多媒体硬件环境(2).ppt

第4章多媒体硬件环境,4.1光存储设备4.2音频接口4.3视频接口4.4多媒体I/O设备,4.1光存储设备,4.1光存储设备,光盘存储技术是采用磁存储以来最重要的新型数据存储技术，它具有下面的一些优势：记录密度高：107108位/CM2是目前磁盘的上百倍。存储容量大：标准的CD-ROM容量为650M，可存20万页的16开本的文本信息资料。采用非接触方式读写信息：盘面没有磨损能自由地更换光盘信息保存时间长：30年以上不同平台可以互换快速的检索方式多种媒体融合：可存文、图、声等媒体价格低廉,4.1光存储设备,光存储技术原理改变一个存储单元的性质,使其性质的变化反映出被存储的数据;识别这种性质的变化,就可以读出存储数据。光存储单元的性质,例如反射率、反射光极化方向等均可以改变,它们对应着存储二进制数据0(不变)、1(改变),光电检测器能够通过检测出光强和光极性的变化来识别信息。高能量激光束可以聚焦成约1微米的光斑,因此光存储技术比其它存储技术有更高的容量。,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。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。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。磁光型（MagneticOptical，简称MO）相变型（PhaseChange，简称PC）两种形式。,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD光盘上记录的信息最小单元是比特（bit）。在聚碳酸脂材料上用凹痕和凸痕的形式记录二进制“0”和“1”，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层透明胶膜保护层，并在保护层的一面印上标记。我们通常称光盘的两面分别为数据面和标记面。目前通常用的光盘直径为12cm，厚度约为1mm，中心孔直径为15mm，重约14-18g。CD-ROM盘片的物理层次,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROM光盘制作过程(1)数据准备(2)主盘制作(3)复制光盘CD光盘主要分为五层，其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层,CD-ROM光盘制作过程,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROM驱动器的构造,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。道跟踪伺服：为了确保聚焦光束能沿着道间距为1.6um、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：,4.1.2CD-ROM光存储系统,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。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。错误检测和校正处理一级是CIRC另一级是ECC,4.1.2CD-ROM光存储系统,数据是如何从光盘上读取的凸区和凹坑数据位和通道位凸区和凹坑的长度最小的凹坑数据是如何读取的EFM编码通道合并位,4.1.2CD-ROM光存储系统,凸区和凹坑InsideaCDisaflatlightreflectinglayercalledland.Onthelandaremanypitswritteninaspiral-shapedtrack.Fromthereadlaserspointofview,thetrackspiralgoesoutwardswhenthediskrotatescounter-clockwise.Thespiralhasapitchof1600nmPitsarebumpsreally,fromthereadlaserspointofview,becausethemasterdiscwithpitsisduplicatednegatively,turningthepitsintobumps.Pitshavethesamelightreflectingsurfaceastheland,butpitsreflecttheread-laserslightinadiffuseandinterferingwayandthuslookrelativelydarkcomparedtothelandareas.,凸区和凹坑,4.1.2CD-ROM光存储系统,数据位和通道位Itisnotsimplysothatalandisa1databit,andapitisa0databit.Adatabitisa1or0fromtheoriginaldata,butonaCDtherearenodata-bitsbutchannel-bits.AchannelbitisthesmallesttimeunitusedonaCD:1/4,321,800sec.a1channelbit=atimewithchangefromlandtopit,orfrompittoland.a0channelbit=atimewhenthereisnochange.Also;databytes(8databit)areconvertedinto14channelbitcodewithEFM(Eight-to-Fourteen-Modulation),andgluedwith3MergingChannelbitsbeforewrittenonthedisk.Channelbitlengthiscomputedjustbydividingthespeedbythebitrate.Forexample:1.2m/sec/4321800channelbit/sec=277.662nm,通道位,4.1.2CD-ROM光存储系统,凸区和凹坑的长度Pit而Mode2用于存放对错误不太敏感的数据,如声音、图象、图形等。Mode2的数据经过CIRC检验后的误码率为1/109,对声音、图象类的数据可以不必做进一步校验;而要满足计算机数据误码率小于1/1012的要求,则应对Mode1的数据作进一步校验。,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROM的文件结构黄皮书的标准仅涉及到光盘的物理性能因为CD-ROM面对用户的是文件，这就要求一个文件系统来管理，使用户把CD-ROM当成一个文件集来管理，否则就会使用户从物理层上看待CD-ROM应用软件也必须要知道信息在盘上的精确物理位置。1988年国际标准化组织制定了CD-ROM的逻辑格式标准-ISO9660，由此定义了CD-ROM的卷和文件结构：,4.1.2CD-ROM光存储系统,文件结构：文件结构用来描述和配置放到盘上的文件。放到CD-ROM上的文件类型没有限制，可以是ASCII文件，可执行文件（如*.EXE文件，*.COM文件）。文件的标识符（fileidentifier）可由三部分组成：文件名、文件扩展名和文件版本号。文件标识符必须要包含一个文件名，或者包含一个扩展名，其它可作为选择。文件结构的核心是目录结构，它用来说明文件及文件段的的位置。大多数支持磁盘的文件系统都采用分层目录结构，CD-ROM也采用这种结构，并且限定目录层次最多为8层。分层目录结构可组织大量的文件。卷结构：单片CD-ROM称为一卷。把存放单个应用软件的多片CD-ROM称为一个卷集,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROMXA规范黄皮书的规格虽然可以存放文字、声音等不同性质的数据，但是不同性质的数据必须放置于不同的光道上，故无法满足类似声音与动态影像同步的功能。因此在黄皮书Mode2的基础上又产生了所谓CD-ROM扩展规格（ExtendedArchitecture），记为CD-ROMXA。它利用黄皮书Mode2的用户数据空间（2336字节），在该空间中加入一定的控制位和校验位，而压缩了用户可用的数据空间。CD-ROMXA为计算机数据、压缩或未压缩的音频、视频图像数据定义了一种新的轨道类型，使这些不同类型的数据资料可以同时存放在光盘的同一轨道上。CD-ROMXA又可分为Form1和Form2两种规格，其中Form1规格适用于计算机数据，并且数据中允许插入或混合声音和动态影像等，Form2规格适用于压缩过的声音和动、静态影像：CD-ROMXA规格数据单位：Byte数据总长：2352,CD-ROMXA的数据格式(FORM1,FORM2)FORM1FORM2,4.1.2CD-ROM光存储系统,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROMXA所定义格式包括与CD-I格式相同的FORM1和FORM2格式，解决了普通CD-ROM驱动器不能读CD-I格式光盘的问题。CD-ROMXA在HEADER后面增加了8个字节信息来进一步说明扇区中用户数据,其中存放有数据类型(音频、视频、数据等)格式形式,触发位(记录开始、文件结束、实时性等),数据编码信息(ADPCM、DYUV等)。这样CD-ROMXA驱动器可通过对子头信息的识别,读出数据区中多种媒体的信息,特别地能正确读出CD-I中采用ADPCM压缩的音频数据。,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。,4.1.3CD-R光存储系统,目前市面上的CDR空白光盘主要有绿盘、金盘和蓝盘三种类型。它们主要区别在于使用了三种不同颜色的有机染料，从而呈现出不同的颜色。从数据记录和读取的原理来看，它们都具有相同的功能。绿盘：兼容性好金盘：可靠性好蓝盘：成本低,4.1.4DVD光存储系统,DVD（DigitalVideoDisc数字影碟光盘）这个继继VHS、VCD、LD之后的最新一代影音存储媒介，最初诞生于电影行业，它是由美国的八大电影公司（如哥伦比亚电影公司等）所组成的HDVAGroup（HollywoodDigitalVideoAdvisoryGroup）在一起讨论一种新的VideoDisc之后所产生的。当初八大公司讨论的结果认为新的Video应具以下特点：1、在一张碟片中能容纳135分钟的影片；2、高品质的影像效果（比LD及Video-CD好）；3、具有高级、逼真的音响效果；4、在一个光碟片中能容纳35种多国语言；5、需有防盗版的功能；6、能适应不同长、宽比的屏幕；7、一个光碟片中能有同一节目的多种版本。,4.1.4DVD光存储系统,DVD标准的历史背景在1995年，一个由Sony和PhilipsElectronicsDV公司领导的国际财团与另一个由Toshiba和TimeWarnerEntertainment公司领导的国际财团分别提出了两个不兼容的高密度CD（HDCD-HighDensityCompactDisc）规格。同年10月，两大财团终于同意盘片的设计按Toshiba/TimeWarner公司的方案，而荐储在盘上的数据编码则按Sony/Philips公司的方案。随着多家厂商研发及规格整合后，在1995年底将DVD正式定名为“数字多功能光碟”(DigitalVersatileDisc)，而最终也不再只是为电影行业所服务，而是集计算机技术、光学存储技术和影视技术等为一体，其目的是满足人们对大存储容量、高性能的存储媒体的需求。,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：4.7GB17GB；最小凹坑长度仅为0.4m，道间距为0.74m，采用波长为635650nm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。,4.1.4DVD光存储系统,当我们提到DVD时，首先想到的是播放影视节目的DVD-Video。其实DVD和CD一样，除了DVD-Video之外还将有4个成员，它们的标准文件用BookA，BookB，BookE来标识几种DVD光盘驱动器BookA：DVD-ROMBookB：DVD-VIDEOBookC：DVD-AUDIOBookD：DVD-R与DVD-RWBookE：DVD-RAM,4.1.4DVD光存储系统,Toshiba/TimeWarner公司定义的DVD规格是SD（SuperDensityDigitalVideoDisc），而Sony/Philips公司定义的DVD规格是MMCD（MultimediaCD），这两种高密度盘规格的统一是扩充光盘存储容量的一个里程碑。在理论上来说，DVD的存储容量如下表所示。,4.1.4DVD光存储系统,DVD采用的技术如何提高存储器的存储容量和传输速率是存储工业中永恒的研究课题，许多科学家和工程技术人员一直献身于这个领域。一片DVD盘要能够存储多达17GB的信息，需要采用许多新的技术。,DVD与CD技术项目对照表,增加盘的数据记录面积,4.1.4DVD光存储系统,常规的CD播放机和CD-ROM驱动器的光学读出头的数值孔径为0.45。为了提高接收盘片反射光的能力，也就是提高光学读出头的分辨率，在DVD中就需要把NA将由现在的0.45加大到0.6。使用短波长的激光源和数值孔径比较大的光学元件之后，最小凹凸的长度可以从0.83um减小到0.4um，而光道间距从1.6um减小到0.74um，总的容量可以提高到4.486倍。,4.1.4DVD光存储系统,RS-PC在CD盘上有许多EDC（ErrorDetectionCode）和ECC（ErrorCorrectionCode）信息位。采用新的算法之后这些信息位的数目可以减小，也就相当于增加用户数据的容量。采用RS-PC纠错码之后，纠错码的数据传输率也将从25减小到13。,4.1.4DVD光存储系统,由于DVD光盘有单面单/双层与单/双面的规格，所以依照规格的不同，会有不同的容量，因此根据容量的不同可将DVD分成四种规格，分别是DVD-5、DVD-9、DVD-10与DVD-l8（当然D-10与D-18在国内市场上是少见的）目前市面上比较常见的是DVD-5和DVD-9碟片，DVD-10和DVD-18则要过一段时间才会大量上市。因为后者(双层DVD)涉及到碟片换面的工作，而且容量也太大，毕竟目前还很少有这么大的容量需求。碟片规格表：盘片类型直径面数/层数容量播放时间cd-rom12厘米单面650mb最多74分钟音频dvd-512厘米单面单层4.7gb超过2小时视频dvd-912厘米单面双层8.5gb大约4小时视频dvd-1012厘米双面单层9.4gb大约4.5小时视频dvd-1812厘米双面双层17gb超过8小时视频,4.1.4DVD光存储系统,DVD-5采用单层单面，所以标准的资料记录量为4.7GB。目前市场中以这种规格的DVD光盘居多，因为这个规格的生产成熟度最高。,4.1.4DVD光存储系统,DVD-9单面双层，也就是将资料层增加到两层，但是中间夹入一个半透明反射层，如此一来读取第二层资料的时候，不需要将DVD盘片翻面，直接切换激光读取头的聚焦位置就可以了。单面双层盘的表层称为第0层，最里层称为第1层。第0层采用了一种新的半透明（semi-transmissive）薄膜涂层，可让激光束透过表层到达第1层。开始工作时，激光束首先在第1层上聚焦和光道定位。当从第0层上读出信息过渡到从第1层上读出信息时，激光读出头的激光束立即重新聚焦，电子线路中的缓仲存储器可确保从第0层到第1层的平稳过渡，而不会使信息中断。,4.1.4DVD光存储系统,理论上来说，资料记录量可以提升到9.4GB，但是由于双层的构造会干扰信号的稳定度，所以实际上的最高资料记录量只能够到达8.5GB而已。,4.1.4DVD光存储系统,DVD-10采用单层双面，也就是DVD片的正反面都可以存储资料，一般标准的资料记录量为9.4GB，为DVD-5的两倍。,4.1.4DVD光存储系统,DVD-18双面双层,4.1.4DVD光存储系统,一般来说，单面单层的DVD电影光盘一面是为银白色，另外一面是彩色印刷的片名，而信息则是存放在塑料层的当中，全区电影通常都采用这样的光盘，节目容量一般为4.7GB。单面双层的一面为金黄色，另外一面为彩色印刷，非常的醒目。由于采用了双层的结构，除了存储电影故事之外，还利用增加了一倍的容量来存放电影花絮，介绍或者是高质量的声音等等。双面单层的光盘没有彩色的印刷，双面都是同一部电影，但是一面是16：9的宽荧幕格式，另外一面是4：3的正常画面，一至六区光盘和二手正版通常采用这样的结构，全区片中采用这种格式的则在两面存储了不同内容的电影，而个别光盘则由于内容太大而分成两部分分别存放在在光盘的两面。,4.1.4DVD光存储系统,DVD的区域码是怎样划分区域的？第一区(Region1):美国、加拿大、东太平洋岛屿第二区(Region2):日本、西欧、北欧、埃及、南非、中东第三区(Region3):台湾、香港、南韩、泰国、印尼等东南亚国家第四区(Region4):澳洲，纽西兰，中南美洲，南太平洋岛屿第五区(Region5):俄罗斯、蒙古、印度半岛、中亚、东欧、北韩、北非、西北亚一带等第六区(Region6):中国大陆,4.1.4DVD光存储系统,下一代DVD标准之争主要围绕着HDDVD和蓝光光盘（Blu-rayDisc）展开。这场标准之争的意义在于，谁成为标准，谁就可以向下一代高清DVD生产厂商收取专利费。现行的DVD技术基于红色激光，而蓝光DVD和HD-DVD都基于蓝色激光。蓝色激光的波长较短，因此可以对光盘进行高密度记录与读取。HDDVD与目前的DVD光盘格式相同,4.1.4DVD光存储系统,和蓝光是未来高清晰度的两种互不兼容的格式，由于东芝是的领导厂商，也几乎是唯一的播放机制造商，而蓝光拥有索尼、松下、飞利浦、三星等众多厂商加盟，所以不论是在技术上还是在市场份额上，一直处于下风。2008年月份以来，随着支持的美国华纳兄弟公司“倒戈”、派拉蒙“变节”和微软公司表态称将尊重消费者的选择以及沃尔玛、百思买等零售“巨头”宣布不再销售产品，考虑到市场环境的急速变化，东芝决定退出业务。至此，围绕下一代高清影碟标准的格式之争正式结束。,4.1.4DVD光存储系统,2008年2月19日，HD-DVD格式主导者宣布停止进一步开发，BD蓝光一统江山已毫无悬念。蓝光标准可以使单层碟片的存储容量达到25GB，双层碟片的存储容量则达到50GB以上。而当前DVD碟片的单层容量为4.7GB，双层容量为8.5G。,4.1.4DVD光存储系统,2002年2月19日：Blu-rayDiscFounders成立2004年5月18日：改名为Blu-rayDiscAssociation2006年10月14日：SONY首次推出配置蓝光光盘播放器的笔记本电脑VAIOA系列2007年8月20日：派拉蒙电影公司由原先同时支持蓝光光盘及HDDVD，改为仅支持HD-DVD2008年1月4日：华纳兄弟宣布脱离HD-DVD转而支持蓝光光盘标准2008年1月8日：派拉蒙电影公司考虑重新返回蓝光阵营，同时微软公司态度暧昧2008年2月19日：东芝公司决定停止所有HDDVD播放器及所有相关业务的研发。,4.1.4DVD光存储系统,软件支持2005年蓝光光盘联盟宣布蓝光光盘将加入sun公司的java技术，蓝光播放器和蓝光光盘可以作出互动功能。数字版权管理（DRM）AACS（AdvancedAccessContentSystem）负责保护光盘的内容BD是一个虚拟机器，存储于光盘上，允许获得授权的播放器播放蓝光光盘ROMMark是密码信息，附加于光盘内容中，负责监控和阻止未获得授权的播放程序对内容进行解码。,4.1.4DVD光存储系统,兼容性所有获得授权的蓝光光盘播放器均可以向下兼容，包括DVD，VCD及CD存储格式采用CDFS格式，可以用蓝光刻录机写入资料BD-R单次写入BD-RE多次写入,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。音频卡的功能音频的录制与播放编辑与合成MIDI接口和音乐合成文语转换和语音识别游戏接口CD-ROM接口支持全双工功能,4.2.1音频卡的工作原理,声卡中“位”的含义：声卡的位是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。声卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。8位声卡把接收到的模拟信号按28=256个等级(0255)转换为数字信号,每一等级对应一个8位的二进制数。16位声卡把音频信号分为216=65536个等级(065535)实施上述转换,显然它对音频信号的描述比8位声卡准确得多。32位声卡则有更高级精度。因此,声卡的位数越高,性能就越强。准16位声卡实质上是指8位加8位的双声道立体声声卡,其表现与真16位双声道立体声声卡有天壤之别。复音数的含义与作用声卡型号中“32”、“64”的含义,指的是声卡的复音数(polyphony,但声卡包装上常见的是voice),而不是声卡上的DAC(数模转换)和ADC(模数转换)的转换位数(bit)。复音就是同时发音的个数。,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,混音器合成器,4.2.2音频合成和MIDI接口规范,MIDIMIDI（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。性能好坏的参数音色数目，发音数，音乐的兼容性MIDI接口MIDIIn（输入口）MIDIOut（输出口）MIDIThru（转发口）,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（PitchSynchronousOverlapAdd）方法对原始的波形进行分析，产生非参数的中间表示对中间表示进行修改将修改过的中间表示重新合成为语音信号,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语音识别技术的应用实现听写和命令控制的场合电话商业服务,4.3视频接口,4.3.1视频图像显示,CRT显示系统屏幕尺寸荫罩和点间距荧光粉类型刷新（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,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,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。只能单帧捕获的，称为图像卡。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电视转换卡电视卡是将标准的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,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。,4.3.2视频卡,模拟视频设备与采集卡、声卡的连接,4.3.2视频卡,外置式TV编码器,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。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。,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,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。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,4.4.2触摸屏,概述触摸屏（TouchScreen）是一种定位设备，系统主要由三部分组成：传感器、控制部件和驱动程序。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，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,红外感应触摸屏红外感应触摸屏用户很好识别，红外感应触摸屏一般都有一个外框，框里有电路板，在X、Y方向排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。红外屏有外挂式和内置式区分，外挂式较厚，一般在10毫米左右；外挂式有纯边框结构的，也有带玻璃托板的，内置式一般都带玻璃托板。目前国内市场主要有Unitocuh（国产）和日本的Minato品牌（价格较贵）以及Onetouch品牌。,外触摸屏的主要缺点是因依靠红外光线工作而对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机。国内第二代抗光干扰型的红外触摸屏推出后，第二代红外触摸屏已经较好的克服了这个弱点，但红外触摸屏毕竟是通过红外光线工作，只能承受有限的光干扰，因此在使用环境上有一定的限制。,4.4.2触摸屏,电阻压力触摸屏电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面图有一层透明氧化金属（ITO氧化铟，透明的导电电阻）导电层，上面在盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层ITO涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标。,4.4.2触摸屏,电容感应触摸屏利用人体的电流感应进行工作。用户触摸屏幕时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。,4.4.2触摸屏,表面声波触摸屏表面声波，超声波的一种，在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。,表各类触摸屏的技术指标与性能,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。扫描仪是光机电一体化的产品，主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分组成。扫描仪的核心是完成光电转换的电荷耦合器件（CCD）。CCD是由光电二极管构成的固态电子元件,这些光电二极管可以寄存模拟电荷量,而该值正比于其感应到的光强度。图像扫描仪自身携带的光源将光线照在欲输入的图稿上产生反射光（反射稿）或透射光（透射稿），光学系统收集这些光线将其聚焦到CCD上，由CCD转换为电信号，然后再进行模/数转换生成数字图像信号送给计算机。图像扫描仪采用线阵CCD，一次成像只生成一行图像数据，当线阵CCD经过相对运动将图稿全部扫描一遍后，一幅完整的数字图像就产生了。,反射式扫描仪原理,4.4.3扫描仪,按扫描方式分类手动式扫描仪平面式扫描仪滚筒式扫描仪胶片扫描仪其它：按扫描幅面、按扫描分辨率、按灰度与彩色、按反射式或投射式,4.4.3扫描仪,扫描仪技术参数原稿种类扫描精度扫描分辨率光电转换精度色彩精度,扫描速度阶调灰阶鲜锐度色彩再现能力接口标准,4.4.3扫描仪,分辨率：表示扫描仪的扫描精度，通常用每英寸上的采样点来表示，标记为DPI（Dot-Per-Inch）或PPI（Pixel-Per-Inch）。物理上讲，分辨率就是图像扫描仪CCD的排列密度，如300DPI就表示该扫描仪的CCD排列密度为每英寸有300个CCD器件。现在图像扫描仪还采用内插算法来进一步提高其分辨率，为了便于区别，人们把CCD的密度称为光学分辨率或物理分辨率。用内插算法提高分辨率，最多只能提高四倍，再高的倍数将毫无意义。色彩位数：表示扫描仪对色彩的分辨能力。从物理上讲，色彩位数就是扫描仪ADC的位数，常用的有6位、8位、10位和12位，对彩色图像来讲，需存放3原色（红、绿、蓝），因此色彩位数需乘3，即