多媒体硬件环境

1、多媒体硬件环境,多媒体计算机发展史上卓有成 效的公司和系统 Commodore公司的Amiga 1985年率先推出第一个多媒体计算机系统Amiga。 （1） Agnus(8370)：专用动画芯片。 （2） Paula (8364)：专用音响处理及外设芯片。 （3） Denise(8362)：专用图形芯片。 （4） Amiga Vision： 多媒体制作系统。,多媒体计算机发展史上卓有成 效的公司和系统 Philips/Sony公司的CD-I系统 1986年4月公布。是一个交互式CD-ROM的放像系统，可以和 电视机相连接。 Apple公司的HyperCard 是以卡片为节点的超级文本系统。,多

2、媒体计算机发展史上卓有成 效的公司和系统 Intel和IBM公司的DVI系统 DVI即数字视频交互（Digital Video Interactive）。它实现了在个人 计算机上对数字的视频、音频、静止图像和计算机的综合。 （1）一种全数字化的系统-避免部分模拟/部分数字系统的昂贵、 复杂和难于同步的缺陷。 （2）视频压缩-节省存储空间 例：图像由256*240个像素组成，每个像素用24位表示（红、绿、蓝 各占8位），按每秒30祯的电视速度放出，650M磁盘空间存储的时间长 度： 650*1024*1024*8/（256*240*24*30）=124秒 （3）声音压缩-自适应的差分脉冲码调制算

3、法（ADPCM) （4）合成图形-提供位图形式的文本。,多媒体计算机发展史上卓有成 效的公司和系统 Intel和IBM公司的DVI系统 DVI技术的核心依赖于两块芯片：DVP1和DVP2。 DVP1是像素处理器，每秒执行1250万个操作 DVP2是输出显示处理器。 DVI板级产品的基本特性： （1）Inte182750PB-VDP1,进行视频的压缩和还原处理。 （2）Intel827750DB-VDP2，支持VGA、XGA和NTSC速率的显示 器。 （3）4M VRAM （4）音频DSP（数字信号处理器），进行高质量的立体声压缩和还 原。,Macintosh,Macintosh-漫画,多媒体系

4、统硬件实现方式 声音声卡、扬声器、麦克风、MIDI设备、音 频压缩设备. 图像 2D、3D加速卡，图像压缩卡，扫描 仪，数码相机， 视频视频采集卡(捕获卡)，视频压缩/解压缩 卡， 存贮大容量硬盘，CD-ROM，DVD-ROM， 通信多媒体网络设备，视讯会议系统， 其它其它多媒体专用设备。,多媒体硬件系统声卡,声卡原理FM,在声音讯号未经过DAC转换之前都是数,位式的，我们可以将几个数位讯号音源加以 组合出各种声音而产生音效，这就是一般所,称的FM（Frequency Modulation，调频）。,目前市面上声卡大都使用Yamaha-,3812、Yamaha-262这两种晶片, 在最早推 出

5、的Yamaha-3812晶片中是采用两种音效合 成的演算方法, 一般也称作OPL2, 至於,Yamaha-262,Yamaha-263一般则称作OPL3 及OPL4。,声卡原理WAVE TABLE 波表的英文名称为“WAVE TABLE”，从字面翻译 就是“波形表格”的意思。其实它是将各种真实乐器所 能发出的所有声音（包括各个音域、声调）录制下 来，存贮为一个波表文件。播放时，根据MIDI文件纪 录的乐曲信息向波表发出指令，从“表格”中逐一找出 对应的声音信息，经过合成、加工后回放出来。由于 它采用的是真实乐器的采样，所以效果自然要好于 FM。一般波表的乐器声音信息都以44.1KHz、16Bi

6、t的 精度录制，以达到最真实回放效果。理论上，波表容 量越大合成效果越好。,声卡原理 DSP DSP（Digital Signal Processor）是一种数位讯号 处理的晶片，DSP的功能通常包括了取样 频率的控 制，对声音的录制与播放控制，处理MIDI指令等等， 有些声卡的DSP还有音源资料压缩的功能。另外，如 果声卡有混音晶片(Mixer chip)，就可以透过软体的操 作来对声音做各种控制，例如：音量的高低控制，音 场调整效果等。 所以DSP可以说是声卡中非常重要的晶片，所有 数位音源讯号的处理，都可以说是DSP的功能范围。 至於声卡中，是将所有功能都制作在同一片晶片里， 或是各种功

7、能独自烧录为单独的晶片，就完全看各声 卡厂商的设计了。,声卡原理ADC 采样的位数 采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解 析度就越高，录制和回放的声音就越真实。 录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放 时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。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位代表2 的8次方256，16位则代表2的16次方64K。 采样的频率 采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样 频率越高声音的还原就越真实越自然。采样频率一般共分为

8、 22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级，22.05只能达到FM广播的声音 品质，44.1KHz则是CD音质界限，48KHz则更加精确一些。对于高于 48KHz的采样频率人耳已无法辨别出来了，所以在电脑上没有多少使 用价值。,声卡Aureal 3D A3D是Aureal Semiconductor开发的一种突破性的新的互动3D定位音效技术，使用这一技术 的应用程序（通常是游戏）可以根据用户的输入而决定音效的变化，产生围绕听者的3D定位 音效，带来真实的听觉体验，而且可以只用一对普通的音箱或耳机来实现（Aureal认为：既 然我们可以只用两只耳朵在真实的世界中听取3维的声音，那么一

9、定有可能可以只用两只音箱 创建声音来产生相同的效果）。 A3D技术包括两组应用： 1、A3D Surround：这一技术允许只用两只普通的音箱或一对耳机在环绕着听者的3维空 间中精确的定位声源。A3D Surround联合了A3D技术和环绕声解码技术（如Dolby的ProLogic 和AC-3），环绕声解码器通过5组音频流创建一个围绕听者的声场，但这5组音频流并不是通 过五个物理音箱播放出来，而是经过A3D Surround处理成对应空间中的五个“虚拟音箱”，然 后用两个音箱播放出来。 2、A3D Interactive：这一技术能为游戏、3D Internet网站以及其他一些交互式的软件应

10、用产生交互式的（或者称为互动）3D音响效果，营造非常真实的3D听觉环境。这里关键的一 点就是互动，我们知道，我们所听到的声音并不是一成不变的，往往要根据我们的行动和所 处的环境发生变化（请参看3D音效简介一文），要在应用中获得真实的听觉体验，显然 在回放声音时也不能一成不变，而必须模拟出这些变化。这就要求音频处理系统能够实时的 计算出音频的变化并回放出来。A3D Interactive可以说是PC上这一技术的先驱，使用了A3D 技术的音频处理系统，再加上用支持A3D的应用程序就可以实现音效的互动效果。,声道 1.单声道 单声道是比较原始的声音复制形式，早期的声卡采用的比较普遍。当通过两个 扬声

11、器回放单声道信息的时候，我们可以明显感觉到声音是从两个音箱中间传递 到我们耳朵里的。这种缺乏位置感的录制方式用现在的眼光看自然是很落后的， 但在声卡刚刚起步时，已经是非常先进的技术了。 2.立体声 声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效 果。这种技术在音乐欣赏中显得尤为有用，听众可以清晰地分辨出各种乐器来自 的方向，从而使音乐更富想象力，更加接近于临场感受。立体声技术广泛运用于 自Sound Blaster Pro以后的大量声卡，成为了影响深远的一个音频标准。时至今 日，立体声依然是许多产品遵循的技术标准。 3.准立体声 准立体声声卡的基本概念就是：在录制声音的时候

12、采用单声道，而放音有时 是立体声，有时是单声道。采用这种技术的声卡也曾在市面上流行过一段时间， 但现在已经销声匿迹了。,声道 4.四声道环绕 PCI 声卡的大宽带带来了许多新的技术，其中发展最为神速的当数三维音 效。三维音效的主旨是为人们带来一个虚拟的声音环境，通过特殊的HRTF技术营 造一个趋于真实的声场，从而获得更好的游戏听觉效果和声场定位。四声道环绕 规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。同时还建 议增加一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理(这也就是如今4.1声道音箱 系统广泛流行的原因)。就整体效果而言，四声道系统可以为听众带来来自多个不 同方向的声音环绕

13、，可以获得身临各种不同环境的听觉感受，给用户以全新的体 验。如今四声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中，成为未来发展的 主流趋势。 5.5.1声道 5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院中，一些比较知名的声音录制压 缩格式，譬如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本 的。其实5.1声音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一个中置单元。这 个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号，在欣赏影片时有利于加强人声，把对 话集中在整个声场的中部，以增加整体效果。,音箱,MP3(MPEG Audio Layer 3) MP3的压缩比例能够达到

14、1:101:12，而基本 上拥有近似CD的音质。1分钟无压缩的CD音乐 转换成文件需要10MB的存储空间，如果压缩 成MP3文件只需要1MB就够了，也就是说，一 张可以存储15首歌曲的容量为650MB的CD光 盘，可以存储超过150首的MP3歌曲。,多媒体硬件系统显示系统 CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显示器的调色方式 屏幕上的每一个像素（Pixel）是由红、绿、蓝三种颜色的荧光点各一个 组成的。三支电子枪射出的电子束分别打击在对应的荧光点上，由于电 子束的强度不同，三个荧光点的亮度自然也不同。这三点发射出的光线 叠加之后，在人眼看来就是某种颜色的色光。 RGB调色方式

15、是通过在黑底上叠加三种基色以获得所需要的颜色，也可 以说是由强度不同的基色光混合成新的色光，在三种色光的强度相等 时，显示为白色。 而使用于印刷工业上（包括彩色打印、彩色复印）的一般是CMYK调色 方式。其中C代表Cyan（青），M代表Magenta（品红），Y代表Yellow （黄），而K则代表Black（黑）。这种调色方式是通过在白底（例如白 纸）上叠加不同的基色，将射入的白光中不需要的部分吸收，其余的则 反射回去以得到所需的颜色。,多媒体硬件系统显示器种类 CRT（Cathode Ray Tube） LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器） PDP （Plasm

16、a Display Panel ，等离子体显示 屏） 投影式显示器 高 增 益 发 射 显 示 器 （ High-Gain Emissive Display）,显示器的技术指标 尺寸：荧光屏对角线的长度，以英寸为单位。 点距（Dot-pitch）：荧光屏上两个同色荧光点之间的 最短距离。 分辨率（Resolution）尺寸 25.4/点距，将得到的数 值与下表比较，就可以得到物理分辨率。 数值 物理分辨率 800 640480 1000 800600 1280 1024768 1640 12801024 2000 16001200,显示器的技术指标 扫描模式：逐行（Non-Interlaced

17、）或是隔行（Interlaced） 垂 直 扫 描 频 率 （ Vertical Scanning Frequency ） 也 称 作 刷 新 率 （Refresh Rate）。每秒钟重画屏幕的次数。 水平扫瞄频率 是指画面上所有水平线的扫瞄次数 800*600 75Hz 的 水平扫瞄频率是600*75*1.07 显示频宽 是画面上所有的点的扫瞄频率 800*600 85Hz 800*600 *85*1.15=44.75MHZ RAMDAC 的频宽 RAMDAC 的转换速率 1600*1200 100Hz Refresh Rate 模 式 下 ， 每 秒 钟 需 要 1600*1200*100

18、*1.15/1024/1024= 211MHz 的转换速率,显示器的技术指标 屏幕形式（仅指CRT显示器） 平面直角/纯平 控制方式 电调（Digital Control）和手调 消磁（Degaussing） 辐射 MPR-II 、 CE 、 UL 、 ISO-9001 、 ISO-9002 、 ISO-9241 、 FCC 、 DHHS、CSA、C-WL、TCO92、TCO95和TUV等基本安全认证 能耗 EPA（美国环保局）制订的Energy Star（能源之星）标准。 瑞典的Nutek标准,多媒体硬件系统视频卡 视频采集卡 视频捕捉卡、动态视频捕捉卡、视频压缩卡 视频播放卡 视窗动态视频

19、卡、MPEG解压卡、模拟视频叠加卡 电视转换卡 电视卡/TV编码器（TV Voder）,多媒体硬件系统显示卡,显示卡原理数据传输 CPU 和显卡芯片之间的资料传输 这受总线的种类和总线的速度(也就是外频)，主机板和他的芯片组所决定。 目前最快的 总线是 PCI bus，而 VL bus, ISA, EISA and NuBus (Macs 专用) 效能就比较低。现在流行的 AGP并不是一种总线，而是一种接口方式(注: PCI bus 是 32 bit data path，也就是说 CPU 跟 显示卡之间是以一次 4 byte 的资料在对传，其他的 bus 应该是 16 bit data pat

20、h)。 PCI bus 的最快速度是 33 MHz 。 显卡芯片和显存之间的资料传输 显示显存到 RAM DAC 的资料传输 我把这两步放在一起是因为这里是影响显示卡效能的关键所在， 假如你不考虑显卡芯片 的个别差异。 显示卡最大的问题就是，可怜的显示显存夹在这两个非常忙碌的装置之间 (显 卡芯片和 RAMDAC)，必须随时受它们两个差遣。 每一次当萤幕画面改变，芯片就必须更改 显示显存里面的资料 (这动作是连续进行的，例如移动滑鼠游标，键盘游标.等等)。 同样 的，RAM DAC 也必须不断地读取显存上的资料，以维持画 面的更新。 你可以看到，显存在 他们之间被捉的牢牢的。 所以後来出现了一

21、些聪明的做法，像是使用 VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, EDO RAM, 或增加 video bus 的大小如 32 bit, 64bit, 还有现在刚出现的 128 bit。 解析度越高，从芯片传到显存的资料就越多。 而 RAM DAC 从显存读取资料的速度就要 更快才行。 你可以看到，芯片和和RAM DAC 随时都在对显存 进行存取的工作。 一般 DRAM 的速度只能被存取到一个最大值(如 70ns 或 60ns)，所以 在芯片结束了存取 (read/write) 显 存之後， 才能换 RAM DAC 去读取显存，如此一直反覆不断。,显示卡原理加速一 将显存设计成 du

22、al port dual port 指两个出入口或通道。芯片透过一个 port 读写显存，但 RAM DAC 透过第二个独立的 port 读取显存。芯片不用再等 RAM DAC，RAM DAC 也 不用再等芯片，这种显存称做 VRAM。 dual port 的设计明显地更为复杂，所以 生产成本较高。 萤幕更新率 (refresh rate) 较高的意思也就是说 RAM DAC 将一张全萤幕的 画面资料送给显示器的频率比在低更新率时要更加频繁。因此 RAM DAC 必须读 取显存的次数会更加频繁。这只能透过使用 VRAM/WRAM 来解决，因为他们可 以透过第二个 port 来读取显存。 这在较

23、高的色彩之下也同样适用。在 256 色(8bit)及解析度 1024x768 的萤 幕上，RAMDAC 需要读取显存资料 786432 bytes 送到显示器以在萤幕上形成一 个完整的画面。(注: 8 bit=1 bytes，1024x768=786432 点，所以一个整个萤幕 的画面共需 786432x1=786432 bytes) 而在 1677 万色(24bit)，RAM DAC 就需 要读取 2359296 byte，这要花更多的时间。所以便宜的卡从低色彩调到全彩的 时候，常常无法使用跟低色彩一样高的更新率。,显示卡原理加速二 增加video memory bus size 32 bi

24、t 显示卡在显卡芯片、显存和 RAM DAC 之间具有 32 bit data path。 一次可以传输 4 byte(32 bit/8=4 byte)。 64 bit 的显示卡，一次同时可传输 8 byte，这是目前的标准。 128 bit 的 data path ，一次传输 16 byte。 由此可知，使用 VRAM/WRAM 和具有宽 data path 的显示卡效 能最好。 如果显示卡的芯片具有 128 bit data path，一定要使用 VRAM/WRAM。 ET6000 芯片 就是一个很好的例子。,显示卡原理加速三 直接增加 video chipset/video RAM/RA

25、M DAC 的时脉(clock speed) 也就是增加外频。 在很多年以前，显卡芯片的速度早就可以跑 的比主机板 显存的总线速度还快。 现在 ET6000 芯片 不久就可以跑 100 MHz ( Tseng 现在对这个还有问题，目前最快的是 90 MHz 而且其 他显卡芯片甚至跑的还更快。 为此(使用较高的外频)，很明显地你也 需要特殊的显存， 因为我们都知道，我们的 Pentium 板子上的主显存 最大只跑 66 MHz 的 clock speed(有的例外 75， 有的还有 83)。 MDRAM 可以办到，而且现在最新的显示显存就是 SDRAM。 SGRAM 不过是 SDRAM (syn

26、chronous DRAM) 的显示版本而已，所以我们 知道它的速度可以高达 125 MHz !,多媒体硬件系统光存储设备 只读型光盘 CD-ROM，LV 一次可写多次可读型光盘 WORM，CD-R 可擦写型光盘 PCD(CD-RW)，MO，PC,光存储系统技术指标,尺寸,LV 12英寸 300mm,CD-ROM 4.72英寸 120mm 容量：,平均存取时间,计算机发出读取命令找到位置并读写,平均寻道时间 光学头沿半径移动全长的1/3所需的时间 平均等待时间 盘片旋转半周的时间 平均存取时间=平均寻道时间+平均等待时间+光学头稳定时间,数据传输率,150K-6MB/s,同步传输率、异步传输率

27、和DMA传输率 突发传输率 持续传输率 误码率：10-12-10-16 平均无故障时间（Mean Time Between Failures，MTBF） 25000小时,光存储格式标准和类型,Red Book Yellow Book Green Book Orage Book Blue Book White Book CD-ROM XA,CD-DA，CD-G CD-ROM CD-I Photo CD CD-WORM CD-V CD-ROM XA,CD-ROM /CD-R盘片的构造,CD-ROM /CD-R盘片的物理层次,漆膜保护层 反射铝层,聚碳酸脂基层,凸,凹,凹,凸,凸,聚碳酸脂基层,凸,

28、凹,凹,凸,凸,漆膜保护层 反射金层 染料记录层,CD-ROM,CD-R,光盘读取原理,磁光（MO）存储系统 Magnetic Optical 保护层：氮化硅 记录层：铁钴合金（磁粒子），垂直排列 反射层：铝合金 擦、写：高功率激光300C，外部磁场作用改 变磁化方向； 读：低功率激光 探测盘片表面，通过反射回来 的偏振光的偏振面方向是顺时针或逆时针来决 定“1”或“0”,相变（PD）存储系统 Phase Change Rewritable Optical Disk Drive CD-RW 电介质层 相变记录层：银合金材料 冷却层 保护层 银合金材料在600 C前非晶体状态。400 C以下处于

29、 稳定的晶体或非晶体状态。晶体状态光反射率高，非晶 体反射率低。,DVD存储系统 Digital Video Disk/Digital Versatile Disk DVD-ROM DVD-Video DVD-Audio DVD-R DVD-RAM,DVD盘片的物理结构,单面单层 单面双层 双面单层 双面双层,4.7GB 17GB,DVD与CD的比较,光盘库系统 光盘盘片栈 光盘驱动器 起落架 机械手升降装置,数码相机 分辨率 VGA（640*480）和XGA（1024*768）百万像 素级的相机（Mega pixels） 镜头 2倍以上光学变焦 图像储存方式和容量 内置的内存、插入存储卡的扩

30、展插槽、3.5英寸软盘 输出方式 USB接口、打印机TV接口 液晶显示屏 预览已拍图像 附带软件 数码相机的驱动软件和图像处理软件,其他硬件设备 手写笔 触摸屏 扫描仪,虚拟现实的三维交互工具 跟踪探测设备 数字手套 立体视觉设备 头盔显示器（head Mounted Display） 立体眼镜,总线和接口标准 总线就是各种信号线的集合，是计 算机各部件之间传送数据、地址和控制 信息的公共通路,总线的分类 按相对于CPU或其它芯片的位置可分为： 片内总线(Internal Bus) ：在CPU内部，寄存 器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传 输数据所用的总线称为片内总线（即芯片内部 的总

31、线） 片外总线(External Bus) ：CPU与内存RAM、 ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯的通路,总线的分类 按总线的功能可分为： 地址总线 数据总线 控制总线,总线的分类 按总线的层次结构可分为： CPU总线：包括地址线(CAB)、数据线(CDB)和控制线 (CCD)，用来连接CPU和控制芯片。 存贮总线：包括地址线(MAB)、数据线(MDB)和控制线 (MCD)，用来连接存储控制器和DRAM。 系统总线：也称为I/O通道总线，包括地址线(SAB)、 数据线(SDB)和控制线(SCB)，用来与扩充插槽上的各 扩充板卡相连接。 外部总线：用来连接外设控制芯片，如主机板上的I/O

32、 控制器和键盘控制器。包括地址线(XAB)、数据线(XDB) 和控制线(XCB),总线的分类 按总线在微机系统中的位置可分为： 机内总线：上面介绍的各类都是机内总线。 机外总线（Peripheral Bus 外设总线）： 指 与外部设备接口的总线，实际上是一种外设的 接口标准。目前在PC机上流行的接口标准有： IDE、SCSI、USB和IEEE 1394四种。前两种主 要是与硬盘、光驱等IDE设备接口，后面两种 新型外部总线可以用来连接多种外部设备,系统总线和局部总线 ISA(Industry Standard Architecture)是IBM公司为286/AT电脑制定 的总线工业标准。也称

33、为AT标准。 MCA(Micro Channel Architecture)，是IBM公司专为其PS/2系统开 发的微通道总线结构。 EISA(Extended Industry Standard Architecture) ， 是 EISA 集 团 (1988年由Compaq、HP、AST、NEC、Olivetti、Zenith、Tandy等 组成)为32位CPU设计的总线扩展工业标准。 VESA(Video Electronics Standards Association) ， 是 VESA 组 织 (1992 年由IBM 、Compaq 等发起，有120 多家公司参加) 按Local Bus(局部总线)标准设计的一种开放性总线。 PCI(Peripheral Component Interconnect)，是SIG(Special Interest Group)集团推出的总线结构。 AGP（Accelerated Graphics Port）即加速图形端口。它是一种为 了提高视频带宽而设计的总线规范。,