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1、第四章多媒体硬件环境,4.1 光存储设备,概述,文 本,动 画,图 形,影 像,声 音,4.1.1 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 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 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，任意多次读出。 与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定
2、记录内容的优点。,一次写型光驱,一次写型光盘,4.1.1 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 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,4.1.2 CD-ROM光存储系统,光存贮原理 光反射,4.1.2 CD-ROM光存储系统,CD-ROM驱动器的系统方框图,4.1.2 CD-ROM光存储系统,光头 光头（optical pickup）是CD
3、-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。,4.1.2 CD-ROM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、。,4.1.3 CD-R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。,4.1.3 CD-R光存储系统,CD-R的刻录和读取原理 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，C
5、D-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 DVD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 DVD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
6、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。,4.1.5 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,4.1.5 闪存与存储卡,闪存卡 闪存卡(Flash C
7、ard)是利用闪存(Flash Memory)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，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。 闪存卡大概有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）这些闪存卡虽然外观、规格不同,4.2 音频接口,4.2.1 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（Aud
8、io 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 音频卡的工作原理,声音是怎样工作的？,4.2.1 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,音频卡的连接方式,4.2.1 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，用于把模拟信号转换为数字信号以生成波形文件； 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；
9、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。,4.2.1 音频卡的工作原理,数字化声音处理,4.2.1 音频卡的工作原理,混音器,4.2.1 音频卡的工作原理,合成器 波形表（Wave Table）合成 频率调制FM合成,4.2.2 音频合成和MIDI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 。,4.2.2 音频合成和MIDI接口规范,MIDI术语 MI
10、DI文件 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 音轨Track 合成音色映射程序Patch Mapper,4.2.2 音频合成和MIDI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。,4.2.2 音频合成和MIDI接口
11、规范,MIDI接口,4.2.3 语音合成,概述 实现计算机语音输出有两种方法 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）,4.2.3 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,4.2.3 语音合成,语音基元数据库的构建 基
12、元的选择 选择音节 选择双音素和三音素 语音数据的存储形式 波形存储方式存储 数字化的语音波形数据 参数存储方式存储 从语音信号中提取的参数，常用的有LPC参数、LSP（LSF）、共振峰参数等,4.2.3 语音合成,韵律模拟 自然语言中的韵律特征 语调、节奏和重音等能表达说话者的语义和感情，是自然语流的重要组成部分 韵律合成及方法 超音段特征（音高、音长、音强及频率分布的变化）的修改构成了韵律合成的基础 方法：修改基频模式、共振峰模式、PSOLA算法等 韵律模拟的问题 需解决韵律规则、韵律描述、计算模型和修改算法等问题,4.2.4 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、
13、符号，或给出响应，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 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 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。 系统随着能够识别的词汇量增大，所需要的空间和时间的花销就越多，最终将
14、导致系统的识别性能急剧下降而丧失可用性。 尽管连续发音是人们最为自然的发音方式，但是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，这些复杂性的需求的实现是非常困难的。,4.2.5 MP3播放器,简介 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(Motion Picture Experts Group) 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
15、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1/12。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,4.3.1 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
16、体应用系统中，视频是以视频采集、显示播放是通过视频卡、播放软件和显示设备来实现的 。,4.3.1 视频图像显示,显卡 显示系统是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 (Random Access Memory Digital/Analog Convertor, 即随机存取内存数字模拟转换器)转换为模拟信号输出到显示端，最终就是我们看见的图像。,4.3.1 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 。,4.3.1 视频图像显示,显卡 主流普通显卡的性能和技术参数
