《多媒体硬件环境》PPT课件.ppt

学习目标 熟悉多媒体计算机系统的组成 掌握声卡和显卡的功能和基本原理 掌握几种光存储器的存储原理 技术指标和数据格式 熟悉几种常用外部设备的工作原理 功能和特点 02多媒体硬件环境 2 1MPC系统的组成结构 2 1 1 MPC硬件系统 多媒体计算机 1 个人计算机外设 2 MPC技术标准 1 MPC 11990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2 MPC 21993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 3 MPC 31995年6月制定 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 随着计算机硬件技术和多媒体技术的飞速发展 MPC的标准规范还会继续升级 所以 我们不必去拘泥于它的具体条件 而只要去理解 把握MPC的基本特征 这些基本特征有 带有采用光学原理的数字光盘存储设备 如CD ROM驱动器等 高质量的数字音响 处理数字音频 视频的声音卡 高分辨率的图形 图像显示 TV接收卡 视频捕捉卡 视频压缩与解压卡 带有管理多媒体的软件 3 MPC的特征 2 1 2MPC软件系统 1 驱动软件 2 多媒体操作系统 3 多媒体数据处理软件 4 多媒体创作软件 5 多媒体应用系统 2 2 1音频卡的功能 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接口文 语转换CD ROM接口游戏接口支持全双工功能 2 2音频接口 2 2 2音频卡的工作原理 1 声音输入到计算机的过程 传统电子技术采用模拟音频电子技术处理声音信号 它以模拟电压的幅度表示声音的强弱 但计算机只认识数字信号在计算机中 所有信息均以数字表示 声音信号也用一系列的数字表示 称为数字音频 从模拟等 音频信号采集 取样 也称采样 是将时间上连续变化的信号 转换为时间上离散的信号 即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲 脉冲的幅度取决于输入模拟量 1 取样和保持 音频信号数字化 取样过程 采样脉冲 输入模拟信号 采样输出信号 模拟信号经采样后 得到一系列样值脉冲 采样脉冲宽度 一般是很短暂的 在下一个采样脉冲到来之前 应暂时保持所取得的样值脉冲幅度 以便进行转换 因此 在取样电路之后须加保持电路 在采样脉冲S t 到来的时间 内 VT导通 UI t 向电容C充电 假定充电时间常数远小于 则有 UO t US t UI t 采样 采样结束 VT截止 而电容C上电压保持充电电压UI t 不变 直到下一个采样脉冲到来为止 保持 场效应管VT为采样门 电容C为保持电容 运算放大器为跟随器 起缓冲隔离作用 取样保持电路及输出波形 音频信号数字化 输入的模拟电压经过取样保持后 得到的是阶梯波 而该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量 但n位数字量只能表示2n个数值 因此 用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题 2 量化和编码 将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上 这个过程称为量化 指定的离散电平称为量化电平Uq 用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码 两个量化电平之间的差值称为量化单位 位数越多 量化等级越细 就越小 取样保持后未量化的Uo值与量化电平Uq值通常是不相等的 其差值称为量化误差 即 Uo Uq 量化的方法一般有两种 只舍不入法和有舍有入法 音频信号数字化 1 只舍不入法当Uo的尾数 时 舍尾取整 这种方法 总为正值 max 2 有舍有入法当Uo的尾数 2时 舍尾取整 当Uo的尾数 2时 舍尾入整 这种方法 可正可负 但是 max 2 可见 它的误差要小 音频信号数字化 讨论 采样前后信号频谱的变化什么条件下 可以从采样信号不失真地恢复出原信号 奈奎斯特抽样定理的引出求证思路 理想抽样时域描述 理想抽样频域描述 采样前后信号频谱的变化 FT 理想抽样 冲激函数 理想抽样输出 理想抽样时域描述 理想抽样频域描述 附 采样信号的频谱 抽样信号的频谱是模拟信号频谱以抽样频率为周期进行周期延拓而成频谱幅度是原信号频谱幅度的1 T倍若信号的最高频率 则延拓分量产生频谱混叠 结论 奈奎斯特抽样定理 要想抽样后能够不失真地还原出原信号 则抽样频率必须大于两倍信号谱的最高频率 常用音频采样频率有 8kHz 11 025kHz 22 05kHz 16kHz 37 8kHz 44 1kHz 48kHz A D转换器有直接转换法和间接转换法两大类 直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较 从而直接将模拟量转换成数字量 其特点是工作速度高 转换精度容易保证 调准也比较方便 直接A D转换器有计数型 逐次比较型 并行比较型等 间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间t或频率f 然后再将t或f转换成数字量 其特点是工作速度较低 但转换精度可以做得较高 且抗干扰性强 间接A D转换器有单次积分型 双积分型等 二 A D转换器的主要电路形式 分辨率 分辨率分辨率指A D转换器对输入模拟信号的分辨能力 从理论上讲 一个n位二进制数输出的A D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同量级 能区分输入模拟电压的最小差异 满量程输入的1 2n 三 A D转换器的主要技术指标 例如 A D转换器的输出为12位二进制数 最大输入模拟信号为10V 则其分辨率为 2 转换时间 转换时间是指A D转换器从接到转换启动信号开始 到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间 A D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型 不同类型A D转换器的转换速度相差很大 双积分型A D转换器的转换速度最慢 需几百毫秒左右 逐次逼近式A D转换器的转换速度较快 需几十微秒 并行比较型A D转换器的转换速度最快 仅需几十纳秒时间 3 转换误差它表示A D转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的差别 常用最低有效位的倍数表示 例如 转换误差 就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字 例 某信号采集系统要求用一片A D转换集成芯片在1s内对16个热电偶的输出电压分数进行A D转换 已知热电偶输出电压范围为0 25mV 对应于0 450 温度范围 需分辨的温度为0 1 试问应选择几位的A D转换器 其转换时间为多少 解 分辨率 12位ADC的分辨率 故需选用13位A D转换器 转换时间 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 3 音频卡的体系结构 4 MIDI接口规范 1 MIDI1 MIDI MusicalInstrumentDigitalInterface 是指乐器数字接口 是数字音乐的国际标准 2 MIDI的音乐符号化过程实际上就是产生MIDI协议信息的过程 3 音乐合成器是电脑音乐系统中最重要的设备之一 2 MIDI接口1 MIDIIn 输入口 接收从其他MIDI装置传来的消息 2 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 3 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 5 声卡的声道数 1 单声道与立体声 2 四声道环绕 3 5 1声道 2 2 3声卡的选择及应用声卡的技术指标 1 采样频率和量化位数 2 MIDI合成方式 3 DSP数字信号处理器 4 音频压缩 2 声卡与外部设备的连接 2 3视频接口 2 3 1显示卡1 显示卡的种类 1 一般显示卡 完成显示的基本功能 其性能优劣与缓存容量 工艺质量等有关 2 图形加速卡 目前以AGP显示卡为主 带有图形加速器 显示复杂图像时速度较快 3 3D图形卡 专为带有3D图形的高档游戏开发的显示卡 三维坐标变换速度快 图形动态显示反映灵敏 清晰 4 显示 视频输出集成卡 在显卡上集成视频输出电路 在把信号送至显示器正常显示信号的同时 可将信号转换成视频信号 送到视频输出端子 共电视机或录像机接收 5 显示 TV集成卡 在显示卡上集成TV高频头和视频处理电路 使用该卡既可显示多媒体信息 还可收看电视节目 2 显示卡的结构 1 电视卡 TVTurner 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 2 TV编码器 TVCoder 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 3 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 4 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 3 各种功能的视频卡 2 3 2视频采集卡 1 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 2 视频采集卡的连接 3 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 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 视频采集卡的工作原理 视频采集卡的结构原理图 窗口控制器 PC总线接口部分 窗口控制器视频输入剪裁 变比例部分 2 4 1什么是CD ROM 2 4光存储设备 2 4 2CD ROM工作原理 激光盘 CD ROM CD R盘片的构造 CD ROM CD R盘片的物理层次 CD ROM 漆膜保护层反射铝层 凸 凹 凸 凹 凸 聚碳酸脂基层 CD R 漆膜保护层反射金层染料记录层 凸 凹 凸 凹 凸 聚碳酸脂基层 光盘读取原理 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 7GB17GB DVD与CD的比较 最小凹坑长 道间距 红外激光波长 CDDVD 0 834 m0 4 m 1 6 m0 74 m 780 790nm635 650nm 2 4 3激光存储器标准 CD I标准 CD Interactive CD交互式标准 用于家用音响电器 CD ROMXA标准 CD ROMExtendedArchitecture CD ROM扩展结构标准 用于计算机 把声音 图像 文字等不同信息记录在一条轨道上 VedioCD标准 图像数据压缩标准 简称VCD 采用MPEG 1压缩技术 PhotoCD标准 Kodak公司制定的数字化照片存放标准 简称PCD标准 DVD标准 DigitalVersatileDisk 采用MPEG 2压缩技术的标准 可存放488分钟影片 4 7GB 17GB的数据 CD ROM标准 显示适配器 显示器 主机箱 主板 显示电缆 2 4 4显示适配器 2 5多媒体I O设备 常见I O设备 2 5 1 2 5 2触摸屏 触摸屏 输入设备 坐标定位装置 触摸检测装置 触摸屏控制卡 作用 将坐标信息送入计算机 触摸检测装置特点 高透明度 可触摸作用 获得触摸坐标信息 触摸屏控制卡作用 分析触摸坐标信息坐标信息数字化经电缆传送至主机 驱动程序作用 提供数据分析方法规范信号传送格式控制硬件动作 电阻触摸屏 触摸屏种类及其技术特点 将检测到的电阻值转换成坐标数字信息 表面声波触摸屏 矢量压力触摸屏 将触摸压力点的位置和压力转换成坐标信息 将阻挡声波的位置转换成坐标数字信息 触摸屏种类及其技术特点 扫描仪种类 台式扫描仪 平板式扫描仪 底片扫描仪 透射式 2 5 3图像扫描仪 手持扫描仪 滚筒扫描仪 按结构分 按原理分 反射式 手持式 平板式 滚筒式 台式 透射式 多用机 扫描基本工作原理 反射式扫描原理 平板式扫描仪 扫描仪的技术指标 中档数码照相机 2 5 4数码照相机与摄像机 1 发展及种类 高级数码照相机 影楼专用数码照相机 家用数码摄像机 数字成像设备 专业数码摄像机 家用数码摄像机 2 数码照相机的工作原理 镜头 影像 数字信号 译码器存储介质数据接口 技术指标 LCD显示屏 彩色 单色 像素数量 数据接口USB Video输出接口IEEE1394高速接口 1 各种类型的打印机 喷墨打印机 彩色激光打印机 2 5 5彩色打印机 喷墨打印机 照片打印机 2 打印机重要参数 打印分辨率720 2880dpi 打印速度ppm 页 分钟 打印介质普通纸 专用纸 照片纸 胶片 转印纸等 耗材成本墨盒 颜料等 3 激光打印原理 激光彩色打印机使用4个鼓 处理过程极其复杂 主要由着色装置 有机光导带 打印机控制器 激光器 传送鼓 传送滚筒及熔合固化装置构成 工作时 有机光导带内的预充电装置先在光导带上充电 产生一层均匀电荷 激光器产生的激光束射到光导带上时 使光导带相应点放电 由于光导带不停的运动 所以不同强度的激光束就在光导带上形成放电程度不一的放电区 这些放电区就组成了与该图像相对应的潜像 当光导带上的潜像从着色装置下方通过时 与光导带接触的着色装置打开 着色剂附着在光导带放电区 充电区对着色剂起排斥作用 所以着色剂不能附着其上 光导带不停的旋转 以上着色过程多次进行 从而使四种颜色都按原图像色彩附着其上 这样就得到一个完整的彩色图像 第2章小结 本章主要了多媒体个人计算机硬件系统的组成和硬件系统的各种外部设备以及与外部设备连接的控制接口卡 音频卡和视频卡是多媒体计算机的重要部件 本章介绍了其基本结构和工作原理 光存储器是多媒体计算机的关键部件 本章对各类光存储器作了详细的介绍 扫描仪 数码相机 触摸屏 激光彩色打印机等是人们使用和开发多媒体产品时经常用到的外部设备 被叫做 扩展设备 本章对其原理和特性也作了介绍