存储650MB左右的数据。用户只能从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。554.4.1光存储的类型只读型光存储系统只读型光驱只读型光盘564.4.1光存储的类型一次写型光存储系

18、统一次写WORM光存储系统可一次写入，恣意多次读出。与CD-ROM相比，它具有由用户本人确定记录内容的优点。一次写型光驱一次写型光盘574.4.1光存储的类型可重写型光存储系统可重写光盘E-R/W，Rewritable或Erasable像硬盘一样可恣意读写数据。分为两种磁光型Magnetic Optical，简称MO相变型Phase Change，简称PC两种方式。584.4.1光存储的类型可重写型光存储系统磁光型可重写光驱相变型可重写光驱与光盘594.4.2光存储系统的技术目的尺寸LV的直径为12英寸300mmCD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸120mmWORM一次写光盘为14.12英

19、寸和5.25英寸可擦写光盘向小尺寸方向开展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。 604.4.2光存储系统的技术目的容量 格式化容量格式化容量是指按某种光盘规范进展格式化后的容量。 对于SONY的SMO-D501光盘，假设格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只需297MB。 614.4.2光存储系统的技术目的容量 用户容量用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。CD-ROM的容量为550MB和680MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM 的容量标为550MB。 624.4.2光存储系统的技术目的平均存取时间平均

20、存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开场，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。平均寻道时间光学头沿半径挪动全程1/3长度所需的时间为平均寻道时间。634.4.2光存储系统的技术目的平均存取时间平均等待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。 644.4.2光存储系统的技术目的平均存取时间平均等待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。 654.4.2光存储系统的技术目的数据传输率 数据传输率数据传输率普通

21、是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速和存储密度有关。CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KB/s提高到6MB/s。同步传输率、异步传输率和DMA传输率 数据传输率也指控制器与主机之间的传输速率。它与接口规范和控制器内的缓冲器大小有关。SCSI接口的同步传输率为4MB/s，异步传输率为1.5MB/s。AT总线规定的DMA方式的传输率为1MB/s。664.4.2光存储系统的技术目的数据传输率 突发传输率 光盘驱动器或控制器中都包含有一个64K、256K或512K的缓冲存储器。为了提高数据传输率，读数据过程中先把数据存入缓冲器，再进展集中传送；假设下次读取同一内容，就不用

22、从光盘上去读取，直接把缓冲器中的数据传送给主机就可以了，这种传输率称为突发传输率。 674.4.2光存储系统的技术目的数据传输率 继续传输率 当传送的数据量很大时，缓冲器就起不到提高传输率的作用了，这时的传输率称为继续传输率。684.4.2光存储系统的技术目的误码率 采用复杂的纠错编码可以降低误码率。存储数字或程序对误码率的要求高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低。CD-ROM要求的误码率为10-1210-16。平均无缺点时间 (MTBP) 要求到达25000小时。 694.4.3光存储格式规范和类型CD-DACD-DACD-Digital Audio是为激光数字音频唱盘制定的规格。它是C

23、D规范的第一个文本，属于红皮书Red Book规格。CD-ROMCD-ROM逻辑格式，1988年正式作为国际规范IS09660，黄皮书Yellow Book。CD-ICD-ICD-Interactive属于绿皮书Green Book规格。它在CD-ROM规格的根底上补充了音频、视频和计算机程序方面的规定。1988年出现了CD-I交互式光盘系统，1992年底出现了第二代CD-I，可播放互动式电影。704.4.3 光存储格式规范和类型Photo CDPhoto CD是一种像片光盘，允许多段追入记录，属于白皮书White Book规范。该规格也称为黄皮书的第二组规范。CD-WORM：1985年制定。

24、CD-WORM可一次写入，多次读出，弥补了光盘不能写入用户信息的缺陷。它的出现使光盘机不仅可以作为大型计算机的资料储存安装，也进入了个人计算机的范畴。蓝皮书规范714.4.3光存储格式规范和类型CD-ROM XA1988年制定允许数据和音视频信号交替地在盘上放置。这种格式便于开发人员制造丰富多彩的多媒体节目。1991年又制定了CD-ROM XA 规范，它对应于ISO 9660CD-V1992年制定白皮书规范，采用了CD-ROM XA格式，主要运用于全动态MPEG音、视频信息的存储。目前，VCDVCD 1.1、VCD 2.0节目均采用这种格式724.4.4 CD-ROM光存储系统 734.4.4

25、 CD-ROM光存储系统光存贮原理光反射744.4.4 CD-ROM光存储系统CD-ROM驱动器的系统方框图光头旋转马达聚焦、道跟踪和定位司服EFM解调器去交插和内插CLV控制CIRC错误校正RAM同步检测器反变频器RAM控制器RAM错误校正和系统管理系统控制接 口主 机CD-ROM盘数字信号处置反变频及驱动控制754.4.4 CD-ROM光存储系统光头：光头optical pickup是CD-ROM驱动器的关键部件。聚焦司服：为使激光束的聚点落在光盘的信息面上，CD-ROM驱动器采用自动聚焦伺服系统来实现。EFM解调：从聚焦司服系统输出的数据信号是经过EFM调制后的信号，EFM解调过程是EF

26、M调制过程的逆过程。764.4.4 CD-ROM光存储系统道跟踪司服：为了确保聚焦光束能沿着道间距为16um、凹坑宽为0.5um左右的螺旋形光道正确读出信息，CD-ROM采用径向光道跟踪技术，以抑制光盘能够多达300um的偏心，使道跟踪精度到达0.1um。聚焦司服：CLV司服：由于CD-ROM盘要以恒定线速度CLV旋转，这就意味着，驱动光盘旋转的驱动马达的速度要随光头所处的位置而变化。774.4.5 CD-R光存储系统CD-R盘片的物理层次 CD-R光盘将反射用的铝层改用24K黄金层也可以是纯银资料，另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。 784.4.5 CD-R光存储系统CD-R的刻录和读取

27、原理 CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，经过CD-R空白盘的聚碳酸脂polycarbonate层照射到有机染料通常是箐蓝或酞箐蓝染料的外表上，激光照射时产生的热量将有机染料烧熔，并使其变成光痕mark。当CD-ROM驱动器读取CD-R盘上的信息时，激光将透过聚碳酸脂和有机染料层照射镀金层的外表，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改动激光的反射率，CD-ROM驱动器根据反射回来的光线的强弱来分辨数据0和1。 794.4.6 磁光MO存储系统磁光盘是利用激光和磁进展数据读、写和擦除的一种光存储系统。数据记录时运用激光和磁场；读取时仅用激光；激光和磁场分别位于盘片的两面。磁光盘的物理层次磁光盘片用树脂做基盘，其上集积了维护层氮化硅、记录层铽、铁钴合金和反射层铝合金而构成。 804.4.6 磁光MO存储系统磁光存储系统擦写原理写入数据：利用凸透镜进展聚焦，将高功率激光以极小的光点照射在磁光盘记录层上，在其外表温度上升到约300的居里点时，用外部磁场改动其原磁化方向。然后中止激光光束让记录层冷却，构成不受外磁场影响的结