7 多媒体设备

第六课多媒体设备（声卡、光驱）第一节声卡声卡是实现音频信号/数字信号相互转换的硬件电路，把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输入到微型机中，并可将声音数据输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等音响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音。第二节声卡的发展从PC喇叭到ADLIB音乐卡SoundBlaster系列——CREATIVE时代的开始SBAWE系列声卡——MIDI冲击波PCI声卡——新时代的开始第三节声卡的组成与工作原理1.声卡的组成声卡的种类很多，它们之间有着细微的差别，但大体上硬件结构相同，目前主流的声卡大致包括如下主要部件：(1)主芯片：声卡的主音频处理芯片承担着对声音信息、三维音效进行特殊过滤与处理，MIDI合成等重要的任务。目前比较高档的声卡主芯片普遍都是一块具有强大运算能力的DSP（数字信号处理器）。多数情况下，声卡上最大的那块芯片就是主音频处理芯片。目前比较著名的主芯片设计生产厂家包括Creative旗下的EMU、美国的ESS、Crystal、日本的雅马哈等。(2)CODEC芯片：CODEC的完整的称呼是“多媒体数字信号编解码器”，一般我们把它简称为“混音芯片”，它主要承担对原始声音信号的采样混音处理，也就是前面所提到的A/D、D/A转换功能。CODEC技术成熟以后，板载软声卡也就诞生了，在主板上集成一块CODEC芯片，将除了信号采样编码之外的各种声音处理都交由CPU来完成运算，通过牺牲系统资源和很多附带功能，来换取性价比。比较有名的CODEC设计厂家包括：SigmaTel、Wolfson等公司。(3)声卡上辅助元件：主要有晶振、电容、运放、功放等。晶振用来产生声卡数字电路的工作频率。电容起到隔直通交的作用，所选用电容的品质对声卡的音质影响有直接的关系。运放用来放大从主芯片输出，能量较小的标准电平信号，减少输出时的干扰与衰减。功放则主要运用于一些带有SPKOUT输出的声卡上，用来接无源音箱，起到进一步放大信号的作用。(4)外部输入输出口：声卡外部输入输出口均为3.5mm规格插口(MIDI/Joystick除外)，比较常见的包括:创新公司SoundBlaster16声卡上的外接插口麦克风接口（MICIN）：连接麦克风，实现声音输入、外部录音功能；线性输入口（LINEIN）：连接各种音频设备的模拟输出，实现相关设备的音源输入；音频输出口（LINEOUT）：连接多媒体有源音箱，实现声音输出；扬声器输出（SPKOUT）：通过声卡功放输出的放大信号，用于连接无源音箱；后置音箱输出口（REAROUT）；四声道声卡专有，连接环绕音箱；MIDI设备接口/游戏手柄接口（MIDI/Joystick）：连接MIDI音源、电子琴或者游戏控制设备；同轴数码输出（SPDIFOUT）：连接数字音频设备，主要是AC-3、dts解码器和数字音箱；光纤数码输入（SPDIFIN）：用于连接数字音频设备的光纤输出，实现无损录音。(5)内部输入输出口：声卡的内部接口多为插针模式。比较常见的有：①CD音频输入（CDIN）：连接CD-ROM上的模拟音频输出，四针；②数字CD音频输入（CDSPDIFIN）：连接CD-ROM上的数字音频输出，两针。直接传输PCM信号到声卡，绕过CD-ROM上的D/A转换；③辅助输入接口（AUXIN）——类似于CDIN、VIDEOIN的功能，以备用户连接多组内部设备；④TAD接口：电话应答设备接口，提供自标准调制解调器的连接，并向调制解调器传送话筒信号。(6)跳线：目前声卡上很少有跳线。即使有，也主要是SPKOUT和LINEOUT的切换跳线。用户可以通过这个跳线自由选择输出方式。2.声卡的工作原理声卡对输入的声音信息基本处理流程是：从麦克风或Linein输入模拟声音信号，通过模数转换器(ADC)，将声波振幅信号采样转换成数字信号后，通过主芯片处理，或者被录制成声音文件存储到微型机中，或者再通过D/A转换放大输出。声卡模拟通道输出声音的基本工作流程是：数字声音信号首先通过声卡主芯片进行处理和运算，随后被传输到一个数模转换器(DAC)芯片进行D/A转换，转换后的模拟音频信号再经过放大器的放大，通过多媒体音箱输出。声卡在工作时涉及到多种音频信号格式：(1)数字化波形音频数字化波形音频采用采样的方法把模拟信号转换成数字信号来记录。声音信号是一种模拟信号，微型机中的声音数据是用逻辑数字0和1来表示的，在微型机上处理声音的本质，就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。(2)MIDI合成音频MIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface的简称，即音乐设备数字接口，是用于电子乐器之间以及电子乐器与微型机之间的一种数据交换协议。MIDI音频数据是声音媒体在微型机中存在的另一种形式，是一种使用指令序列表示声音的方法，在微型机中以＊.MID或＊.RMI的文件形式存储下来。(3)CD音频vCD音频指利用CD唱片存储的音频数据形式。它是多媒体微型机中音频存在的第三种形式，也是一种高质量的音频数据纪录形式，几乎可以完整的重现自然界中的各种声音。CD音频唱片的输出有两种形式：一种是通过与CD-ROM前段的耳机插孔输出，另一种是经声卡处理后由与声卡相连的音箱输出。声卡的基本功能是对上述三种音频信号作处理，主要包括：对音频信号的编辑、重放、输入／输出、放大等声音模拟信号与数字信号之间的转换MIDI音乐的合成提供话筒、音箱的接口，用于声音的输入与输出提供信号的功率放大与调节提供MIDI键盘、游戏杆、CD-ROM的接口第四节声卡的主要技术指标及相关术语1.采样位数与采样频率采样位数就是采样精度，它决定了记录数据的动态范围。它以位为单位，比如8位、16位。可以想象，位数越高，声音的保真度越高。采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数。单位时间内采样次数越多，即采样频率越高，数字信号就越接近原声。现时大多数声卡的采样频率都已达到44.1或48kHZ。2.声道数声卡声道数有以下几种类型：(1)单声道(2)立体声(3)四声道环绕(4)5.1声道3.复音数4.动态范围5.Wave音效与MIDI音乐6.输出信噪比7.API接口8.S/PDIF9.IAS10.AC-311.DLS技术12.SB1394标准第五节声卡的选用1.选购原则(1)一般用户：即不满足于板载声卡的效果，同时又不想投入太多资金，可以考虑创新的VIBRA128或PCI128D。如果资金充足的话，可以考虑SBLIVE!5.1，这款声卡加入了AC-3解码功能，同时还具有数字输出接口支持EAX音效。(2)以看VCD/DVD，欣赏CD等多媒体效果为主要用途的声卡：综合各方面来看，仍然是创新的SBLIVE!5.1系列的性能最好。它具备高信噪比、支持AC-3解码、提供数字输入/输出接口等等特性使它成为大部分用户的首选。特别是创新的SBLIVE!系列所配的软件相当强大。(3)专业音频制作人员和音响发烧友对声卡上A/D、D/A以及音质、声卡的能力等等均要求很高。第六节声卡的安装1.硬件安装安装声卡的步骤如下：(1)断微型机系统和所有外围设备的电源；(2)触摸节地良好的金属物体（如自来水管），释放身体所带的静电；(3)打开机箱外壳，选取一个未使用的PCI扩展槽，移去金属档片；(4)将声卡与闲置的PCI扩展槽对齐，将卡轻轻插入，确保声卡牢牢固定在PCI扩展槽中；(5)用螺丝钉固定声卡；(6)将CD-ROM/DVD-ROM驱动器模拟音频接口引出的模拟CD音频线接至声卡的CD音频接口；(7)盖上机箱，连接音箱和麦克风等设备。2.安装驱动程序声卡应安装相应的设备驱动程序才能工作，在安装时应设定声卡的中断号、端口地址、通道号等参数。但对于一般声卡，在安装过程中，Windows系统会自动进行声卡参数的设置。下面以SoundBlasterVIBRA128为例，介绍一下声卡驱动程序的安装过程。(1)声卡安装完毕，打开微型机，Windows检测到有新硬件；(2)当系统提示安装设备驱动程序时，单击【取消】按钮；(3)将声卡安装光盘放入光驱中，运行Setup安装程序；(4)按照屏幕上的提示完成安装；(5)如果提示重新启动微型机，请按照提示操作。第八节光存储设备CD-ROM驱动器CD-ROM是CompactDisc-ReadOnlyMemory的缩写，是一种只读光盘驱动设备，简称光驱。IDE接口的光驱1.光盘存贮技术(1)光盘的物理结构一张光盘是园盘，盘片厚度为1.2mm，盘片外沿直径为12cm，中间隔有一个直径为1.5cm的园孔。光盘的底层是用聚碳酸酯（Polycarbonate）压制出的一种极坚硬的塑料透明衬底，表示信息的凹坑压在透明衬底上，中间层是铝（或其它合金）制成的一种很薄的反衬金属层，目的是提高盘片对激光的反射率，顶层是涂漆的保护层，可以在上面印刷光盘的标签等信息。光盘上数据的存贮是按轨道的方式存贮数据的，光盘的光道是一组从中心开始的渐开线所组成。在CD-ROM光盘上，信息是以数字形式存入的，以“Pin”（凹面）和“Land”（平面）的形式编码存贮在光盘上。(2)光盘的逻辑结构在ISO9660标准下，单张的CD-ROM光盘被定义为一个“卷”。如果一个应用程序或大文件不能被一张光盘装下，它可以扩充到任意多张光盘上去。一张光道分为三个区：导入区、信息区和导出区，用户的信息存放信息区中。(3)光盘的数据记录方式CD-ROM光盘存贮数据采用EFM（Eight-to-FourteenModulation)调制编码方案，把8位数据变成14位物理通道位串，包括用户数据、地址信息、错误校正码、同步位等，以便送制模机调制激光束强弱。空白光盘在调制激光束照射下，使介质表面的微小区域温度升高，从而产生凹坑。凹坑与非凹坑跳变边沿表示1，凹坑与非凹坑平坦部分均表示0，这是因为光盘在播放时，激光束聚焦在光道上，光被反射，平滑的地方反射的光要比凹陷边沿反射的光强得多，因此，容易区别0和1。激光把信息以凹凸形式记录下来，制成原版光盘，利用原版光盘制成模具，就可以通过压制来大量复制商品光盘。2.CD-ROM驱动器的基本组成与工作原理CD-ROM驱动器一般由激光头组件、机械传动组件、灵敏字信号处理系统及接口、面板控制系统等部分组成。光盘放入托盘送入CD-ROM驱动器后，以顺时针高速旋转，当激光经聚焦到达盘面凹坑与非凹坑的平坦部分时，光束会散开，以致于不会传送给激光读取头，这时读取头的光帧检测器记下一个“0”信号；相反，当激光到达凹坑与非凹坑的跳变沿时，反射光的强度发生变化，这时读取头的光帧检测器就会记下一个“1”信号，光头组件不断把读取的“0”和“1”信号传送给数字信号处理系统，对读取的信息进行进一步的处理，然后通过输出接口传送给主机，从而实现光盘信息的读取。光驱的后部接口3.CD-ROM驱动器的性能指标(1)平均数据传输率该项指标表明CD-ROM驱动器连续读取大量数据的速度。早期的CD-ROM驱动器的数据据传输率，每秒钟读75个扇区，一个扇区为2048字节，其数据传输率只有150KB/S。当时国际电子工业联合会将此传输率上定为单速。以后生产的光驱在数据传输速率上和单速标准是成倍率的关系，也就是说4倍速光驱的平均数据传输率是600KB/S，十六倍速为2400KB/S，目前光驱已普遍达到40倍速以上。(2)平均查找时间又称为平均读取时间，是指CD-ROM驱动器接到读盘的命令后，移动光头到指定位置，并把第一个数据块读入高速缓存这个过程所花费的时间。(3)高速缓存高速缓存是CD-ROM驱动器内的存贮区，从光盘上读出的数据先存放在高速缓存中，然后再以很高的速度传到主机，这样可以有效地减少读盘的次数、提高数据传输率、同时也减少了CPU的占用时间。微型机要求光驱最少有128KB的高速缓存，现在的光驱一般都有256K、512K，甚至1M的高速缓存。(4)读取数据方式①“恒定线速度”方式，也称为CLV方式。以这方式读取光盘上的数据时，无论是读取光盘内圈还是外圈都以恒定的线速