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1、第 10章 系统功能扩展卡 本章以声卡为重点，介绍了声卡的功能原理、技术术语和安装方法。还简要介绍了 Modem卡、网卡、视频采集卡和 I/O多功能卡的技术特点、工作原理和安装方法等。 10.1 声效卡 10.2 调制解调器 10.3 网络适配器 10.4 视频采集卡 10.5 I/O多功能卡 退出 10.1 声效卡 10.1.1 声卡简介 10.1.1.1 声卡的功能 以前的微机只有一个 PC小喇叭，通常只发出提示、报警音，或通过编程使之发出简单的单声道音乐。 声卡（ Sound Card）能使微机系统具备 CD质量的立体声音响系统的功能，它是多媒体计算机（ MPC）的最为重要的部件。声卡对
2、电脑音效的产生和发展功不可没，它使微机系统从 PC喇叭的单音效果发展到目前具有空间真实感的 “ 6.1”声道环绕立体声。声卡支持各种游戏软件和应用程序的自然模拟声、语音和音乐，支持 MPEG声音压缩、 MIDI电声、 WAV录音和 MP3等的制作和播放。声卡的外形如图 10-1所示。 图 10-1 声卡外形 10.1.1.2 声卡的标准 在声卡领域，创通公司（ Creative）在技术上始终处于开创和领先的地位，它一直是声卡新标准的制定者。另外还有 YAMAHA、 AUREAL和 ESS等著名声卡厂商。声卡的技术标准主要有： 1 SB 创通的第一代声卡叫 “ Sound Blaster”（声霸
3、），于 89年 11月推出，这就是最初的 SB标准。它是 8位单声道采样，拥有 11个复音的 FM合成器和文本语音合成，数字化声音输入 /输出，一个 MIDI/GAME接口和配套软件。 2 SB Pro 创通 “ Sound Blaster Pro”立体声声卡于 91年 5月推出，这就是多媒体电脑声卡的 SB Pro立体声标准。它是 8位双声道立体声声卡。 3 SB 16 “SB 16”是 16位双声道立体声声卡。它提供 8位和16位立体声的录放，有 5KHz至 44.1KHz可选的数字采样率，音质达到了 CD音质的高水准。 4 SB AWE32 “Sound Blaster AWE32”声卡
4、于 94年 3月推出。它具有一个 32复音的波表引擎，并集成了 1MB容量的音色库，使 MIDI合成效果大为提高。 5 SB AWE64 96年 11月推出 “ Sound Blaster AWE64”和 “ Sound Blaster AWE64 Gold”。这两个声卡采用 EMU8000波表合成器，数字音效引擎支持和声与混响，硬件支持 32复音和多音色功能，提供 16个 MIDI通道用于音乐作曲，8位和 16位立体声录放， 5KHz至 44.1KHz可选的采样率。 6 SB PCI64 98年 4月推出的 “ Sound Blaster PCI64”声卡，率先采用 133MB/S数据传输率
5、的 PCI总线。为使 SB PCI64的 3D音频处理能力更加完善，专门配备了 4.1环绕立体声音箱系统，由四个环绕音箱和一个低音炮组成，可以感受到理想的三维音效。 7 SB PCI128 98年 7月推出了 “ Sound Blaster PCI128”声卡，同时推出了第一套用于多通道环绕音响的完整音频系统 “ PC Works Four Point Surround”。 8 SB Live! 紧接着推出的 “ Sound Blaster Live!”系列声卡是 64位声卡，它们支持 PCI 2.1总线接口，具有 “ 5.1”环绕立体声系统。 10.1.2 声卡的技术术语及原理 10.1.2
6、.1 基本技术原理与指标 1模拟信号和数字信号的转换 ADC（ Analog to Digital Converter）和 DAC（ Digital to Analog Converter）是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的专门电路或集成电路（ IC）。 声卡就是将输入的模拟音频信号转换为二进制数字信号，由计算机主机加以处理。反之也将主机处理好的二进制数字信号转换为模拟音频信号输出到音响设备。模拟信号数字化的最大好处是便于对信号进行处理，和在传输和处理中抗躁声能力强。声卡的基本原理如图 10-2。 图 10-2 声卡的基本原理 ADC电路的主要功能是对连续变化的模拟信号的电
7、压电流波形进行采样量化和转换为数字信号，而 DAC电路则是完成 ADC的逆过程，即把数字信号转换还原为连续变化的电压电流模拟信号。 模拟信号的数字化精度是 ADC和 DAC电路的基本指标，由于模拟信号有频率和幅度两个最基本的信息元素，所以 ADC和 DAC电路的基本指标也确定在这两方面：频率转换的精度由采样频率决定，幅度转换的精度由采样位数决定。见图 10-3，横坐标是时间轴，表示采样频率，纵坐标是幅度（电压或电流）轴，表示采样量化的位数。 图 10-3 数字化采样原理 2采样频率 它是指在模拟声音信号转换为数字声音信号（ A/DC）时，每秒钟对模拟声音信号（电压或电流）的采集次数。采样频率决
8、定了模拟声音信号转换为数字声音信号的频谱宽度，即声音频率的保真度。采样频率越高，声音的音质就越好，但是对转换电路、系统速度和内存的要求也就越高。 声音的采样频率一般有 22.05KHz、 44.1KHz和48KHz三种，分别对应于调频（ FM）广播级、 CD音乐级和工业标准级的音质。 如图 10-4所示，对于一个正弦信号只要采样频率等于或超过信号频率的 2倍，就可以保证在每个正负半周都有至少一个采样点，从而在数字信号中保持了该信号的频率信息，再次转换为模拟信号时原信号的频率不变。还可以看到，采样频率越高效果越好。 上述关于采样频率的原理就是著名的奈奎斯特定理（ Nyquist），即在对模拟信号
9、进行 A/D变换时，要想不产生低频失真，采样频率至少应是模拟信号最高频率的 2倍。 图 10-4 采样频率 普通音乐的最低音为 20Hz，最高音为 8KHz，频谱范围是 8KHz，对其进行数字化使用 16KHz采样频率就可以了。如果把反映音乐优美音色的大量泛音包括进去，则带宽要大得多。 人耳的听力范围是 20Hz到 20KHz，要充分满足人们听力的要求，对声音的采样频率至少应是 40KHz，再适当留有余地，对 CD音乐的采样频率就确定为 44.1KHz，这也就是 PC机声卡的最高采样频率。 3采样位数 音乐信号是由许许多多振幅和频率各不相同的音频信号合成的，振幅就是声音的强弱，频率就是声调的高
10、低。采样频率决定了模拟声音信号转换为数字信号的频谱宽度，即频率保真度。对于声音强度的变化，就要由采样位数来体现了。 采样位数就是在模拟声音信号转换为数字声音信号（ A/DC）的过程中，对满幅度声音信号规定的量化数值的二进制位数。比如规定最强音量化为“ 11111111”，零强度规定为 “ 00000000”，则采样位数为 8位，对声音强度即信号振幅的分辨率为 256级。 采样位数决定着声音信号的幅度变化的数字化精度，采样位数越大，量化精度越高，声卡的分辨率也就越高。在 PC机的普通声卡中，通常采用 16位采样率就可以了，因为普通人的耳朵对声音强度的分辨通常超不过 65536级。 以采样频率为采
11、样时钟控制比较电路进行输入模拟信号的采样，就可以把一个个采样点的模拟信号的幅度转换为一个个数字信号，见图 10-6。 以 44.1KHz的采样频率和 16位的采样位数对 CD音乐进行采样，就可以得到比较满意的数字化音乐。某些用于 MIDI音乐创作的高档声卡达到 48KHz的采样频率和 64位的采样位数。 图 10-6 量化位数与精度 4数字化音频的数据量 过高的采样频率和采样位数会加大数据量，从而加重系统负担和影响信号的处理速度。 对 CD质量的立体声双声道音乐，进行 1分钟44.1KHz和 16位的采样，数据量为： (16 2 8) 44100 60 10.6MB。相当于 530万个汉字。
12、如果把采样位数提高到 32位，则数据量增为 21MB，相当于 1千万个汉字。 10.2.2.2 其它技术术语 1 MIDI MIDI（ Musical Indtrument Digital Interface）即音乐设备数字接口。它是电子乐器（合成器、电子琴等）和制作设备（编辑机、计算机等）之间的通用数字音乐接口。在 MIDI接口上传送的不是直接的音乐信号，而是乐曲元素的编码和控制字。 计算机中存放的 “ .MID”类型的文件就是 MIDI格式的音乐文件，它支持 MIDI接口和数字音乐系统。 2 WAVE WAVE是指波形，也就是用 MIC和录音机录制的声音。 计算机中存放的 “ .WAV”类
13、型的文件是记录真实声音信息的文件。 对于存放同样的乐曲信息， WAV文件要比 MID文件大许多。比如 1分钟立体声音乐， WAV文件为 10MB，而MID文件仅为 10KB。 因此，对于 WAV，声卡必须进行大比例的压缩。 3双工 可以在同一条线路上双向传输数据，但在同一时刻只能在一个方向上传输数据，叫做半双工。 可以同时收发信息的线路才叫做全双工，只有全双功的声卡才可以支持 Internet电话功能。 4 3D环绕立体声系统 引入 3D环绕立体声系统，利用空间均衡器和声音修正 SRS（ Sound Retrieval System），不增加声道就实现 3D效果。尽管声音来自左右前方，但让人感
14、觉到声音来自周围各方，现场空间感大为增强。 5声音合成技术 声卡采用的合成技术有 FM（ Frequency Modulation）频率调制合成技术和波表（ Wave Table）合成技术。波表又分为软波表和硬波表两种。 6编码和解码 所谓编码是指声卡将模拟声音信号转换成数字信号并对数据进行压缩的处理过程，而解码是指将压缩的数据还原和重放的处理过程。 7 S/NR SNR（ Signal to Noise Ratio）即信噪比，是声卡抗噪声能力的一个重要指标。 SNR是用信号功率比噪声功率，单位为分贝（ dB）。信噪比的值越大越好，声卡的 SNR一般应大于 80dB。 8 FR FR（ Fre
15、quency Response）即频率响应，是声卡的 A/D和 D/A转换器的频率响应指标。在整个 20Hz到20KHz频带上，应有一个均衡的即直线形的功率响应曲线，局部的突起或下陷都会引起信号失真。 10.1.3声卡的接口 声卡的外形如图 10-1所示，它提供许多硬件接口， 以连接各种音响设备。 声卡在机箱后部提供了下述连接器： 1扬声器插孔 SPK（ Speaker） 采用 3.5mm立体声耳机插座，用于连接低阻抗无源立体声音箱或耳机。 2麦克风插孔 MIC（ Microphone） 采用 3.5mm立体声耳机插座，用于连接立体声或单声道麦克风。 3音频线路输出插孔 LO（ Line Out） 采用 3.5mm立体声耳机插座，用于连接立体声功放设备的线路输入端。通常连接有源立体声功放音箱。 4音频线路输入插孔 LI（ Line In） 采用 3.5mm立体声耳机插座，用于连接立体声音响设备的线路输出端。通常可以连接到 MPEG解压卡的音频线路输出插孔。 5游戏棒或 MIDI系统连接器（ Game Port/MIDI） 采用 15针
