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2.1MPC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：带有采用光学原理的数字光盘存储设备(如CD-ROM驱动器等)；高质量的数字音响(处理数字音频、视频的声音卡)；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)；带有管理多媒体的软件；3.MPC的特征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–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）：发送某装置生成的原始MIDI消息。向其他设备发送MIDI消息。3）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。电子琴MIDIOUTMIDIIN声音卡MIDI电缆5.声卡的声道数（1）单声道与立体声（2）四声道环绕（3）5.1声道2.2.3声卡的选择及应用1.声卡的技术指标（1）采样频率和量化位数（2）MIDI合成方式（3）DSP数字信号处理器（4）音频压缩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。2．显示卡的结构显示卡I/O端口显示缓存数字/模拟转换器图形处理器芯片RGB输出端口板卡总线视频加速器视频输出端(1)电视卡（TVTurner）：将标准的NTSC、PAL、SECAM电视信号转换成VGA信号在计算机屏幕上显示，是一块能接收全频道、全制式彩色电视节目的视频信号的转换卡，它的输出与电脑的CRT制式匹配。(2)TV编码器（TVCoder）：把VGA信号转为PAL、NTSC、SECAM制式的视频信号，供电视播放或录像制作使用，多用于广告电视片的后期处理。(3)视频捕获卡：捕捉和编辑静态视频图像，完成视频数字化、编辑以及处理等工作。(4)动态视频捕获和播放卡：用于实时动态视频和声音的同时获取及压缩处理，该卡还具有储存和播放功能。常用于视觉传达系统中的现场监控、办公自动化和多媒体节目创作等场合。3.各种功能的视频卡2.3.2视频采集卡1.视频采集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。如果能够实时完成压缩，则称实时压缩卡。通常可将外部视频输入信号叠加在显示器上，并将视频输入信号变换成计算机可存储的信息保存在硬盘中。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、ID、IV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。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变换，送到多制式数字解码器进行解码得到YUV数据，然后由视频窗口控制器对其进行剪裁，改变比例后存入帧存储器。帧存储器的内容在窗口控制器的控制下，与VGA同步信号或视频编码器的同步信号同步，再送到D/A变换器变成模拟的RGB信号，同时送到数字式视频编辑器进行视频编码，最后输出到VGA监视器及电视机或录像机。4.视频采集卡的工作原理视频采集卡的结构原理图VGA的特性连接多路开关SAA7199VGA输入TDA8708TDA8709SAA7191PCVideo82C900IA数据VRAM地址SAA9065TDA4680VGA输出SAA7197ISA总线VGA同步信号TV同步数据到TV或VCR从VGA板输入YUV数据YUV数据YUV数据模拟开关到VGA监视器彩色键联控制Video同步YUVRGBRGBRGBSyncAddCVBSSVHSYSVHSC窗口控制器----PC总线接口部分VGA同步和彩色键联窗口PC总线接口和控制寄存器视频获取与比例变换VRAM读/写与刷新控制器彩色键联开关DACsyncVRAMR/WVRAMaddrVRAMdataShiftclocI/O总线控制系统数据系统地址VideoSyncVideoInVGAdataVGAsync窗口控制器•视频输入剪裁、变比例部分VGA同步和彩色键联窗口PC总线接口和控制寄存器视频获取与比例变换VRAM读/写与刷新控制器彩色键联开关DACsyncVRAMR/WVRAMaddrVRAMdataShiftclocI/O总线控制系统数据系统地址VideoSyncVideoInVGAdataVGAsync(1)激光驱动器(2)激光盘片●CD-ROM的构成2.4.1什么是CD-ROM●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2.4.2CD-ROM工作原理激光头聚碳酸酯片基铝反射层标签表面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●CD-DA标准(CompactDisc-DigitalAudio)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●CD-I标准(CD-Interactive)——CD交互式标准，用于家用音响电器●CD-ROMXA标准(CD-ROMExtendedArchitecture)——CD-ROM扩展结构标准，用于计算机，把声音、图像、文字等不同信息记录在一条轨道上●VedioCD标准——图像数据压缩标准，简称VCD，采用MPEG-1压缩技术●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)——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●显示适配器显示器主机箱主板显示电缆2.4.4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2.5多媒体I/O设备数码照相机彩色扫描仪语音识别设备光盘存储介质半导体存储介质数码摄像机彩色投影机彩色打印机常见I/O设备2.5.12.5.2触摸屏●触摸屏—输入设备，坐标定位装置●触摸屏组成显示器触摸检测装置触摸屏控制卡驱动程序●作用—将坐标信息送入计算机●触摸检测装置特点：高透明度，可触摸作用：获得触摸坐标信息●触摸屏控制卡作用：分析触摸坐标信息坐标信息数字化经电缆传送至主机电缆●驱动程序作用：提供数据分析方法规范信号传送格式控制硬件动作●电阻触摸屏●+5V+5V+5V0V0VX方向Y方向第1层ITO第2层ITO第1层ITO第2层ITOR触摸屏种类及其技术特点——将检测到的电阻值转换成坐标数字信息●表面声波触摸屏●发射X方向Y方向第1层第2层发射接收接收第1层ITO第2层ITO●矢量压力触摸屏——将触摸压力点的位置和压力转换