3多媒体计算机系统常用硬件设备

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1、 概述 多媒体技术主要包括超文本处理、声音处理、图像处理、大容量存储及多媒体通信等方面，将这些 技术集成到计算机系统中就称为多媒体计算机系统 。 多媒体计算机系统的任务就是要完成多媒体信息的获取、存储、组织和合成，最后以用户所要求的 形式表现出来。 完成这些任务需要使用大量的多媒体硬件设备，主要内容3.1 光存储技术概述 3.2 CD-ROM盘片与数据结构 3.3 VCD与DVD光盘技术 3.4 多媒体信息采集与处理功能卡 3.5 常用多媒体输入输出设备 3.6 数码相机基本工作原理与技术指标 3.7 数码摄像机 3.8 多媒体计算机总线和接口标准3.1 光存储技术概述3.1.1 光盘存储器的

2、特点与分类1. 光盘存储器的特点（1）存储密度高 （2）非接触读写方式 （3）信息保存时间长（4）盘面抗污染能力强（5）价格低廉、使用方便3.1 光存储技术概述2光盘存储器的分类按照光盘性能的不同：（1）只读型光盘CD-ROM（2）一次写入型光盘WORM（3）可擦除重写光盘（Rewrite、Erasable 或E- R/W）（4）照片光盘Photo CD3.1 光存储技术概述3.1.2 光盘存储器的技术指标与国际标准规范 1光盘存储器技术指标 （1）存储容量光盘存储器的存储容量有格式化容量与用户容量之分， 用户容量小于格式化容量。 （2）平均存取时间平均找道时间、平均等待时间再加上读写光头的稳

3、定时 间就是光盘的平均存取时间。 （3）数据传输速率数据传输速率通常是指光头定位以后，单位时间内从光 盘的光道上读出的数据位数，与光盘的转速、位密度和道密 度密切相关。对于CD-ROM驱动器，最初推出的光盘驱动器 的数据传输速率为150KB/s，简称单速光驱。52X。 （4）误码率和平均无故障时间3.1 光存储技术概述3.1.2 光盘存储器的技术指标与国际标准规范2光盘存储器国际标准规范 （1）红皮书（Red Book）规范 （2）黄皮书（Yellow Book）规范 （3）绿皮书（Green Book）规范 （4）蓝皮书（Blue Book）规范 （5）橙皮书（Orange Book）规范

4、（6）CD-ROM XA（Extended Architecture）规范 （7）白皮书（White Book）规范3.1 光存储技术概述常见光盘存储器的种类及其英文缩写如下图所示 3.2 CD-ROM盘片与数据结构1CD-ROM盘片的物理结构标准CD-ROM盘片由三层材料组成，衬底由透明的耐热、防水聚碳酸酯 （Polycarbonate）塑料压制而成。表示信息的凹坑就模压在聚碳酸酯 衬底上，位于透明衬底之上的是铝反射层，当激光扫描光道上的凹坑时 ，铝反射层能提高激光的反射率。在铝反射层上涂上漆就可以形成第三 层保护层，标准CD-ROM盘片的物理结构如下图所示 3.2 CD-ROM盘片与数据结

5、构CD-ROM盘片的光道与磁盘的磁道在形状上完全不同，磁盘上的磁道都 是同心圆，不同磁道上的扇区长度不同，数据按磁道和扇区存放。CD- ROM盘采用螺旋形光道，内外光道的位密度是相同的，光道上的扇区具 有相同的长度，数据以最大位密度紧凑存放，从而有效地利用了光盘上 的存储空间。 3.2 CD-ROM盘片与数据结构2CD-ROM数据存储与读出原理CD-ROM数据存储原理与磁盘十分类似， CD-ROM数据存储原理图如下 图所示。光道上的凹坑或非凹坑本身并不代表数字1或0，凹坑与非凹坑 交界的正负变化代表数字1，两个边界之间代表数字0。0的个数由凹坑 与非凹坑的长度决定。 3.2 CD-ROM盘片与

6、数据结构3CD-ROM扇区数据结构CD-ROM光盘上的数据沿光道存放，光道从内到外等长分段，每一段就 称为一个扇区，每个扇区都规定了唯一的地址标识。扇区的地址采用分 、秒和扇区号，1分等于60秒，1秒等于75个扇区。例如，某扇区的地址 为：“2分13秒25区”，该地址是光道上第(260)+13 75+25=10000个 扇区的编号。CD-ROM光盘有两种扇区格式定义，分别称为Mode 1和 Mode 2，两种扇区格式定义如下图所示。 3.2 CD-ROM盘片与数据结构Mode 1和Mode 2两种方式的区别主要体现在下列几个方面： （1）存储的数据类型不同Mode 1用于存储对误码率要求很高的

7、数据，如计算机程序 或文本等数据；Mode 2用于存储对误码率要求不高的数据 ，如图形、图像、动画、动态影像视频和声音等数据。 （2）存储的用户数据容量不同Mode 1的用户数据容量为2048个字节，Mode 2的用户数据 容量为2336个字节。 （3）Mode 1和Mode 2数据读出的误码率不同Mode 1读出的数据由CIRC校正后，若仍有错误，还要再进 行一次ECC纠错，其数据读出误码率小于1012。Mode 2读 出的数据只经过CIRC校正，其数据读出误码率小于109。3.3 VCD与DVD光盘技术 VCD是由日本胜利公司（JVC）、SONY公司、韩国三星电 子株式会社（SAMSUNG

8、）等在20世纪90年代初联合制定 的数字激光视盘技术标准，采用白皮书规范。VCD光盘采用 MPEG-1压缩算法，完全采用数字记录方式，并将视频压缩 25200倍，音频压缩6.5倍，使盘片直径缩小到12cm，具 有288线的垂直清晰度，但VCD光盘只能满足一般的视听播 放要求。 DVD采用MPEG-2视频压缩标准和AC-3音频压缩标准，不 仅具有电影质量的画面与多声道、高保真音质，而且具有强 大的纠错和兼容能力。DVD既可以作为高质量的视听娱乐设 备，也可以作为多媒体计算机的海量存储器。目前DVD系统 已经在电影、音乐、动画制作、多媒体海量存储、汽车音响 及家庭娱乐等方面显示出强劲的生命力。3.

9、3 VCD与DVD光盘技术3.3.1 VCD光盘与常见视盘的比较 CVD称为中国数字视频标准。SVCD一般称为超级VCD， 是由我国原电子工业部提出，是中国版权、国际标准。 VCD光盘与其他常见视盘主要特点的比较如下表所示 VCD光盘与常见视盘的比较名称VCDCVDSVCDLVLD视频记录数字数字数字模拟模拟音频记录数字数字数字模拟数字压缩 技术MPEG-1MPEG-2MPEG-2未压缩未压缩记录 面单面单面单面双面/单面双面/单面物理尺寸12cm12cm12cm30cm30cm播放时间74min55min45min120min120min驱动 方式CLVCLVCLVCLV/ CAVCLV/

10、CAV3.3 VCD与DVD光盘技术3.3.2 DVD光盘产品分类及物理结构 1DVD光盘产品分类DVD产品分类及用途DVD标 准Book ABook BBook CBook DBook EDVD名称DVD-ROMDVD-VideoDVD-AudioDVD-RDVD-RW播放设备DVD光驱DVD播放机DVD播放机DVD单次刻录机DVD可重写刻录机DVD用途多媒体计算机家庭娱乐个人随身听多媒体计算机多媒体计算机3.3 VCD与DVD光盘技术 不同种类的DVD产品又有单面单层、单面双层、双面单 层和双面双层之分。DVD盘片容量及播放时间盘片类型盘片名称盘片容量播放时间单面单层DVD-54.7GB1

11、30min单面双层DVD-98.5GB236min双面单层DVD-109.4GB261min双面双层DVD-1717GB472min单面单次刻录DVD-R3.8GB双面单次刻录DVD-R7.6GB单面多次刻录DVD-RW2.6GB双面多次刻录DVD-RW5.2GB3.3 VCD与DVD光盘技术2. DVD盘片的物理结构DVD有单基片和双基片两种 。单基片DVD由四层材料组成 ，用1.2mm厚的透明聚碳酸 酯塑料作为衬底，第1层数据 凹坑就模压在此衬底上。用 半透明绝缘薄膜作为第1层数 据的激光反射层，在此膜上 再覆盖一层40m厚的树脂， 表示第2层数据的凹坑就模压 在树脂上。第2层数据凹坑之

12、上是铝反射层，在铝反射层 上涂上固化树脂就形成了保 护层。3.3 VCD与DVD光盘技术双基片DVD分别在两片0.6mm 厚的衬底上模压数据凹坑，在两 片衬底的数据凹坑上分别覆盖第 一反射层和第二反射层，用透明 第2反射层黏合剂将两片衬底粘在一起。对于单基片双层与双基 片双层DVD 盘片，都可以将激光束聚焦在不同的深度，从光盘的 一面读出双层数据，激光束聚焦 在第一反射层可以读出第1层数据，将激光束聚焦在第二反射层 时就可以读出第2层数据。 3.3 VCD与DVD光盘技术3DVD盘片提高容量的主要措施 提高位密度和道密度，进一步缩短数据凹坑的长度和 相邻光道之间的间距。 缩短凹坑长度和光道间距

13、则要求射到盘面上的激光束 聚焦性能要好，即光斑直径要足够小，否则就不能保 证数据读出的可靠性。 DVD盘片不仅减小了凹坑长度与光道间距，而且采用 了多层存储介质记录数据的新技术，将多个记录面粘 贴在一起，使激光束聚焦在不同的记录面就可以读出 多个记录面的数据。3.3 VCD与DVD光盘技术3.3.3 DVD光盘数据读出原理3.4 多媒体信息采集与处理功能卡 在多媒体计算机系统中，需利用多媒体信息采集、处理功 能卡将主机与各种多媒体外设连接在一起，才能构成一个 完整的播放和制作多媒体系统的工作平台，常用的多媒体 功能卡主要有视频卡、音频卡、SCSI接口卡等。3.4 多媒体信息采集与处理功能卡 3

14、.4.1 视频卡的分类及主要功能 视频卡就是一个对实时视频图像进行捕捉、压缩、处理和播 放的工具，可以将摄像机、录像机、激光视盘机等输出的模 拟视频信号转换为数字视频信号，进行压缩、存储及各种处 理。视频卡也称为视频采集卡或图像捕捉卡。3.4 多媒体信息采集与处理功能卡 1视频卡的分类 1）视频捕捉与播放卡用于捕捉、压缩、存储、编辑和播放视频与音频信号，主要 用于多媒体节目制作、办公自动化及现场监控等场合。 2）视频压缩卡依据JPEG或MPEG标准对视频与音频信号进行压缩与还原， 主要用于专业制作多媒体节目。 3）视频转换卡可以将VGA（Video Graphics Adapter）信号转换成

15、PAL、 NTSC、SECAM制式的模拟视频信号，供电视播放或录像机 磁带录制。 4）MPEG解压卡主要用于个人或家庭在计算机上以硬解压方式播放VCD、 DVD、CD-I等光盘，也可以捕捉或编辑上述光盘上的视频图 像，为平面广告设计收集素材。3.4 多媒体信息采集与处理功能卡2视频卡的主要功能1）通过软件可从3个视频源中选择视频源切换显示，支持 PAL、NTSC、SECAM视频格式标准，可以捕捉、压缩 、存储来自摄像机、录像机、激光视盘机等的视频图像。 2）可按比例放大、缩小、裁减、移位、扫描视频图像。3）提供色度、饱和度、亮度、对比度及R、G、B控制。4）软件一般支持JPEG、PCX、TIF

16、F、BMP、GIF、TAG 、MMP等图像文件格式，5）可用软件设置端口地址和IRQ（Interrupt Request）。6）可将VGA图形与视频图像混叠显示。3.4 多媒体信息采集与处理功能卡3.4.2 视频卡的基本工作原理3.4 多媒体信息采集与处理功能卡3.4.3 音频卡的分类及主要功能 其主要任务是音频录制、编辑与播放、电子音乐合成、文本 语音转换、语音识别，并提供CD-ROM接口、MIDI接口或游戏杆接口。3.4 多媒体信息采集与处理功能卡1. 音频卡的分类 音频卡主要根据量化的位数进行分类，一般为8位、16位 或32位。量化的位数越多，其数字化音频质量就越高，音响效果也就越好。2. 音频卡的主要功能 (1) 音频的录制、编辑与播放 (2) MIDI电子音乐合成 (3) 音频源的混合3.4 多媒体信息采集与处理功能卡