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1、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
2、：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（write one read many)，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
3、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0.3m 1 m微米=10-6 m,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
4、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/S 50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-
5、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1/10
6、12,Mode2用于声、图，误码率小于1/109,3. CD-ROM XA格式,CD-ROM XA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
7、、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：20Hz,* 超声波：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,
8、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：Musical Instrument Digital Interface,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
9、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
10、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（Wave table),6、DSP芯片：,DSP（Data Signal Processor)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
11、接口以及与CD-ROM的兼容性,9、产品的兼容性：,以新加坡 creative lab3 公司产生的Sound Blaster 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。
12、,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creative FS
13、200，creative RT300，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
14、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.
15、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 （dots per inch) 量化位：24位,（2）手持式：,分辨率：400dpi,精
16、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
