1、第四章多媒体硬件环境4.1 光存储设备概述概述文文 本本动动 画画图图 形形影影 像像声声 音音4.1.1 4.1.1 光存储的类型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（Compact Disc-Read Only Memory）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 4.1.1 光存储的类型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 4.1.1 光存储的类型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
2、，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 4.1.1 光存储的类型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(Magnetic Optical，简称MO)相变型(Phase Change，简称PC)两种形式。4.1.1 4.1.1 光存储的类型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4.1.4.1.2 2 CD-ROM光存储系统光存储系统光存贮原理光反射4.1.4.1.2 2 CD-ROM光存储系统光存储系统C
3、D-ROM驱动器的系统方框图光头旋转马达聚焦、道跟踪和定位司服EFM解调器去交插和内插CLV控制CIRC错误校正RAM同步检测器反变频器RAM控制器RAM错误校正和系统管理系统控制接 口主 机CD-ROM盘数字信号处理反变频及驱动控制4.1.4.1.2 2 CD-ROM光存储系统光存储系统光头 光头（optical pickup）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。4.1.4.1.2 2 CD-ROM光
4、存储系统光存储系统.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。4.1.4.1.3 3 CD-R光存储系统光存储系统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。4.1.4.1.3 3 CD-R光存储系统光存储系统.CD-R的刻录
5、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。4.1.4.1.4 4 DVD光存储系统光存储系统DVD(Digital Video Disk)数字视频光盘或数字影盘 它利用MPEG-2的压缩技术来储存
6、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DVD DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘4.1.4.1.4 4 DVD光存储系统光存储系统.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：4.7GB 17GB；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。
7、4.1.4.1.5 5 闪存与存储卡闪存与存储卡闪存 Flash Memory，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(Flash Memory)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4.1.4.1.5 5 闪存与存储卡闪存与存储卡.闪存卡 闪存卡(Flash Card)是利用闪存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，样子小巧，有如一张卡片，所以称
8、之为闪存卡。有SmartMedia(SM卡)、Compact Flash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、Secure Digital(SD卡)、Memory Stick(记忆棒)、XD-Picture Card(XD卡)和微硬盘（MICRODRIVE）4.2 音频接口4.2.1 4.2.1 音频卡的工作原理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（Audio Card），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 4.2.1 音频卡的工作原理音频卡的工作原理声音是怎样工作的？从模拟到数字声源声波传声器
9、模拟电信号数字声音4.2.1 4.2.1 音频卡的工作原理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箱2、Microphone（麦克风输入）3、Speaker（扬声器输出）4、MIDI/Game Port（MIDI/操纵杆端口）7、CD-ROM音频信号接口6、CD-ROM的接口8、跳接器音频输出IDE接口CD-ROM外部音频设备麦克风操纵杆MIDI声音装置1、Line in（线性输入）5、Volume Control（音量调节旋钮）电源跳接线音频卡的连接方式4.2.1 4.2.1 音频卡的工作原理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
10、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。MIDI接口MIDI合成器语音合成器D/A转换多通道音频合成器A/D转换CD-ROM接口压缩/解压缩MIDI IN 输入CD LAUDIO RLINE IN LMICROPHONE RCD驱动器PC的ISA总线PC的ISA总线MIDI OUT 输出MIDI THRULINE OUT 线输入波形和MIDI文件的输入是来自通过ISA总线的磁盘输
11、入波形和MIDI文件4.2.4.2.2 2 音频合成和音频合成和MIDI接口规范接口规范MIDI MIDI（Musical Instrument Digital Interface）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。4.2.4.2.2 2 音频合成和音频合成和MIDI接口规范接口规范MIDI术语 通道 Channels 音序器Sequencer 合成器Synthesizer 乐器Instrument 通道映象Channel Mapping 复音Polyphony 音色Timbre 音
12、轨Track 合成音色映射程序Patch Mapper4.2.4.2.2 2 音频合成和音频合成和MIDI接口规范接口规范MIDI接口 MIDI In（输入口）接收从其他MIDI装置传来的消息。MIDI Out（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。MIDI Thru（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。4.2.4.2.2 2 音频合成和音频合成和MIDI接口规范接口规范.MIDI接口 电 子 琴 MIDI OUT MIDI IN 声 音 卡 MIDI电 缆 4.2.4.2.3 3 语音合成语音合成概述实现计算机语音输出
13、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）4.2.4.2.3 3 语音合成语音合成.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（Pitch Synchronous Overlap Add）方法 4.2.4.2.4 4 语音识别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
14、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 4.2.4.2.4 4 语音识别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。4.2.4.2.4 4 语音识别语音识别.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。随着能够识别的词汇量增大，所需要的时空开销就越多，将导致
15、系识别性能急剧下降 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。4.2.4.2.5 5 MP3播放器播放器.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MPEG Audio Layer 3的简称，MPEG压缩格式是由运动图像专家组 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1/1
16、2。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4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示 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，视频是通过视频采集、视频播放卡、播放软件和显示设备来实现的。4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示 显卡 显示系统是
17、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(随机存取内存数模转换器)转换为模拟信号输出到显示端，最终看见图像。4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示显卡 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
18、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。4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示 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、PCI Express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 4.4.3.1 3.1 视频图像显示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
19、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 4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示 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 隔行扫描和逐行扫描 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 4.4.3.1 3.1 视频图像显示视频图像显示.LCD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 4.4.3.2 3.2 视频卡的工作原理视频卡的工作原理视频卡的分类视频卡
20、的分类 视频采集卡视音频信号线视音频信号线视音频信号线电视录象机摄象机VGA输入VGA输出S视频端子视频捕获卡VGA显示卡显示器VGA回路线VGA数据线4.4.3.2 3.2 视频卡的工作原理视频卡的工作原理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 4.4.3.2 3.2 视频卡的工作原理视频卡的工作原理 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；可以从视频源中抓取定格，存储输出图像；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RGB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
21、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 4.4.4.1 4.1 笔输入笔输入 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。4.4.4.1 4.1 笔输入笔输入 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。4.4.4.1 4.1 笔输入笔输入 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
22、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 4.4.4.1 4.1 笔输入笔输入.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4.4.4.2 4.2 触摸屏触摸屏概述触摸屏（Touch Screen）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
23、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 4.4.4.2 4.2 触摸屏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 4.4.4.2 4.2 触摸屏触摸屏从结构特性与技术分类 红外：使用红外线传感器；电阻膜：使用电阻性传感器；电容：使用电容性传感器；表面声波：使用声波传感器；压力矢量：使用压力矢量传感器 4.4.4.2 4.2 触摸屏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 红外发射管红外接收管 红外接收管红外发
24、射管4.4.4.2 4.2 触摸屏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 4.4.4.2 4.2 触摸屏触摸屏.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。4.4.4.3 4.3 扫描仪扫描仪概述扫描仪（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。4.4.4.3 4.3 扫描仪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4.4.4.3 4.3 扫描仪扫描仪.扫描仪技术参
25、数幅面，如A3、A4光学分辨率，如 600dpi*1200dpi扫描分辨率，如1200dpi*2400dpi灰度与色彩，如256级灰度，24位真彩色扫描速度与计算机接口，如SCSI、USB、打印口配件：投射板、送纸器4.4.4.4 4.4 数码相机数码相机.原理数字照相机不用胶片，而使用CCD阵列，把来自CCD阵列的电压信号送到模数转换器后，变换成图像的像素值。4.4.4.5 4.5 虚拟现实的三维交互工虚拟现实的三维交互工具具 踪探测设备跟踪器 跟踪球 4.4.4.5 4.5 虚拟现实的三维交互工虚拟现实的三维交互工具具数字手套 4.4.4.5 4.5 虚拟现实的三维交互工虚拟现实的三维交互
26、工具具.立体视觉设备 头盔显示器 立体眼镜 4.4.4.6 4.6 输入输出接口输入输出接口 SCSI接口 SCSI（Small Computer System Interface）即“小型计算机系统接口”是当今世界上最流行的用于小型机、工作站和微机的输入输出设备标准接口。4.4.4.6 4.6 输入输出接口输入输出接口USB接口 USB（Universal Serial Bus）是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的新型接口技术。USB目标想把各种不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。也就是说，USB 将取代当前PC上的串口和并口 4.5 小结
