多媒体技术教程-第四章.ppt

第四章多媒体硬件环境 在现有计算机系统中，要解决的首要问题是对各种媒体 的数字化。图像、音频、视频信号只有以数字数据形式 进入到计算机的存储器设备中，计算机软件才能够对它 们进行有效处理。 完成这些工作的首先是各种硬件环境和设备，如：光存 储、音频接口、视频接口、多媒体I/O设备和多媒体计 算机等。 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（Compact Disc-Read Only Memory）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。其内容在光盘生成 时就已经决定，而且不可改变。 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：Write Once Read Many）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（Magnetic Optical，简称 MO） 相变型（Phase Change，简称PC） 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 4.1.2 光存储系统的技术指标 尺寸 LV的直径为12英寸（300mm） CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸 （120mm） WORM一次写光盘为14.12英寸和 5.25英寸 可擦写光盘向小尺寸方向发展，主 要尺寸为5.25英寸和3.5英寸 4.1.2 光存储系统的技术指标 容量 格式化容量 格式化容量是指按某种光盘标 准进行格式化后的容量。 对于SONY的SMO-D501光盘， 若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，格式化容量只有297MB。 4.1.2 光存储系统的技术指标 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。 4.1.2 光存储系统的技术指标 平均存取时间 平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器 发出命令开始，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。 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。 平均寻道时间是指光学头沿半径移 动全程1/3长度所需的时间为平均寻道 时间。 4.1.2 光存储系统的技术指标 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。 4.1.2 光存储系统的技术指标 数据传输率 数据传输率 数据传输率一般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。 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。 同步传输率、异步传输率和DMA传输率 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。 4.1.2 光存储系统的技术指标 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，再进行集中传送；如果下次 读取同一内容，就不必从光盘上去读取， 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。 4.1.2 光存储系统的技术指标 数据传输率 持续传输率 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 率称为持续传输率。 4.1.2 光存储系统的技术指标 误码率 采用复杂的纠错编码可以降低误码率 。误码率对不同的多媒体要求不同，如 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 。 平均无故障时间 (MTBP) 要求达到25000小时。 4.1.3 光存储格式标准和类型 什么是CD-DA CD-DA（CD-Digital Audio）是为激光数 字音频唱盘制定的规格。它是CD标准的第一 个文本，属于红皮书（Red Book）规格。 什么是CD-ROM CD-ROM逻辑格式，1988年正式作为国 际标准IS09660，黄皮书（Yellow Book）。 什么是CD-G CD-G（CD-Graphics）是1985年出现的 遵循红皮书规格的光盘，主要用于存储静止 画面。 4.1.3 光存储格式标准和类型 什么是CD-WORM CD-WORM（CD-Write Once Read Many）属于蓝皮书（Blue Book）规格，实 现了光盘的一次写多次读的功能。 什么是CD-I CD-I（CD-Interactive）属于绿皮书（ Green Book）规格。它在CD-ROM规格的基 础上补充了音频、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。 4.1.3 光存储格式标准和类型 什么是CD-V CD-V（CD-Video）与CD-G一样，是红 皮书标准的延伸，用于影碟机，其视频信号 可以输出到电视机上。 什么是CD-ROM XA（Extended Architecture） 它是Philips、SONY和Microsoft制定的 CD-ROM扩展结构。 CD-ROM XA扩充了对数字音频信号的编 码，目的是为了弥补推出CDI规格带来的 问题。 该规格也称为黄皮书的第二组标准。 4.1.3 光存储格式标准和类型 什么是CD-R CD-R（CD-Recordable）属于橙皮书（ Orange Book）规格。它在黄皮书的基础上 增加了可写入的多种CD格式标准。 是一种可刻录光盘，可以多次在CD空余 部分写入数据。 什么是Photo CD Photo CD是一种像片光盘，允许多段追 入记录，属于白皮书（White Book）标准。 该规格也称为黄皮书的第二组标准。 4.1.3 光存储格式标准和类型 光盘 CD系列 LV CD- ROM CD-GCD-DACD-V WORM Photo- CD CD-R DVDVCDCD- ROM XA DVICD-I CD-MO磁光 （MOD ） 磁光 （PCD） 只写一次 可重写 只读 数字 模拟 数字 声音 卡拉OK 数字+模拟 4.1.4 CD-ROM光存储系统 光存贮原 理 光反 射 4.1.4 CD-ROM光存储系统 CD-ROM盘片的物理结构与数据存 储商标面 铝反射层 漆保护层 聚碳酸衬底 磁盘同心圆磁道 CD-ROM螺旋型光道 4.1.4 CD-ROM光存储系统 CD 盘的结构 15mm 46mm 50mm 116mm 117mm 120mm 数据记录区 导出区 导入区 CD-ROM数据存储与读出原理 001000010001001000001001000001000010010001000010001 00100001000100 100 00010010000010 000 10010001000010 001 00100001000100 00010010000010 10010001000010 10111010 11011010 11100010 字节数据字节数据字节数据 EFM调制EFM调制EFM调制 添加合并位添加合并位添加合并位 光轨道压模 4.1.4 CD-ROM光存储系统 光学读出头的基本结构与读出原理 4.1.4 CD-ROM光存储系统 通道编码： “1”：由凹凸或由凸凹，光线由强到弱或由 弱到强的变化（散射）。 “0”：持续一定时间的光强无论是凹槽还是凸起 问题：连续出现“1”如何表示，例如，11110000 EFM（Eight-Fourteen Modulation： 使用改进的调频制（MFM：Modified Frequency Modulation）将8位数据变成14位的通道 编码，8-14即EFM，即两个1之间必须间隔两个“0” ，建立对照表。即28214共有16384种，从中选出两 个连续“1”之间有两个“0”的共有267种然后再选256 种与8位的256种建立一一对应的关系，建立一张表 。目前国际上用17位，而DVD用16位。以上操作叫 光盘为处理。 4.1.4 CD-ROM光存储系统 光盘结构： 光道结构：（注：磁盘：同心圆柱、磁道、扇区 ）。 整个光盘由一根连续的载有凹槽和凸起的螺旋线 式的光道，长达3英里（5km） 将连续的物理光道划分成若干逻辑光道（99） 扇区：按螺旋线等间距弧长划分，每个扇区的大 小一样。 在光盘中要保证光头读取每个扇区的速度一样， 则要保证每个扇区的线速度一样，但角速度要变。 寻址方式： 光盘用时间来寻址：1分=60秒，1秒=75扇区，扇 区是最小单位 4.1.4 CD-ROM光存储系统 扇区 光道从内向外等长分段，一段为一个扇 区 采用分、秒、扇区号表示 1分60秒， 1秒75个扇区 例：2分13秒25区光道上第10000个扇 区 采用ISO 9660标准 扇区格式 Mode1：对误码率要求高的数据 Mode2：误码率要求不高的数据 CD-ROM XA：可读取CD-I格式数据 4.1.4 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 数字信号处理 反变频及驱动控制 4.1.4 CD-ROM光存储系统 光头： 光头（optical pickup）是CD-ROM驱动 器的关键部件。 聚焦伺服： 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： 从聚焦伺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。 4.1.4 CD-ROM光存储系统 道跟踪伺服： 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。聚焦伺服： CLV伺服： 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。 4.1.5 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（也可以是纯银材料），另外再加上有机 染料层和预置的轨道凹槽。 商标面 漆保护层 聚碳酸衬底 金反射层 预刻槽 有机染料层 4.1.5 CD-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。 4.1.6 磁光MO存储系统 磁光盘是利用（激）光和磁进行数据读、 写和擦除的一种光存储系统。 数据记录时使用激光和磁场； 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，其上集积了保护 层（氮化硅）、记录层（铽、铁钴合金）和 反射层（铝合金）而构成。 4.1.6 磁光MO存储系统 磁光存储系统擦写原理 写入数据：利用凸透镜进行聚焦，将高功 率激光以极小的光点照射在磁光盘记录层上， 在其表面温度上升到约300的居里点时，用 外部磁场改变其原磁化方向。然后中止激光光 束让记录层冷却，形成不受外磁场影响的牢固 记录层。 数据重写：需经过“擦”和“写”两步，先利 用中功率激光照射介质段区中的所有数据，使 段区中的数据点都沿著与介质表面垂直的方向 均匀磁化，即通过写入“0”来抹去原有数据。 然后再根据要求用高功率激光在“0”位置写入 数据“1”，这样就完成了数据的重写。 4.1.6 磁光MO存储系统 磁光存储系统读原理 数据的读取是利用低功率激光探测盘片 表面，通过分析反射回来的偏振光的偏振 面方向是顺时针或是逆时针，来决定读取 的数据是“1”还是“0”。 4.1.7 相变(PD)光存储系统 CD-RW 相变记录方式利用物质的状态变化即所谓 的相变进行数据的读、写和擦除，相变型光 盘用在基盘上沉积电介质层、相变记录层、 冷却层和保护层等形成多层结构。 4.1.8 DVD光存储系统 VCD与DVD光盘技术 VCD光盘 VCD,SVCD,CVD DVD光盘 与CD盘外观相同 四种结构（按单/双面与单/双层 结构的组合） 最低4.7GB(约为CD-ROM的7倍 ） 误码率10-20 4.1.8 DVD光存储系统 DVD(Digital Video Disk)的用途及分类 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 4.1.8 DVD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：4.7GB17GB； 最小凹坑长度仅为0.4m，道间距为 0.74m，采用波长为635nm650 nm的红外 激光器读取数据； DVD盘由两片基底组成，每片基底的厚 度为0.6mm，因此DVD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。 单面单层 单面双层 4.1.8 DVD光存储系统 DVD光盘存储新技术 “蓝光盘”技术 9家公司于2002年2月19日推出 使用蓝激光刻录和读取 单面密度盘27GB，将来达到100GB 全息记录技术 InPhase公司，2000年12月由贝尔实验室分离成 立 2002年4月8日，展出100GB的光盘 使用全息记录技术 用照射角度不同的两种激光：信号光和参照光， 两光交叉，产生干涉图案 同一位置，激光入射角不同，数据不同 4.1.9 光盘库系统 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（Audio Card），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 音频的录制与播放 编辑与合成：对声音文件进行多种特殊处 理； MIDI接口和音乐合成 文语转换和语音识别 CD-ROM接口 游戏接口 支持全双工功能：能同时录音和放音； 音箱 2、Microphone（麦克风输入） 3、Speaker（扬声器输出） 4、MIDI/Game Port （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 CDROM 外部音频设备 麦克风 操纵杆 MIDI声音装置 1、Line in（线性输入） 5、Volume Control（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 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。 4.2.1 音频卡的工作原理 数字化声音处理 4.2.1 音频卡的工作原理 混音器 可以对多种音频源进行混合； 可以选择声音I/O模式，即单声道或 立体声模式； 从话筒、CD或线路输入中选择输入 源； 可选I/O滤波器，实现对声音的过滤 处理。 4.2.1 音频卡的工作原理 合成器 用来播放MIDI文件。 波形表（Wave Table）合成 频率调制FM合成 频率调制FM合成 利用频率调制产生各种乐器的音色，FM 合成器对声音的音色提供简捷而有效的控 制。音色在很大程度依赖于其谐波的频率 和振幅。 FM合成器包含18个操作单元。调频合成 需要两个操作单元：调制单元和载波单元 。 每个单元有三个基本功能：脉冲产生器、 包络产生器和正弦表。 4.2.2 音频合成和MIDI接口规范 MIDI MIDI（Musical Instrument Digital Interface）是指乐器数字接口，是数字音乐的 国际标准。 MIDI消息实际上就是乐谱的数字描述。 MIDI的音乐符号化过程实际上就是产生 MIDI协议信息的过程。协议信息将由状态信 息和数据信息组成。 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 衡量声卡的音乐合成器的性能好坏的参数 主要有： 音色数目 音色越多，音乐的表现力就越强。 发音数 决定了声卡同时最多能发出多少个 音符。 音乐的兼容性 音色在排列顺序上的兼容性。 4.2.2 音频合成和MIDI接口规范 MIDI接口 MIDI In（输入口） 接收从其他MIDI装置传来的消息。 MIDI Out（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。 MIDI Thru（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 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（Pitch Synchronous Overlap Add）方法 4.2.3 语音合成 语音基元数据库的构建 基元的选择 选择音节 选择双音素和三音素 语音数据的存储形式 波形存储方式存储 数字化的语音波形数据 参数存储方式存储 从语音信号中提取的参数，常用的有LPC参数、 LSP（LSF）、共振峰参数等 4.2.3 语音合成 韵律模拟 自然语言中的韵律特征 语调、节奏和重音等能表达说话者的语义 和感情，是自然语流的重要组成部分 韵律合成及方法 超音段特征（音高、音长、音强及频率分 布的变化）的修改构成了韵律合成的基础 方法：修改基频模式、共振峰模式、 PSOLA算法等 韵律模拟的问题 需解决韵律规则、韵律描述、计算模型和 修改算法等问题 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。 系统随着能够识别的词汇量增大，所需要 的空间和时间的花销就越多，最终将导致系 统的识别性能急剧下降而丧失可用性。 尽管连续发音是人们最为自然的发音方式 ，但是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，这些复杂性的 需求的实现是非常困难的。 4.3 视频接口 4.3.1 视频图像显示 概述 为了显示原始图像（这里使用的“图 像”是泛指，包括全运动视频）的可接 受的复制图，需要使用各种显示系统技 术来解码信号和压缩数据。 4.3.1 视频图像显示 视频显示技术标准 第一代标准：MDA和CGA 第二代标准：EGA 第三代标准：VGA 采用256K种颜色的调色板及用模拟 量输出，使显示的颜色更加逼真 第四代标准：XGA l990年IBM公司宣布了XGA高性能 的视频子系统 4.3.1 视频图像显示 CRT显示系统 屏幕尺寸 点间距 荧光粉类型 ：余辉特性 刷新（或扫描）频率与闪烁 隔行和非隔行扫描 显示缓冲区与颜色定义 模拟信号接口和数字信号接口 视频BIOS 4.3.1 视频图像显示 主要技术指标 点距 分辨率：水平、垂直 场频：垂直扫描频率，单位时间刷新屏幕次数 行频：水平扫描频率 单位时间内电子束刷新屏幕的行数。 行频垂直分辨率X场频XS(约1.06) 扫描方式 隔行扫描：先扫描奇数行，在扫描偶数行 逐行扫描 4.3.1 视频图像显示 带宽：显示器频率响应范围 带宽(分辨率X场频)/过扫描系数(约0.7) 质量认证 TCO：瑞典制订，高品质 TCO92,95,99 CE：欧共体安全认证 CCEE：中国电工产品 安全认证 先扫描奇数行，在扫描偶数行 逐行扫描 4.3.1 视频图像显示 影响分辨率因素 点距 阴罩板上的孔越多组成画面的点越多，画 面越清晰 行频 场频85HZ时 1024X768，行频768X85X1.06 69KHZ 1280X1024，行频1024X85X1.06 92KHZ 行频高，显示器负担大，加快其老化 场频 60HZ时闪烁，高于85HZ时无闪烁 最大分辨率一般指场频60HZ下的分辨率 640X48085HZ没问题，但 1600X120085HZ难 场频越高，图像稳定性越好 4.3.1 视频图像显示 与显示器尺寸有关 显示器最大最佳像素点有效尺寸/(点距 X0.87) 17英寸显示器，点距0.28mm 水平有效尺寸320mm/(0.28X0.87)=1314点 垂直有效尺寸240mm/(0.28X0.87)=985点 最佳分辨率1280X1024，太高并不好 分辨率增大，图像、文字变小，增加眼睛 负担 800800X600X600 16001600X1200X1200 12801280X1024X1024 阴罩板孔阴罩板孔 屏幕像素点屏幕像素点 4.3.1 视频图像显示 平板显示系统 被动矩阵单色 主动矩阵单色 被动矩阵彩色 主动矩阵彩色 4.3.2 视频卡的工作原理 视频卡的分类与功能简介 视频卡的分类 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。 4.3.2 视频卡的工作原理 视频卡的分类与功能简介 视频卡的分类 视频采集卡 4.3.2 视频卡的工作原理 视频卡的分类与功能简介 视频卡的分类 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 4.3.2 视频卡的工作原理 视频播放卡 将压缩保存在计算机中的视频信号数据在计算 机的显示器上播放出来的这种卡称之为视频播 放卡，或称解压缩卡，也称之为电影卡。 电视转换卡 电视转换卡分为两类：电视卡和TV编码器。 电视卡：是将标准的NTSC、PAL、SECAM电 视信号转换成VGA信号在计算机屏幕上显示 TV编码器：它将计算机的VGA信号转换为 NTSC、PAL、SECAM等标准的信号在电视上 播放或进行录像， 4.3.2 视频卡的工作原理 视频卡的分类与功能简介 视频卡的主要功能 全活动数字图像的显示、抓取、录制、支 持Microsoft Video for Windows； 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。 4.3.2 视频卡的工作原理 视频卡的分类与功能简介 各种功能的视频卡 电视卡（TV Turner）：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。 TV编码器（TV Coder）：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。 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。 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。 4.3.2 视频卡的工作原理 视频采集卡的工作原理 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。 4.3.2 视频卡的工作原理 视频采集卡的工作原理 帧存储器系统 数模转换和矩阵变换 视频信号和VGA信号的叠加 数字式多制式视频信号编码部分 4.4 多媒体I/O设备 4.4.1 笔输入 手写板和手写笔 电阻式压力板、电磁式感应板和近 期发展的电容式触控板。 4.4.1 笔输入 电阻压力板手写板 组成 由一层可变形的电阻薄膜和一层固定的电阻薄膜 构成，中间由空气相隔离。 工作原理 用笔或手指对上层电阻加压使之变形，当与下层 接触时，下层电阻薄膜就感应出笔或手指的位置 。 特点 原理简单，工艺不复杂，成本较低，价格也比较 便宜。 材料容易疲劳，使用寿命较短 。 4.4.1 笔输入 电磁式手写板 工作原理： 通过在手写板下的布线电路通电后，在一定时 间范围内形成电磁场，来感应带有线圈的笔尖 的位置进行工作。 分类： “有压感”和“无压感”两种 特点： 对供电有一定的要求 易受外界环境的电磁干扰 使用寿命短 4.4.1 笔输入 电容式写字板 工作原理： 通过人体的电容来感知手指的位置。即当您手 指接触到触控板的瞬间，就在板的表面产生了 一个电容。 在触控板表面附着有一种传感矩阵，这种传感 矩阵与一块特殊芯片一起，持续不断地跟踪着 您手指电容的“轨迹”，经过内部一系列的处理 从而每时每刻精确定位手指的位置（X、Y坐 标），同时测量由于手指与板间距离（压力大 小）形成的电容值的变化，确定Z坐标。 4.4.1 笔输入 电容式写字板 特点： 用手指和笔都能操作，使用方便 手指和笔与触控板的接触几乎没有磨损，性能 稳定 机械测试使用寿命长达30年 元件少，产品一致性好，成品率高，成本较低 手写笔 有线笔 无线笔 4.4.2 触摸屏 概述 触摸屏（Touch Screen）是一种定 位设备 当用户用手指或者其他设备触摸安 装在计算机显示器前面的触摸屏时，所 摸到的位置（以坐标形式）被触摸屏控 制器检测到，并通过串行口或者其他接 口（如键盘）送到CPU，从而确定用户 所输入的信息。 改善人与计算机的交互方式， 4.4.2 触摸屏 触摸屏的分类 按安装方式分类 外挂式 内置式 整体式 投影仪式 4.4.2 触摸屏 从结构特性与技术分类 红外：使用红外线传感器，这是一 种需要特殊框的触摸屏形式； 电阻膜：使用电阻性传感器，其主 要结构是电阻膜； 电容：使用电容性传感器，利用人 体所带电荷的电容感应作用工作 ； 表面声波：使用声波传感器，由声 波传感器和反射器组成； 压力矢量：使用压力矢量传感器， 利用显示器下的垫感受压力 4.4.2 触摸屏 红外技术触摸屏 原理 在普通显示器的前面安装一个外框 ，通过外框中的电路板在屏幕四边排布红 外发射管和红外接收管，对应形成横竖交 叉的红外线矩阵。当用户触模屏幕时，手 指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线 ，从而利用X、Y方向上密布的红外线矩阵 来检测并定位用户的触摸位置，执行该位 置的图标或热点、热键。 4.4.2 触摸屏 红外技术触摸屏 特点 价格低廉，安装非常方便， 使用键盘接口不需要卡或其他任何 控制器 。 对光照环境因素比较敏感 防干扰能力较弱 手挡住红外线 红外发射管 红外接收管 红外接收管 红 外 发 射 管 4.4.2 触摸屏 电容技术触摸屏 原理 在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜层 ，再往导体层外加上一块保护玻璃、双玻 璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外 ，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极 ，在导电体内形成一个低电压交流电场。 用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与 导体层间会形成一个锅台电容，四边电极 发出的电流会流向触点，而电流的强弱与 手指及电极间的距离成正比，位于触模屏 幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱 ，准确算出触模点的位置。 4.4.2 触摸屏 电容技术触摸屏 特点 可靠精确 环境电场发生改变，会引起测量漂 移，造成不准确 安装不便 4.4.2 触摸屏 电阻技术触摸屏 原理 它是一块与显示器表面配合紧密的电阻薄 膜屏。这是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或 有机玻璃作为基层，表面涂有一层叫ITO的透明 导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑 防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层导电材料 （ITO或镍金），在两层导电层之间有许多细小 （小于10-3英寸）的透明隔离点把它们隔开并绝缘 。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置 就有了一个接触，控制器侦测到这个接通并计算 出X、Y轴的坐标。 4.4.2 触摸屏 电阻技术触摸屏 特点 可以用任何很尖细的物体作触针， 但怕锐器刮伤； 抗强干扰或灰尘、水汽污染的环境 。 4.4.3 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，通过扫描仪 光电的移动或原稿的移动，把黑白或彩 色的原稿信息数字化后输入到计算机中 。 4.4.3 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 4.4.3 扫描仪 扫描仪技术参数 幅面，如A3、A4 光学分辨率，如 600dpi*1200dpi 扫描分辨率，如1200dpi*2400dpi 灰度与色彩，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 4.4.3 扫描仪 扫描仪技术参数 配件：投射板、送纸器 4.4.4 数码相机 原理 数字照相机不用胶片，而使用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。 4.4.5 输入输出接口 SCSI接口 SCSI（Small Computer System Interface）即“小型计算机系统接口”是 当今世界上最流行的用于小型机、工作 站和微机的输入输出设备标准接口。 4.4.5 输入输出接口 USB接口 USB是英文Universal Serial Bus的缩 写，中文含义是“通用串行总线”。 它 不是一种新的总线标准，而是应用在 PC领域的新型接口技术。USB目标想 把各种不同的接口统一起来，使用一个 4针插头作为标准插头。通过这个标准 插头，采用菊花链形式可以把所有的外 设连接起来，并且不会损失带宽。也就 是说，USB 将取代当前PC上的串口和 并口 4.4.6 输入输出接口 USB接口 USB分为五个部分： 控制器 控制器驱动程序 USB芯片驱动程序 USB 设备 针对不同USB设备的客户驱动程序 4.5 多媒体计算机 4.5.1 多媒体处理器 几种典型的多媒体处理器 MicroUnity公司的Media Processor Philips公司的Trimedia Chromatic Research公司的Mpact Media Engine Intel公司的MMX技术 MMX是Multi Media eXtension（多媒体 扩展）的缩写，MMX CPU的中文名为“多能 ”。 MMX技术提供了面向多媒体和通信应用 的新特性，同时保持了对全部现有Intel体系 结构微处理器、IA应用程序和操作系统向下 全部兼容 4.5.2 多媒体总线 PCI总线 局部总线技术（Local BUS） PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是Intel公司1993年发布的 。 PCI的特点 协调数据传输并提供总线接口 能支持10种外设，并保持最高的传输速率 硬件成本大为降低 支持PCI总线扩展板和部件 支持线性突发的数据传送模式 4.5.2 多媒体总线 AGP总线 加速图形端口（Accelerated Graphics Port，AGP）是Intel公司在 1997年秋为应付PC处理3D图形中潜在 的数据流瓶颈而提出的一种解决方案 。 AGP总线是一条32位的多路地址和 数据总线，它还拥有一条8位的侧面寻 址总线（Sideband Addressing）。 它的加入决定性地改变了PC平台对 3D图像的支持。 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) 概述 什么是MPC MPC-multimedia Personal Computer 具有多媒体功能的个人计算机 早期在PC机上增加声音卡和光盘驱 动器 多媒体技术的发展，不断赋予MPC 新的内容 对广大用户而言，就是把具有多媒 体功能的PC机或把现有增加多媒体升级套 件的PC机叫MPC。 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) MPC起源 MPC源于1990年Microsoft公司联合 一些主要的PC厂商和多媒体产品开发商组 成的MPC联盟(Multimedia PC Marketing Council) 目的 建立计算机系统硬件的最低功能标准，利用 Microsoft的windows为操作系统，以PC现有的 广大市场，作为推动多媒体的基础 MPC特指符合MPC联盟标准的多媒 体个人计算机 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) MPC要解决的关键技术 视频音频信号获取技术； 多媒体数据压缩编码和解码技术； 视频音频数据的实时处理和特技； 视频音频数据的输出技术。 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) MPC的技术标准 MPC联盟规定多媒体计算机包括5个 基本的部件： 个人计算机(PC) 只读光盘驱动器(CD-ROM) 声卡 Windows操作系统 一组音箱或耳机 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) 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 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 。 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) MPC-3 MPC第三代的标准是1995年6月制 定的 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。 4.5.3 多媒体个人计算机(MPC) MPC-1 RAM2MB 中央处理器16MHz 386SX 硬盘容量30MB CD-ROM 150KB/s，最大寻址时间 1s 声音卡 8bit数字声音，8个合成音， MIDI 显示器 640480，16色，视频播放 输入输出端口MIDI I/O，摇杆端口 ，串并联端口 4.5.3 多媒体个