多媒体硬件平台

教学目标：,1.掌握光盘存储原理及技术,2.了解各种光盘数据的存储格式,3.掌握声卡、视频卡、图像获取设备等多媒体硬件的功能、性能及实现技术,4.了解多媒体计算机系统及工作原理,教学重点：,1.了解光盘驱动器及光盘的工作原理,2.掌握声卡、视频卡、图像获取设备等多媒体硬件的功能及性能指标,教学环境：,多媒体授课系统及多媒体计算机,第三章多媒体硬件平台,3.1多媒体存储技术,文本：字符和数据,图形：向量图，图元组成的图,位图：由像素点组成的图,数字化声音,数字化视频,多媒体信息的存在和表现形式多样，主要有：,一、光盘存储原理,组成：,光驱：半导体激光器读写头和光路系统组成。,光盘：磁光材料或稀土合金。,特点：,与软盘比：容量大,光头与盘片不接触，不受环境影响而退磁，信息保存时间长。,与硬盘比：可拆卸，光驱贵，速度慢。,格式化容量、用户容量,找到需要读写的信息的位置所需要的时间。,数据传输率：,光盘驱动器送出数据率：与光盘转速、存储密度、控制器与主机间的传输率、接口规范控制器内的缓冲器大小有关。,存储容量：,平均存取时间：,二、光盘分类,（1）CD-ROM只读光盘d=12cm,m=650MB，价低。,（2）WORM（writeonereadmany)，一次写多读光盘。,（3）Rewritable可重写光盘。,三、光盘工作原理,1、只读光盘工作原理,存储按螺旋形状轨道存储。,模拟信号的存储：,数字信号的存储：,间隔0.3m1m微米=10-6m,每一个字节采用14位的光轨道位，以确保两个1间有2个0，但最多10个连续0，这样可提高数据的可读性，减少误码率。,存储原理：,思考题:,字节：00000000、00000001、11111111、11111110的光轨道如何。,只读光盘制作流程,2、可重写光盘的写原理,通过改变光盘存储介质的某种特性实现对信息的存储。,(1)磁光式擦写原理,采用玻璃盘基上再加4层稀土-金属膜结构组成。,记录过程：用激光照谢光盘垂直膜面磁化方向上的磁化物质，并对其磁化。当需存“1”时，利用激光加热到热磁效应的居里点，而失去磁性，在盘的另一面的电磁线卷上施加一个外磁场，使被照单元反向磁化。,擦过程：恢复原磁方向。,读过程：利用物理学中的电磁感应读出信息。,(2)相变式擦写原理,利用介质的两个稳态间的互逆结构的变化实现存储和擦写。,两个稳态：反谢率高的晶态,反谢率低的非晶态（玻璃）,写过程：将介质从晶态转变为非晶态。,擦过程：将介质从非晶态转变为晶态。,四、光盘的性能指标,（1）容量：650MB,（2）数据传输率：单倍速：150KB/S50倍速=50*150KB/S,（3）存储缓冲器：256KB,（4）存取时间：200-400ms,（5）体积：,五、光盘的规范及格式,1.CD-DA规范及格式,*CD-DA即激光唱盘：直径12cm,内径1.5cm,厚0.12cm,*光道上采用等长分段，每段为一个扇区。,*地址为“分”、“秒”、“扇区”，总长为74分。1分=60秒1秒=75扇区。,*存储格式：见下页,*每扇区有：6（音频/通道）2（字节/音频数据）2通道98=23526,2.CD-ROM规范及格式,地址:分秒扇区,CD-ROM扇区中的格式与CD-DA不同,CD-ROM扇区中有两个格式,(1)Mode1与Mode2格式,(2)Mode1与Mode2的区别,用户数据量不同,存储数据的类别不同,Mode1用于程序，误码率小于1/1012,Mode2用于声、图，误码率小于1/109,3.CD-ROMXA格式,CD-ROMXA格式有两种：FORM1、FORM2,格式中的SUBHEADER进一步说明用户数据：,如:数据类别（音、视频、数据）、数据格式(form1,form2)触发位(记录开始、文件结束、实时性等)数据编码信息,4.DVD光盘,DVD从外观上与CD-ROM无区别,DVD光道间距由原来的1.6m缩小到0.74m,凹凸长度由原来的0.83m缩小到0.4m,这是DVD容量提高到4.7GB的主要原因.,DVG采用波长更短(635-650nm)的激光源来提高聚光束的精度.,其规格见P74表3.1,表3.2,3、2声音卡,一、音频信息,*声音的两个参数：频率和幅度。,*可听音：20Hz-20KHz,*亚声波：20KHz,*人的声波：300Hz-3.4KHz,*声音质量等级,数字激光唱盘：10-20kHz简称CD-DA,调频无线电广播：20Hz-15kHz简称FM,调幅无线电广播：50Hz-7kHz简称AM,电话质量：200Hz-3.4kHz,从以上可看出：的质量最好，的质量最差。,二、音频的处理技术：,音频采集,声音编码/解码,语音识别：电脑辨别和理解人说的话,文语转换：把文本转换成声音。,音乐合成：利用音乐合成芯片，把乐谱转换成乐曲,音频数据传输,音频-视频同步,音频效果与编辑,三、声音卡的功能,1、录制、编辑和回放数字声音文件。,2、控制、混合各声源的音量,除话筒之外均为双通道立体声调节,3、在记录和回放数字信号时进行压缩/解压缩,压缩算法一般固化在声卡上,实现技术有：,字典技术：根据单词查找发音代码,语法规则：根据语法规则将文本转换成声音,5、具有MIDI接口：,MIDI：MusicalInstrumentDigitalInterface,音乐数字接口：,6、具有初步的语音识别功能。,4、采用语音合成技术让电脑朗读文本,英语，汉语语音朗读已实现（如金山词霸）,四、声音卡的组成,1、插孔和D形连接器,线路输出插孔：音箱,麦克风输入插孔。,线路输入孔：录音机、CD唱机等的输出站。,D形连接器：游戏操纵杆，游戏机入口，MIDI合成器。,2、音量调节按钮,3、跳接器：,如：CD-ROM型号，CDROM的I/O地址声卡的I/O地址，声卡的游戏口选择（开、关）声卡的IRQ及DMA通道。,用来连接成对的插针；其功能是用来选择声卡的硬件设置。,五、声卡的选择：,声卡的三个指标：采样频率、量化位、声道数。,1、模/数转换,2、数/模转换,3、内部声音混合器,*频率调制：以多个频率波形合成声音，实际声音可分成无穷多个正弦波，而计算机的FM采用两种、三种、四种合成，效果较差。,*波形合成：将各种乐器声音录制成数字，存储在ROM中，播放MIDI时，根据所指示的乐器到波表中查询该乐器的声音，经过D/A转换为声音信号。,采用波表合成技术效果好，音质丰富。,4、合成器：功能是还原MIDI声音。,方法有：频率调制（FM）和波表查询（Wavetable),6、DSP芯片：,DSP（DataSignalProcessor)数字信号处理器，其作用是减轻CPU负担，加快音频处理速度，它可处理声音合成、特殊效果和音频文件的压缩和解压缩、声音连接、编辑修改、加回音效果。,7、信噪比：,8、I/O设置的支持：,5、MIDI接口,信号与噪声强度之比，单位是分贝（dB)分贝值越高，干扰越低。,是否有CD-ROM接口以及与CD-ROM的兼容性,9、产品的兼容性：,以新加坡creativelab3公司产生的SoundBlaster标准或加拿大的Adlib标准为好，它们已是事实上的工业标准。,10、三维音效：多声道、目前为两声道,3D声卡：具有环绕立体声的声卡，感觉声音来自四面八方。,11、ASP的功能。,高级数字信号处理（ASP）代替DSP，它能通过硬件实现压缩/解压缩和对声音的编辑。,12、随卡软件,3.3视频卡,一、概述：,视频卡的作用：实现图像与声音的D/A，A/D转换和编码/解码。,二、视频卡的种类和功能,视频卡的种类繁多：,按功能分类：视频转换卡、图形加速卡、播放卡，捕捉卡。,1、视频转换卡：基本有,（1）PC-TV卡：将VGA信号转换成电视机或录像机播放的信号,（2）TV-PC卡（或TV-VGA卡，电视卡）,TV-PC卡的工作顺序：,将TV模拟信号A/D数字化信号解码y,u,v信号RGB信号显卡D/A在显示器上显示。,2、视频捕捉卡（视频采集卡）：,它能将视频图像数字化，编辑及处理等工作。将视频模拟信号实时（摄影机）或非实时（放像机）捕捉，再存于硬盘中，有的还有视频处理专用芯片，可进行实时压缩。,3、视窗动态视频卡：,4、动态视频捕捉/播放卡：,实现动态视频、声音的同时抓起，并加以压缩存储，播放。是一种功能强的视频卡，有creativeFS200，creativeRT300，WTV200等。,提供视窗显示功能，数字化静止画面，此外还有叠加，淡入、淡出等功能。,5、视频压缩卡,将静止或动态图像按照JPEG/MPEG标准压缩和还原。,6、模拟视频叠加卡：,7、MPEG解压卡：,8、图像加速卡：,将计算机输出的文字、图像、叠加到来自光盘、摄像机等的模拟信号上。,也称电影回放卡，影碟卡、播放卡。,加快图像的处理速度，适用于速度不够的计算机。,三、视频卡的性能指标,1、Overly（覆盖）功能：,Overly功能是将视频信号不经过主机直接送往VGA上播放。,2、与VGA的兼容性,3、是否采用硬件压缩,4、录像质量：颜色数和丢帧数,5、输入输出规格：,NTSC（美国）/SAL（中国）/SECAM（俄罗斯），I/O地址的缺省设置。,6、分辨率：,7、色彩：,8、是否支持全回放功能。,全回放：在不带视频卡的计算机中播放不丢帧。,电视机的分辩较低，所以显示器不用更高分辩率。,3.5调制解调器,实现电话线与计算机之间的D/A，A/D转换。,调制：将计算机数字信号转换成模拟信号。,解调：将模拟信号转换成数字信号,一.功能,二.种类,外接式调制解调器,内置式调制解调器,袖珍式调制解调器,传真式调制解调器,除Modem作用外，还可以收发传真。,三、接口,通信接口,电话线接口,电话机接口,电源输入口,电源开关,3.6图像获取设备,一、空间采样,将图像获取设备由MN个光敏元件构成，每个光敏元件对应一个采样点，再用时钟脉冲，逐个从光敏元件中取出采样的模拟信号。,二、量化,将连续的模拟信号分成若干区间，每个区间对应一个值。,三、图像扫描仪,基本原理：将反映图像特征的光信号转换成计算机可接收的电信号,工作过程：由光源将光线照在图稿上，产生图像特征的透射或反射光，由光电转换部件将光信号转换成电信号，然后对这些电信号进行A/D转换及处理，产生相应的数字信号送往计算机。,扫描方式：一维采样,分类：,分辨率600-2400dpi（dotsperinch)量化位：24位,（2）手持式：,分辨率：400dpi,精度不高，价格便宜扫描宽：105mm,(3)滚动式：,分辨率：300-800dpi滚动走纸，扫描头固定适用大幅面A0，A1,（1）平板式,“像素数”、“CCD尺寸”“变焦倍率”“镜头口径”,数码相机最关键的性能参数是：,四、数码相机，数码摄像机,规格有：“总像素数”和“有效像素数”。总像素数是：指数码相机所具有的像素总数。有效像素数：除去不被使用的像素以外的可用于照片的像素数，“有效像素数”越大，成像效果越好。,1、“像素数”和“CCD尺寸”,所谓像素，可以理解为照片的颗粒，,像素数越大颗粒就越细，对象的细节部分就表现的越好,如果像素数相同，摄影元件越大，每个像素的尺寸就越大。像素尺寸越大，所能处理的数据量就会增加，也就是说能生成层次感丰富的照片。中挡数码相机一般使用1/2.7英寸1/1.5英寸之间的CCD，但是高级相机有的会超过英寸。所以像素数和CCD尺寸都是越大越好。,摄影元件（CCD)尺寸,2、“变焦倍率”和“镜头口径”,变焦倍率：对于数码相机来说，变焦倍率越大，远景拍摄也就越方便。但镜头倍率越大，价格也就越高，而光学质量却不一定好。,变焦倍率分为：“光学变焦倍率”和“数码变焦倍率”两个概念。光学变焦：体现镜头性能的。数码变焦：是指将部分图象裁剪出来进行放大的功能。主要是光学变焦。一般