多媒体技术教程V3-ch04

人民邮电出版社国防科学技术大学版权所有第四章多媒体硬件环境人民邮电出版社国防科学技术大学版权所有4.1光存储设备概述文本动画图形影像声音4.1.1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-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）只读式压缩光盘，其技术来源于激光唱盘，形状也类似于激光唱盘，能够存储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。4.1.1光存储的类型只读型光存储系统只读型光驱只读型光盘4.1.1光存储的类型一次写型光存储系统–一次写（WORM）光存储系统可一次写入，任意多次读出。–与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定记录内容的优点。一次写型光驱一次写型光盘4.1.1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)像硬盘一样可任意读写数据。–分为两种•磁光型(MagneticOptical，简称MO)•相变型(PhaseChange，简称PC)两种形式。4.1.1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4.1.2CD-ROM光存储系统光存贮原理–光反射4.1.2CD-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盘数字信号处理反变频及驱动控制4.1.2CD-ROM光存储系统光头–光头（opticalpickup）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EFM调制过程的逆过程。4.1.2CD-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，以克服光盘可能多达300um的偏心，使道跟踪精度达到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。4.1.3CD-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（也可以是纯银材料），另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。4.1.3CD-R光存储系统.CD-R的刻录和读取原理–CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，通过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）的表面上，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表面，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改变激光的反射率，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。4.1.4DVD光存储系统DVD(DigitalVideoDisk)–数字视频光盘或数字影盘–它利用MPEG-2的压缩技术来储存影像–DVD-ROM：电脑软件只读光盘–DVD-Video：家用的影音光盘–DVD-Audio：音乐盘片–DVD-R（或称DVD-Write-Once）：限写一次的DVD–DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘4.1.4DVD光存储系统.DVD盘片的物理结构–分类：单面单层、单面双层、双面单层、双面双层；–容量：4.7GB—17GB；–最小凹坑长度仅为0.4μm，道间距为0.74μm，采用波长为635～650nm的红外激光器读取数据；–DVD盘的厚度为1.2mm。对于单面盘而言，只有下层基底包含数据，上层基底没有数据；而双面盘的上下两层基底上均有数据。4.1.5闪存与存储卡闪存–FlashMemory，闪存卡/盘使一种移动存储产品，可用于存储任何格式数据文件，便于随身携带，是个人的“数据移动中心”–闪存卡/盘采用闪存存储介质(FlashMemory)和通用串行总线(USB)接口–是非易失随机访问存储器(NVRAM)的俗称，特点是断电后数据不消失。–内存也有不同类型，主要分为NOR型和NAND型4.1.5闪存与存储卡.闪存卡–闪存卡(FlashCard)是利用闪存技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。–有SmartMedia(SM卡)、CompactFlash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、SecureDigital(SD卡)、MemoryStick(记忆棒)、XD-PictureCard(XD卡)和微硬盘（MICRODRIVE）人民邮电出版社国防科学技术大学版权所有4.2音频接口4.2.1音频卡的工作原理音频卡–处理音频信号的PC插卡是音频卡（AudioCard），又称声音卡，声音卡处理的音频媒体有数字化声音（Wave）、合成音乐（MIDI）、CD音频。4.2.1音频卡的工作原理声音是怎样工作的？从模拟到数字声源声波传声器模拟电信号数字声音4.2.1音频卡的工作原理音频卡的功能–播放数字音乐–录音–语音通信–实时的效果器–接口卡–音频解码–合成器音箱2、Microphone（麦克风输入）3、Speaker（扬声器输出）4、MIDI/GamePort（MIDI/操纵杆端口）7、CD-ROM音频信号接口6、CD-ROM的接口8、跳接器音频输出IDE接口CD-ROM外部音频设备麦克风操纵杆MIDI声音装置1、Linein（线性输入）5、VolumeControl（音量调节旋钮）电源跳接线音频卡的连接方式4.2.1音频卡的工作原理音频卡的体系结构–音频卡由下列部件组成：•MIDI输入/输出电路；•MIDI合成器芯片；•用来把CD音频输入与线输入相混合电路；•带有脉冲编码调制电路的模数转换器；•用来压缩和解压音频文件的压缩芯片；•用来合成语音输出的语音合成器；•用来识别语音输入的语音识别电路；•输出立体声的音频输出或线输出的输出电路等。MIDI接口MIDI合成器语音合成器D/A转换多通道音频合成器A/D转换CD-ROM接口压缩/解压缩MIDIIN输入CDLAUDIORLINEINLMICROPHONERCD驱动器PC的ISA总线PC的ISA总线MIDIOUT输出MIDITHRULINEOUT线输入波形和MIDI文件的输入是来自通过ISA总线的磁盘输入波形和MIDI文件4.2.2音频合成和MIDI接口规范MIDI–MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是指乐器数字接口，是数字音乐的国际标准。–MIDI的音乐符号化过程实际上就是产生MIDI协议信息的过程。–音乐合成器是电脑音乐系统中最重要的设备之一。4.2.2音频合成和MIDI接口规范MIDI术语–通道Channels–音序器Sequencer–合成器Synthesizer–乐器Instrument–通道映象ChannelMapping–复音Polyphony–音色Timbre–音轨Track–合成音色映射程序PatchMapper4.2.2音频合成和MIDI接口规范MIDI接口–MIDIIn（输入口）•接收从其他MIDI装置传来的消息。–MIDIOut（输出口）•发送某装置生成的原始MIDI消息。向其他设备发送MIDI消息。–MIDIThru（转发口）•传送从输人口接收的消息到其他MIDI装置。向其他设备发送MIDI消息。4.2.2音频合成和MIDI接口规范.MIDI接口电子琴MIDIOUTMIDIIN声音卡MIDI电缆4.2.3语音合成概述–实现计算机语音输出有两种方法•录音/重放•文–语转换–计算机话语输出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•基于语音合成技术的文字-语音转换（TTS）4.2.3语音合成.合成方法–发音器官参数语音合成•对人的发音过程进行直接模拟–声道模型参数语音合成•基于声道截面积函数或声道谐振特性合成语音–波形编辑语音合成技术•波形编辑语音合成技术是直接把语音波形数据库中的波形相互拼接在一起，输出连续语流。•PSOLA（PitchSynchronousOverlapAdd）方法4.2.4语音识别概述–语音识别是将人发出的声音、字或短语转换成文字、符号，或给出响应，如执行控制、作出回答。语音识别系统的分类–按可识别的词汇量多少划分–按照语音的输入方式划分–按发音人划分–说话人识别4.2.4语音识别语音识别系统的最终目标–不存在对说话人的限制，即非特定人的。–不存在对词汇量的限制，即基于大词汇表的。–不存在对发音方式的限制，即可识别连续自然发音的。–系统的整体识别率应该相当高，接近于人类对自然语音的识别能力。这也正是听写机系统最终要达到的目标。4.2.4语音识别.语音识别研究的难点–很难适应各种年龄、性别、口音、发音速度、语音强度、发音习惯与方式等的差异。–随着能够识别的词汇量增大，所需要的时空开销就越多，将导致系识别性能急剧下降–识别系统很难也不可能把连续语音作为一个整体来进行识别。–实用的识别系统要求提高语音特征参数的鲁棒性、对不同非高斯噪声的非敏感性，以及对不同用户的适应能力等。4.2.5MP3播放器.–MP3播放器顾名思义也就是可播放MP3格式的音乐播放工具。MP3是MPEGAudioLayer3的简称，MPEG压缩格式是由运动图像专家组制定的关于影像和声音的一组标准，其中MP3就是为了压缩声音信号而设计的是一种新的音频信号压缩格式标准。–CD唱片采样率频率为44.1MHz,16Bits,数据量为1.4Mbps，而相应的MP3数据量仅为112kbps是原始数据量的1/12。也就是说传统的一张CD现在可以存放10倍甚至更多容量的音乐，但是在人耳听起来,感受到的音乐效果却没有什么不同。人民邮电出版社国防科学技术大学版权所有4.3视频接口4.3.1视频图像显示概述–影像视频，简称视频(Video)。与动画一样，由连续的画面组成，只是画面图像是自然景物的图像。这些画面以一定的速率(帧率，帧/秒，f/s)，即每秒钟显示的帧数目）连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。通常，伴随着视频图像还有一个或多个音频轨，以提供声音。在多媒体应用系统中，视频是通过视频采集、视频播放卡、播放软件和显示设备来实现的。4.3.1视频图像显示显卡–显示系统是多媒体系统的重要部件之一，而显卡是显示系统的核心–工作原理：在显卡开始工作（图形渲染建模）前，通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面；开始工作时候（进行建模渲染），这些数据通过显卡总线进行传输，显示芯片将通过显卡总线提取存储在显存里面的数据，进行建模渲染；此外还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换，这些数据通过RAMDAC(随机存取内存数模转换器)转换为模拟信号输出到显示端，最终看见图像。4.3.1视频图像显示显卡–分类：专业显卡：强调强大的性能、稳定性、绘图的精确等方面普通显卡：普通台式机内所采用的产品。普通显卡更多注重于民用级应用，更强调的是在用户能接受的价位下提供更强大的娱乐、办公、游戏、多媒体等方面的性能。4.3.1视频图像显示显卡–主流普通显卡的性能和技术参数总线接口类型：总线接口类型是指显卡与主板连接所采用的接口种类。显卡的接口决定着瞬间所能传输的最大数据量。显卡发展至今主要出现过PCI、AGP、PCIExpress等几种接口。显示芯片性能指标：显示芯片决定了显卡的性能，其主要技术参数包括：核心频率、公版频率、核心代号、显示芯片位宽、渲染管线、顶点着色单元等4.3.1视频图像显示显卡–显存类型与性