多媒体技术教程V3-ch4.ppt

第四章多媒体硬件环境,工程学院,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（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。,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）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(MagneticOptical，简称MO)相变型(PhaseChange，简称PC)两种形式。,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,4.1.2CD-ROM光存储系统,光存贮原理光反射,4.1.2CD-ROM光存储系统,CD-ROM驱动器的系统方框图,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。聚焦司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。,4.1.2CD-ROM光存储系统,道跟踪司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。聚焦司服：CLV司服由于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。,4.1.3CD-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。,4.1.4DVD光存储系统,DVD(DigitalVideoDisk)数字视频光盘或数字影盘它利用MPEG2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DVDDVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘,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。,4.1.5闪存与存储卡,闪存FlashMemory，闪存卡/盘使一种移动存储产品，可用于存储任何格式数据文件，便于随身携带，是个人的“数据移动中心”闪存卡/盘采用闪存存储介质(FlashMemory)和通用串行总线(USB)接口是非易失随机访问存储器(NVRAM)的俗称，特点是断电后数据不消失。内存也有不同类型，主要分为NOR型和NAND型,4.1.5闪存与存储卡,闪存卡闪存卡(FlashCard)是利用闪存(FlashMemory)技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。闪存卡大概有SmartMedia(SM卡)、CompactFlash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、SecureDigital(SD卡)、MemoryStick(记忆棒)、XD-PictureCard(XD卡)和微硬盘（MICRODRIVE）这些闪存卡虽然外观、规格不同,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。,4.2.1音频卡的工作原理,声音是怎样工作的？,4.2.1音频卡的工作原理,音频卡的功能播放数字音乐录音语音通信实时的效果器接口卡音频解码合成器,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,4.2.1音频卡的工作原理,合成器波形表（WaveTable）合成频率调制FM合成,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。,4.2.2音频合成和MIDI接口规范,MIDI术语MIDI文件通道Channels音序器Sequencer合成器Synthesizer乐器Instrument通道映象ChannelMapping复音Polyphony音色Timbre音轨Track合成音色映射程序PatchMapper,4.2.2音频合成和MIDI接口规范,MIDI接口MIDIIn（输入口）接收从其他MIDI装置传来的消息。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。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。,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（PitchSynchronousOverlapAdd）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。,4.2.5MP3播放器,简介MP3播放器顾名思义也就是可播放MP3格式的音乐播放工具。MP3是MPEGAudioLayer3的简称，MPEG压缩格式是由运动图像专家组(MotionPictureExpertsGroup)制定的关于影像和声音的一组标准，其中MP3就是为了压缩声音信号而设计的是一种新的音频信号压缩格式标准。CD唱片采样率频率为44.1MHz,16Bits,数据量为1.4Mbps，而相应的MP3数据量仅为112kbps是原始数据量的1/12。也就是说传统的一张CD现在可以存放10倍甚至更多容量的音乐，但是在人耳听起来,感受到的音乐效果却没有什么不同。,4.3视频接口,4.3.1视频图像显示,概述影像视频，简称视频(Video)。与动画一样，由连续的画面组成，只是画面图像是自然景物的图像。这些画面以一定的速率(帧率，帧/秒，f/s)，即每秒钟显示的帧数目）连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。通常，伴随着视频图像还有一个或多个音频轨，以提供声音。在多媒体应用系统中，视频是以视频采集、显示播放是通过视频卡、播放软件和显示设备来实现的。,4.3.1视频图像显示,显卡显示系统是多媒体系统的重要部件之一，而显卡是显示系统的核心工作原理：在显卡开始工作（图形渲染建模）前，通常是把所需要的材质和纹理数据传送到显存里面；开始工作时候（进行建模渲染），这些数据通过显卡总线进行传输，显示芯片将通过显卡总线提取存储在显存里面的数据，进行建模渲染；此外还有大量的顶点数据和工作指令流需要进行交换，这些数据通过RAMDAC(RandomAccessMemoryDigital/AnalogConvertor,即随机存取内存数字模拟转换器)转换为模拟信号输出到显示端，最终就是我们看见的图像。,4.3.1视频图像显示,显卡分类：专业显卡：强调强大的性能、稳定性、绘图的精确等方面普通显卡：普通台式机内所采用的产品。普通显卡更多注重于民用级应用，更强调的是在用户能接受的价位下提供更强大的娱乐、办公、游戏、多媒体等方面的性能。,4.3.1视频图像显示,显卡主流普通显卡的性能和技术参数总线接口类型：总线接口类型是指显卡与主板连接所采用的接口种类。显卡的接口决定着瞬间所能传输的最大数据量。显卡发展至今主要出现过PCI、AGP、PCIExpress等几种接口。显示芯片性能指标：显示芯片决定了显卡的性能，其主要技术参数包括核心频率、公版频率、核心代号、显示芯片位宽、渲染管线、顶点着色单元等,4.3.1视频图像显示,显卡显存类型与性能指标作用：显存是显卡上的关键核心部件之一，它的优劣和容量大小会直接关系到显卡的最终性能表现。显存，也被叫做帧缓存，它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据。性能指标：显存位宽、显存时钟周期、显存容量、显存带宽、显示接口,4.3.1视频图像显示,CRT显示系统主要技术参数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,液晶显示系统工作原理优缺点主要性能参数：可视角度分辨率点距垂直扫描频率显示器接口,4.3.2视频卡,视频卡的分类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,视频卡的分类视频卡的分类视频采集卡,4.3.2视频卡的工作原理,DV卡（1394卡）电视卡/盒非线性编辑卡视频监控卡视频信号转换器压缩卡/压缩盒字幕卡,4.3.2视频卡的工作原理,视频卡的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。,4.4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（TouchScreen）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0.001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A