第2章 多媒体硬件环境

学习目标■熟悉多媒体计算机系统的组成■掌握声卡和显卡的功能和基本原理■掌握几种光存储器的存储原理、技术指标和数据格式■熟悉几种常用外部设备的工作原理、功能和特点第2章多媒体硬件环境2.1多媒体个人计算机(MultimediaPersonalComputer，MPC)系统的组成结构多媒体应用软件第八层软件系统多媒体创作软件第七层多媒体数据处理软件第六层多媒体操作系统第五层多媒体驱动软件第四层多媒体I/O控制卡及接口第三层硬件系统多媒体计算机硬件第二层多媒体外围设备第一层2.1.1MPC硬件系统多媒体计算机1.个人计算机外设声卡●声卡配置Mic麦克输入Linein线路输入Aux辅助输入Lineout线路输出Speak低阻输出CD-ROM●激光驱动器CD-ROMCD-RW声音重放设备●模拟声音设备有源音箱、耳机音响设备2．MPC技术标准1）MPC-1•1990年MPC-l标准诞生；得到了许多硬件商的支持；发展了多媒体系统的标准操作平台；软件开发商也克服了以往无硬件标准而造成的软件的困境2）MPC-2•1993年5月MPC联盟又制定了第二代多媒体计算机标准MPC-2；主要是提高了基本部件的性能指标。3）MPC-3•1995年6月制定；在进一步提高对基本部件的要求的基础上，MPC-3增加了全屏幕、全动态(30帧／秒，fps)视频及增强版的CD音质的视频和音频硬件标准。•随着计算机硬件技术和多媒体技术的飞速发展，MPC的标准规范还会继续升级。所以，我们不必去拘泥于它的具体条件，而只要去理解、把握MPC的基本特征。•这些基本特征有：1.带有采用光学原理的数字光盘存储设备(如CD-ROM驱动器等)；2.高质量的数字音响(处理数字音频、视频的声音卡)；3.高分辨率的图形、图像显示(TV接收卡、视频捕捉卡、视频压缩与解压卡)；4.带有管理多媒体的软件；3.MPC的特征CD-ROM驱动器是多媒体计算机（MPC）的重要标志如果仅演示而不对视频进行实时处理，可不配置视频卡MPC基本硬件构成：计算机传统硬件、CD-ROM驱动器、声卡2.1.2MPC软件系统1．驱动软件2．多媒体操作系统3．多媒体数据处理软件4．多媒体创作软件5．多媒体应用系统常驻内存，完成设备初始化以及各种操作、设备关闭等负责控制和管理软硬件资源实现合理调度和分配对多媒体信息进行编辑处理帮助制作多媒体应用系统的工具，对多媒体信息进行控制和管理直接面向用户，通过多媒体开发软件或者计算机语言，组织多媒体数据成为最终的多媒体产品2.2.1音频卡的功能•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。•音频卡的功能–音频的录制与播放–编辑与合成–MIDI接口–文–语转换–CD-ROM接口–游戏接口–支持全双工功能2.2音频接口2.2.2音频卡的工作原理1.声音输入到计算机的过程从模拟到数字声源声波传声器模拟电信号数字声音声音输入信号源：麦克风PGA音频程控放大器抗混滤波器A/DS/HDSP（ASIC）采样、保持4D/A重建滤波器PGA声音输出4DMA接口PC总线2.声音的处理过程数字信号处理芯片直接内存访问–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，用于把模拟信号转换为数字信号以生成波形文件；•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。3.音频卡的体系结构4.MIDI接口规范（1）MIDI1）MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是指乐器数字接口，是数字音乐的国际标准。2）MIDI的音乐符号化过程实际上就是产生MIDI协议信息的过程。3）音乐合成器是电脑音乐系统中最重要的设备之一。（2）MIDI接口1）MIDIIn（输入口）：接收从其他MIDI装置传来的消息。2）MIDIOut（输出口）：输出本设备生成的原始MIDI消息。3）MIDIThru（转送口）：转送从输人口接收的消息到其他MIDI装置。电子琴MIDIOUTMIDIIN声音卡MIDI电缆5.声卡的声道数（1）单声道（没有位置定位）与立体声（2个声道）（2）四声道环绕：前左、前右、后左、后右（3）5.1声道：在4.1基础上增加1个中置，例如杜比AC-32.2.3声卡的选择及应用1.声卡的技术指标（1）采样位数（数字信号量化等级）：8、12、16、32位（2）MIDI合成方式：2种FM（FrequencyModulation，调频）和WAVETABLE（波表）（3）DSP（DigitalSignalProcessing，数字信号处理器）（4）音频压缩：是否支持多种音频编码2.声卡与外部设备的连接音箱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2.3视频接口2.3.1显示卡（显示适配器）1．显示卡的种类（1）一般显示卡。完成显示的基本功能，其性能优劣与缓存容量、工艺质量等有关。（2）图形加速卡。目前以AGP显示卡为主，带有图形加速器，显示复杂图像时速度较快。（3）3D图形卡。专为带有3D图形的高档游戏开发的显示卡，三维坐标变换速度快、图形动态显示反映灵敏、清晰。（4）显示/视频输出集成卡。在显卡上集成视频输出电路，在把信号送至显示器正常显示信号的同时，可将信号转换成视频信号，送到视频输出端子，共电视机或录像机接收。（5）显示/TV集成卡。在显示卡上集成TV高频头和视频处理电路，使用该卡既可显示多媒体信息，还可收看电视节目。显示适配器显示器主机箱主板显示电缆显卡（显示适配器）●显示缓冲存储器容量与芯片64MB~128MBDDRSGRAM/DDRSDRAM●显示存储器频率620MHz●显示芯片型号Radeon9700Pro●图形加速功能三维效果增速●￥650～3600元AG-411技嘉GV-R9700PRO显示信号输出显示处理器SGRAM是SynchronousGraphicsDRAM的缩写，意思是同步图形RAM2．显示卡的结构显示卡I/O端口显示缓存（数据）数字/模拟转换器（RAMDAC）图形处理器芯片（核心）RGB输出端口板卡总线(数据传输通道)视频加速器视频输出端显示缓存分类：显卡速度1.DRAM(DynamicRandomAccessMemory，动态随机存储器)2.SDRAM(SynchronousDRAM,同步动态随机存储器)：高档3.DDRDRAM(DoubleDataRateDRAM,双倍速率同步动态随机存储器)：高档显卡RandomAccessMemoryDigital-to-AnalogConverter随机数模转换记忆体VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，15针采用五根线传输视频信号。3路分别传输R、G、B信号，另外两路传输辅助信号。2.3.2视频采集卡1.视频采集卡（视频捕获卡）–将视频信号连续转换成计算机存储的数字视频信号（离散）保存在计算机中或在VGA显示器上显示，完成这种功能的视频卡称之为视频采集卡，或称为视频转换卡。1.如果能够实时完成压缩，则称实时压缩卡。2.只能单帧捕获的，称为图像卡。2.视频采集卡的连接视音频信号线视音频信号线视音频信号线电视录象机摄象机VGA输入VGA输出S视频端子视频捕获卡VGA显示卡显示器VGA回路线VGA数据线3.视频卡的主要功能•全活动数字图像的显示、抓取、录制、支持MicrosoftVideoforWindows；•可以从录像机（VCR）、摄像机等视频源中抓取定格，存储输出图像；•近似真彩色YUV格式图像缓冲区，并可将缓冲区映射到高端内存；•可按比例缩放、剪切、移动、扫描视频图像；•色度、饱和度、亮度、对比度及R、G、B三色比例可调；•可用软件选端口地址和IRQ；•具有若干个可用软件相互切换的视频输入源，以其中一个做活动显示。参见书25页图2-5。1.视频信号源、摄像机、录像机或激光视盘的信号首先经过A/D（模拟/数字）变换2.由视频采集控制器对其进行剪裁，改变比例后存入帧存储器。3.帧存储器的内容经过D/A（数字/模拟）变换变成模拟的RGB信号输出到VGA监视器及电视机或录像机。4.视频采集卡的工作原理(1)激光驱动器(2)激光盘片●CD-ROM构成：2部分2.4.1-2.4.2什么是CD-ROM及其分类●CD-ROM的性质●只读属性(用户不能写入，只能读出)●光学存储原理(激光烧结)●CD-RW(ReWritable)的性质●可读写属性(CD-R盘片：追加写/读CD-RW盘片：可读/擦写)●光学存储原理(激光烧结)2.4光存储设备CompactDiscRead-OnlyMemory(只读型压缩光盘存储器)•多媒体的信息的发行多以CD-ROM光盘形式实现配备CD-ROM驱动器是MPC的重要标志。激光烧结是一项分层加工制造技术。自从二十世纪九十年代早期，激光烧结就成为产品开发的一项成功的工具。●CD-DA标准(CompactDisc-DigitalAudio)：音频激光唱盘标准PHILIPS&SONY共同提出容量——74min(44.1kHz/16bit/Stereo)传输——176400Byte/s(172.3KB/s)●CD-ROM标准(CompactDisc-ReadOnlyMemory)PHILIPS&SONY共同制定,1988年正式公布,命名为ISO9660标准容量——650MB／74min基本传输速率——150KB/s(75扇区×2048字节=153600Byte/s)激光驱动器——CD-ROM2x……2倍于基本传输速率CD-ROM4x……4倍于基本传输速率CD-ROM52x……52倍于基本传输速率2.4.3激光存储器标准红皮书标准，例如CD光盘黄皮书标准，用于计算机使用的数据●CD-I标准(CD-Interactive)：CD交互式标准●CD-ROMXA标准(CD-ROMExtendedArchitecture)——CD-ROM扩展结构标准，把声音、图像、文字等不同信息记录在一条轨道上，用于计算机，●VedioCD标准：图像数据压缩标准，简称VCD——采用MPEG-1压缩技术，把视频和音频同时刻录到一条轨道上，可存放74分钟影片，650-700M的数据●PhotoCD标准——Kodak公司制定的数字化照片存放标准，简称PCD标准●DVD标准(DigitalVersatileDisk)：数字视频信息规格——采用MPEG-2压缩技术的标准，可存放488分钟影片、4.7GB～17GB的数据CD-ROM标准●绿皮书标准，用于家用音响设备2.4.4CD-ROM工作原理激光头3.盘基（聚碳酸酯片）2.铝反射层1.标签表面(树脂保护层)聚焦透镜激光源数字信号电信号光电转换译码数据凹坑激光盘(光电二级管)(光强弱不同)驱动器：只读盘片结构：3层CD-ROM光盘制作：母盘基础上压模复制2.4.5CD-R工作原理●这是一种记录式光盘1.基于橙皮书标准：空白，没有任何信息2.CD-R驱动器（光盘刻录机）：按照某种格式（红皮书、绿皮书、黄皮书等）写入数据，写入后工作原理与CD-ROM类似，注意写入数据不能擦除，但允许多次在CD-R盘的空白部分写入数据4.盘基（聚碳酸酯片）2.反射层（金或银）1.标签表面(树脂保护层)聚焦透镜3.感光层(有机染料)盘片结构：4层激光盘驱动器：读写CD-R光盘制作：激光束照射感光层的有机染料，烧熔形成光痕2.4.6CD-RW工作原理●具有反复擦写功能1.CD-RW驱动器（可擦写光盘刻录机）：写、擦、读功能2.