计算机音视频硬件-new资料

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1、计算机硬件基础,音视频硬件篇,主要内容,8.1 视频硬件概述 8.2 显示器 8.3 视频适配器 8.4 音频硬件概述 8.5 音频适配器 8.6 数字化音频文件,8.1 视频硬件概述,视频显示已成为任何计算机“用户界面”至为重要的一部分 在CRT显示器普遍使用之前，电传打字机是计算机的标准接口 最初的CRT显示只能显示单色的文本 PC视频子系统由两大部分组成： 显示器 视频适配器,8.2.1 CRT显示器,阴极射线管（Cathode-Ray Tube，CRT）技术的原理： CRT包含了一个封装在玻璃体内的真空管，管的一端有一个电子枪，可以发出我们在屏幕上所见到的红、绿、蓝三色电子束，从而组合

2、成任意颜色，另一端是涂磷的荧光屏。当电子枪被加热之后，就会发射高速的电子流，轰击管的另一端。在传输路径上，聚焦控制和偏转线圈控制电子束打到荧光屏的特殊点上。磷光物质受到撞击后会发光，这些光就是在人们看电视或计算机屏幕时所显示的。通常使用三层磷光物质：红色的、绿色的和蓝色的。不同的电子束通过一个称为荫罩板（Shadow Mask）的金属盘对齐方向，另外还有一些槽洞，能将红、绿、蓝色磷光电子分为三组（每种颜色为一组）。不同的荫罩板会产生不同的图像效果，三种电子间的距离则会影响图像的亮暗,8.2.1 CRT显示器,余辉表示光在屏幕上的停留时间 电子束从左向右、从上到下采用光栅模式扫描屏幕 电子束必须

3、持续地扫描屏幕以保持图像 按照显示器屏幕形状大致可以分为 球面 平面直角 柱面 纯平面,8.2.2 LCD显示器,LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）的技术原理： 通过液晶对光波的偏转作用来显示图像 液晶是像液体一样可以流动的棒状分子，可以使光线直接穿过；但是电位可以改变晶体的方向及通过它的光的方向。对于单色LCD，它的每个像素均有多个液晶单元来控制其灰度。而对于彩色LCD，每个像素均有自己的一组液晶单元（红、绿和蓝） LCD显示器通常允许存在一定数量的亮点或暗点 2种基本的LCD面板： 无源矩阵，最普遍的无源矩阵面板使用Supertwist numatic技术，

4、并且具有彩色显示功能，所以这些面板通常被称为CSTN 有源矩阵，通常使用薄膜晶体管设计，因此被称为TFT。有源矩阵面板的显示图象的效果与无源矩阵的相比更清晰、更分明、视角更大 CSTN与TFT之间的技术差距逐步缩小,8.2.3 显示器的技术参数,尺寸 是指屏幕对角线的长度 同尺寸的LCD与CRT显示器实际显示面积不同 分辩率 是指显示器所能提供的细节程度 CRT显示器可以处理一定范围内的分辨率，LCD显示器只有一个固定的分辨率 CRT显示器在特定分辨率时建议的显示器最小尺寸 同尺寸的LCD显示器可以提供更高的分辩率,8.2.3 显示器的技术参数,点距 是CRT显示器的重要参数，指三元组之间的距

5、离 点距大于0.28mm的CRT显示器很难清晰地显示文本和图形 栅格显像管的显示器使用条纹间距代替点距 LCD显示器的像素间距的意义类似于CRT的点距 ，但重要性不高,8.2.3 显示器的技术参数,刷新率 是指屏幕显示被刷新的速率，也就是垂直扫描频率、场频 超过72Hz就不会发生闪烁；VESA标准的无闪烁刷新频率为85Hz以上 显示器刷新率必须与显卡提供的刷新率匹配 如果设置的刷新率超过了显示器所能接受的频率，有可能将显示器烧毁 DDC可以将显示器支持的刷新频率及其他信息传送给操作系统 LCD显示器没有刷新率指标 水平扫描频率 是指显示器每秒钟的扫描线数 ，也就是行频 水平扫描频率=行数刷新率

6、 带宽 可接受带宽水平像素垂直像素刷新频率额外开销（一般为1.5） 是衡量CRT显示器性能的重要的指标之一 ，带宽越高越好 LCD显示器不特别强调带宽,8.2.3 显示器的技术参数,隔行扫描与逐行扫描 隔行模式下，扫描全部屏幕需分两段完成首先扫描奇数行，然后扫描偶数行 LCD显示器都是逐行扫描图像的 亮度与对比度 是LCD显示器的重要指标 亮度单位为坎德拉平方米（cd/ m），也就是流明 最大亮度越大，所能适应的环境范围越大 对比度的定义是屏幕显示图象中最亮像素和最暗像素亮度的比值 对比度越大，表示输出白色与黑色时越分明，也可以让影像看起来有更生动的立体感,8.2.3 显示器的技术参数,响应时

7、间 是指个别像素由亮转暗并由暗转亮所需的时间 是LCD显示器的重要指标 灰阶响应时间比黑白响应时间慢，但更有实际意义 LCD显示器无法在全动视频领域与CRT相提并论 颜色数 LCD显示器不及CRT显示器 可视角度 指站在始于屏幕法线的某个角度时仍可清晰看见屏幕图像所构成的最大角度 LCD显示器不及CRT显示器,8.2.3 显示器的技术参数,显示接口类型,VGA,DFP,DVI-D,DVI-I,8.2.3 显示器的技术参数,电源管理 耗电量30瓦以下可以获得了能源之星称号 最早的显示器节能标准是显示器电源管理信号（DPMS）标准 后续采用APM和ACPI电源管理方法 电磁辐射 主要是超低频辐射（

8、VLF）和极低频辐射（ELF） MPRII 、TCO是有关显示器的标准 控制 数控对显示器提供了更高级的控制能力,8.2.4 LCD与CRT的比较,LCD显示器的优势 显示直接寻址，始终完美的校准提供了高精度的图像 低能耗，产热少，使得LCD显示器更节省费用 几乎不存在电磁VLF或ELF辐射 整个的LCD面积均为可视区域 重量轻 节省空间 旋转特性，设备可以旋转90度 LCD显示器需要注意的几点： 只有固定分辩率 “像素抖动（pixel jitter）”或“像素漂移（pixel swim）”现象 数字接口的LCD显示器使用范围受到限制 通常不能显示和CRT一样的亮度范围 响应速度没有CRT快,

9、8.2.5 显示器的维护,使用屏幕保护程序 使用电源管理特性对显示器进行电源管理 确保显示器两边、上方和后面通风良好 应当保持显示器和机壳的清洁 定期消磁,8.3 视频适配器,提供了计算机和显示器之间的接口 负责传输在显示器上表现为图像的信号 PC视频技术的发展史： MDA（单色显示适配器） HGC（彩色图形接口板） CGA（彩色图形适配器） EGA（增强型图形适配器） VGA（视频图形阵列） SVGA（超级VGA） XGA（扩展图形阵列） UVGA（Ultra VGA） 除了VGA，上述大多作废或术语不再使用,8.3.1 VGA适配器和显示器,数字信号和模拟信号 VGA之前的显示器采用数字信

10、号，颜色数少 VGA VGA BIOS 使程序就变得与硬件无关 最多可在屏幕上显示256种颜色 640480图形模式或720400文本模式下，则一次可显示16种颜色 VGA模式已成为PC图形显示配置的基准,8.3.2 视频适配器的组成,包含以下基本组件： BIOS 结构上与主系统BIOS相似，使用EEPROM或Flash ROM芯片 图形处理器 使用同一图形处理器的视频适配器常常有很多相同的功能并且性能相当 工作频率通常被称为核心频率 像素填充率是一个重要指标 集成视频常见于低成本的计算机 显存 可以使用部分系统内存来弥补显存过低的问题 许多不同类型的存储器被用于视频适配器 显存大小决定了分辨

11、率和色彩饱和度，3D显卡对显存的需求高 显存位宽是连接图形处理器和显存的总线宽度 显存频率是指显存实际工作时的频率 数模转换器（DAC） 总线连接器 驱动程序,8.4 音频硬件概述,早期使用蜂鸣器 目前的声音硬件一般采用以下形式： 集成在主板上的声音芯片 安装在计算机总线槽中的PCI或ISA扩展卡上的音频适配器 芯片组中集成 最早标准是Creative Labs的Sound Blaster，Windows环境下的音频环境是DirectX,8.5.1 相关概念,声音的本质 通过压缩空气或其他物质的振动产生的 两个基本属性是音调和强度 很少人可以听到低于16Hz和高于20KHz的频率 采样 是指将

12、原始的模拟声波转换成数字（二进制）信号 采样速度（采样频率）越高，数字化声音就越精确，保存数据的所需磁盘空间就越大 8位音频与16位音频 是指适配器使用8bit或16bit的数据来表示每个采样值 ，也就是采样位数 8位音频适合于录制声音，16位音频则非常适合于播放音乐,8.5.2 音频适配器的组成,基本连接器 立体声线，或音频输出连接器（橙绿色） 立体声线，或音频输入连接器（浅蓝色） 后端输出或扬声器/耳机连接器（无标准颜色） 麦克风，或单通道输入连接器（粉红色） 游戏杆连接器（金色） MIDI连接器（金色） 内部CD音频连接器 用于高级功能的连接器 多用途的数字信号处理器 CD-ROM连接器

13、 驱动程序,8.5.2 音频适配器的组成,8.5.3 音频适配器的多声道,音频适配器可以分为双声道、四声道、5.1声道、6.1声道和7.1声道 5.1声道声卡其实有六个声道输出，.1代表是超低音声道 4.1音箱和2.1音箱中的.1超低音声道是从各个声道中提取 多声道声卡连接多声道音箱的方法： 使用多声道模拟信号接口连接多声道扬声器 采用SPDIF数字信号传输经过编码的多声道信号,8.5.4 音频适配器质量的评价,音频适配器的质量一般通过三个标准进行衡量： 频率响应（或范围） 音频系统可以记录或播放的连续的和听得到的频率范围 范围越广，音频适配器的质量越好 总谐波畸变 衡量的是音频适配器的线性度

14、和频率响应曲线的线性 畸变率越低，质量越好 信噪比 声音信号强度与背景噪声的比值 数字越高（用分贝度量），声音质量越好,8.6.1 声音文件,声音文件中包含波形数据，将模拟的声音数字化 三种常见的声音文件分辩率 部分声卡支持48KHz（48000Hz，16位立体声，188KB/s）标准甚至更高 不同分辨率的声音文件大小不同,8.6.2 Web和音乐的音频压缩,音频压缩具有两种用途： Web站点中可以使用音频剪辑 多数商业站点提供下载的音频流支持Real Audio和Windows Media Audio这两种标准 可以使用更少的空间存储高质量的音乐 最流行的压缩标准是MPEG（运动图像专家组）标准 可以进行音频和视频压缩 MPEG能提供30:1的压缩潜力 MP3声音压缩方案就是一种MPEG格式,8.6.3 MIDI文件,是一种全数字化的文件 只要很小的存储空间 可以同时发出的最大音频数目称为复音 音频适配器使用FM（调频器）合成或波表来支持MIDI播放,