第2章 多媒体计算机硬件系统.ppt

第二章 多媒体计算机硬件系统,多媒体硬件系统是多媒体计算机实现多媒体功能的物质基础，任何多媒体信息的采集、处理和播放功能都离不开多媒体硬件技术的支持。,2.1,多媒体个人计算机,2.2,视频信息采集与显示,2.3,图形图像信息输入设备,2.4,多媒体存储设备,2.5,其他多媒体设备,2.1,多媒体个人计算机,多媒体技术核心:多媒体计算机技术,多媒体计算机技术:多媒体计算机综合处理多种媒体信息集成与交互的技术,2.1.1 MPC,的基本配置,(1)高性能的中央处理器,CPU,(2)管理、控制各种接口与设备的软件,(3)大容量存储空间(内存和外存),(4)高性能的显示接口与设备(分辨、刷新、存储等,),(5)可处理音频的接口与设备,(6)可处理图象的接口设备,(7)可存放大量数据的配置设备和介质,MPC,的扩充配置：,(1)光盘驱动器：只读,VCD、DVD；,可改写,DVD,(2)音频卡：独立卡，集成在主板上,(3)图形加速卡：主要芯片,GPU,图形处理器；独立或集成,(4)视频卡：视频捕捉、处理、播放等；,TV,编码器等,(5)扫描卡：连接各种图形扫描仪,(6)打印机接口卡：连接各种激光、喷墨、针打的打印机,(7)交互控制接口：连接触摸屏，光笔，操纵杆等,(8)网络接口：网卡，100,Mbps，1000Mbps,连接网络设备,2.1.2 MPC,的技术标准,MPC 1.0,：,1990,年制定，同时规定，凡是使用,MPC,这个标志，必须符合这个标准,MPC 2.0,：,1993,年,5,月制定，能够运行更大、更复杂化的多媒体程序，而且速度很快。,MPC 3.0,：,1995,年,6,月制定,设备标准配置,CPU16MHz 80386 SX,内存,2MB,硬盘,30MB,用户接口,101,键,IBM,兼容键盘、鼠标,I/O MIDI,、控制杆串口、并口,视频播放 没要求,激光驱动器数据传输速率,150KB/s,，符合,CD-DA,规范,图形性能,VGA,，,640480,，,16,色或,320200,，,256,色,音频,8bit,声卡，,8,个音符合成器，,MIDI,再现,系统软件,Windows 3.0,多媒体扩展版，或,Windows 3.1,，或,MS-DOS,CD-ROM,扩充版，或二进制兼容系统,MPC1.0,设备标准配置,CPU25MHz 80486 SX,内存,4MB,硬盘,160MB,用户接口,101,键,IBM,兼容键盘、鼠标,I/O MIDI,、控制杆串口、并口,视频播放 没要求,激光驱动器,数据传输速率,300KB/s,，平均存取时间,400ms,，符合,CD-DA,规范,图形性能,SuperVGA,640480,，,65535,色，再占,40%CPU,时间显示速度为,1.2,像素,/,秒,音频,16bit,声卡，,8,个音符合成器，,MIDI,再现,系统软件,Windows 3.0,多媒体扩展版，或,Windows 3.1,，或,MS-DOS,CD-ROM,扩充版，或二进制兼容系统,MPC2.0,设备标准配置,CPU75MHz Pentium,内存,8MB,硬盘,540MB,用户接口,101,键,IBM,兼容键盘、鼠标,I/O MIDI,、控制杆串口、并口,视频播放,MPEG-1,播放，,15,位,/,像素，,352240,，,30,帧,/,秒,(352288,，,25,帧,/,秒,),动态画面，支持同步声频,/,视频流，不丢帧,激光驱动器,数据传输速率,600KB/s,，平均存取时间,250ms,，符合,CD-DA,规范,图形性能,可进行颜色空间转换和缩放、直接帧存访问，,352240,，,30,帧,/,秒,(352288,，,25,帧,/,秒,),动态画面，不要求缩放和剪裁,音频,16bit,声卡，波表合成技术，,MIDI,再现,系统软件,Windows 3.11,，或二进制兼容系统,MPC3.0,2.1.3,MPC,的软件配置,MPC,软件分为三大类：,1.操作系统软件,具备图形界面、支持多媒体技术、强大的通信功能,2.媒体制作工具软件,图形和图象处理软件，动画(二维三维)软件，音频处理软件，视频编辑软件等,3.多媒体创作工具软件,Flash，Director，Authorware,等,2.2,视频信息采集与显示,2.2.1,视频采集卡,主机箱中的视频卡,摄像机,显示器,2.2.1,视频采集卡,基本功能是将视频源的模拟信息通过处理转变成数字信息，并将数字信息存储在计算机硬盘上的过程。,2.2.1,视频采集卡,按用途分类：,广播级视频采集卡,专业级视频采集卡,民用级视频采集卡,2.2.2,摄像头,(1),分类：,模拟摄像头,数字摄像头,按感光器件分：,CCD,CMOS,2.2.2,摄像头,特点：,便携性，体积越小,功能配置：,绝大多数数码摄像机都带有,USB,或,IEEE 1394,接口，可将图像不损失地传输到电脑上进行后期编辑,2.2.2,摄像头,技术指标：,摄像器件、像素分辨率、压缩算法和视频捕获能力,应用：,动态图像的捕获和传送：可视电话、联网会议、视频电子邮件、工业监控、远程监控、旅游服务、观察动物生活、交通监测、观测天气、网上购物、网上学校、产品展示、电子商务等。,2.2.3,多媒体投影仪,1.,典型的显示技术,(1)阴极射线管,CRT：,目前已不使用,(2)液晶显示,LCD：,常用,(3)数字光路处理器,DLP：,新兴产品，目前广泛使用,2.2.3,多媒体投影仪,2.,重要,技术参数,分辨率：分为物理分辨率和压缩分辨率,亮度：以光通量来表示，单位为流明,灯泡寿命：一般为,3,年以上,颜色：投射图像所能表现的颜色数量,均匀度：投出画面的中间亮度与周围亮度的比值,对比度：投射图像中黑与白的比值，即从黑到白的渐变层次,2.2.3,多媒体投影仪,2.,重要技术,参数,画面尺寸：投出的画面对角线的尺寸,吊顶功能：,背投功能：,水平扫描频率：行频,垂直扫描频率：帧频或显示图像的刷新率,2.3,图形图像信息输入设备,2.3.1,扫描仪,1.,工作原理：,当它扫描图像时一次只能扫描一行，光线从物体上反射回来，通过透镜射进到感光元件。感光元件将光线转换成模拟电压信号，并且标出每个象素的灰度级，再由模拟,/,数字转换器将模拟电压信号转换为数字信号，每种颜色使用,8,、,10,或,12,位来表示，每扫描一行就得到原稿,X,方向一行的信息，随着,Y,方向的移动，通过扫描图像专用格式,Twain,格式保存在电脑里。,两个关键部件及作用：,一个是模拟,/,数字转换器,(D/A,转换器,),，将模拟信息转换成数字信息；,另一个为感光元件，主要作用是将光信号转换成电信号，目前扫描仪所使用的感光器件有三种：光电倍增管，电荷耦合器（,CCD,），接触式感光器件（,CIS,）。,2.,扫描仪接口的分类,SCSI,：,SCSI,接口传输速度最快，达到,40Mbps,，但只限于专业用户使用。,EPP,：,EPP,接口扫描仪避免了拆机、装机的烦恼及诸如硬件地址冲突等问题，而且价格相对便宜，一插即用，较适合普通消费者，但弱点就是比,SCSI,接口传输速度稍慢。,USB,：速度更快,USB,接口最高传输速率,2Mbps/S,，支持热插拨使使用更方便，缺点是没有在,DOS,环境的驱动程序。,1394,：传输速率相当于,USB,接口的,33,倍。已成为高档,Mac,机的标准配置，是一种串行数据总线，能够在计算机与外围设备之间以,100,、,200,和,400Mb/s,的速率移动大量数据，支持热插拔。,3.,扫描仪分类,按扫描版面大小可分为,A3,和,A4,幅面扫描仪。,按扫描速度可分为高速、中速和低速。,从扫描仪的历史上来说，扫描仪可以分为：手持式扫描仪、馈纸式扫描仪、平板式扫描仪、大幅面扫描仪、底片扫描仪、笔式扫描仪、条码扫描仪、实物扫描仪和,3D,扫描仪。,手持扫描仪,DocuPen,700,清华紫光,F18A,馈纸式扫描仪,富士通一款,A4,幅面滚筒式扫描仪,fi-5110EOX2,平板式扫描仪,清华紫光大幅面扫描仪,尼康底片扫描仪,BenQ,底片扫描仪,Symbol-LS1902,条码扫描仪,邦尼,AS-2090,条码扫描仪,4.,扫描仪的主要技术参数,分辨率：表示扫描仪对图像细节表现的能力，常用,dpi,来表示。,灰度级：表示灰度图像的亮度层次范围的指标，反映了扫描时由暗到亮层次范围的多少。,色彩位数：扫描仪对采样来的每一个像素点提供的不同通道的数字化位数的叠加值，体现了彩色扫描仪所能产生的颜色范围，能够反映出扫描图像的色彩逼真度。,扫描速度：即扫描一定的图像所需要的时间。,扫描幅面：即扫描对象的最大尺寸，主要为,A3,和,A4,两种。,从内部结构看，数码相机包括图像传感器件,(CCD,或,CMOS),、模拟,/,数字转换器件,(ADC),、数字信号处理器件,(DSP),、输出接口、液晶显示器（,LCD,）和电子存储卡等器件。,数码相机的工作原理：,2.3.2,数码相机,选购数字相机时要考虑以下性能指标：,像素数,分辨率,颜色深度,反应速度与连拍速度,存储媒体种类及存储能力,信号的输出形式,变焦倍率和光圈值,2.4,多媒体存储设备,2.4.1,磁存储系统,1.,硬盘的性能指标：,转速：以每分钟多少转来衡量硬盘的转速，单位是,RPM,。,容量：表明一个盘片上能存储的信息量。,平均寻道时间：磁头到达目标数据所在磁道的平均时间，直接影响硬盘的随机数据传输速度。,缓存：指在硬盘内部的高速存储器。,传输速度：分为内传输速度与外传输速度，内传输速度是从硬盘到缓存的传输速度，外传输速度是从缓存到通信接口的传输速度，内传输速度更能反应硬盘的实际表现，通常以每秒多少,MB,为单位。,硬盘接口：可以分成,IDE,硬盘和,SCSI,硬盘。,2.,硬盘分类,按其不同的连接方式分为两大类：,机架内置式活动硬盘,外置式活动硬盘,内置式活动硬盘,外置式活动硬盘,2.4.2,光存储系统,1.,光盘驱动器,结构：主体支架、光盘托架、激光头组件、电路控制板。,好坏主要取决于两个方面：纠错性能和稳定性。,光盘的数据存储方式：以连续的螺旋形轨道来存放数据。,2.,光盘盘片结构,主要由印刷层、保护层、反射层、染料层和塑料基底组成。,光盘数据记录格式及其容量计算：光盘是以连续的螺旋形轨道来存放数据的，螺旋轨道由里向外被划分为许多长度相等的块，每个块的容量大小相同，存放有纠错编码的数据时容量为,2048B,，不带纠错编码的数据时容量为,2352B,。,典型格式,每块容量（,B,）,CD-DA,（,CD-Digital Audio,）,2352,CD-ROM,（模式为,1,）,2048,CD-ROM XA,（,Mode2,）,2336,几种光盘的块容量比较,光盘数据存储量,=,光盘扇区数*每扇区数据存储量,光盘扇区数,=,光盘存储音乐的时间 *单位时间内播放的扇区数,单位时间内播放的扇区数,=75,块,/,秒,3.,CD-ROM,标准,CD,ROM,标准,标准名称,盘的名称,应用目的,播放时间,显示的图像,红皮书,CD,DA,存储音乐节目,74,分钟,黄皮书,CD,ROM,存储文图声像,等多媒体节目,存储,650MB,的,数据,动画、静态,图像,绿皮书,CD-I,存储文图声像,等多媒体节目,存储多达,760MB,的数据,动画、静态,图像,标准名称,盘的名称,应用目的,播放时间,显示的图像,橙皮书,CD-MO,读,/,写入文,图声像等多,媒体,白皮书,Video-CD,存储影视节目,70,分钟,(,MPEG-1),数字影视,(,MPEG-1),质量,红皮书,+,CD-Video,存储模拟电视,数字声音,5-6,分钟,(,电视,),20,分钟,(,声音,),模拟电视图像,数字声音,CD-Bridge,Photo CD,存储照片,静态图像,蓝皮书,LD,存储影视节目,200,分钟,模拟电视图像,3.,CD-ROM,标准,CD,ROM,标准,CD,ROM,光盘主要参数如下：,激光束的波长为：,780,790nm,，激光束相对于光道的扫描速度为,1.2-1.4m/s,，逆时针方向。,光道间距,1.6m,，最小凹坑长度,0.834m,，深度约,0.3m,。,节目起始位置直径,50mm,。,数据块速率,75,块每秒。,数据传输速率：净速率,153.6Kb/s,，约为,1,倍速。,CD-ROM,读取信息使用的方式为恒定线速度。,CD-ROM,的存储容量为,650MB,。,4.CD-R/CD-RW,CD,R,：可写光盘，特点是只写一次，但可以在,CD,ROM,驱动器和,CD,R,刻录机上被多次读取。盘片根据染色层分金碟、绿碟和蓝碟三种。,CR-RW,提供次数有限的读写功能。,光盘刻录机的接口一般有三种：,SCSI,接口、,IDE,接口和并口。,光盘刻录机从外形上可分为外置式和内置式两种。,CD-R/CD-RW,今后的发展：,速度：主要是指写入速度的提高，从目前的四倍速写入，发展到六速及八速写入。,缓存器容量：缓冲容量越大，刻录成功率就越高。市场上的光盘刻录机的缓存容量一般在,512KB,2MB,之间。,支持数据格式：最新,CD-R,刻录机将支持,CD-UDF,格式。,刻录方式：除整盘刻写、轨道刻写和多段刻写三种刻录方式外，还将支持增量包刻写刻录方式。,5.DVD,简介,DVD-ROM,，,BOOK A,标准，只读光盘，用途类似于,CD-ROM,，数据传输率达,1.38MB/s,。,DVD-Video,，,BOOK B,标准，用途类似于,Video CD,，存储声音和影像节目。,DVD-Audio,，,BOOK C,标准，用途类似于音乐,CD,，存储音乐节目。,DVD-R,，,BOOK D,标准，用途类似于,CD-R,，允许用户一次写，多次读的光盘。,DVD-RAM,，,BOOK E,标准，用途类似于,CD-RW,，允许用户多次读写的光盘。,4,种,DVD,结构盘片的容量比较,盘片直径,cm,盘片种类,单层单面,双层单面,单层双面,双层双面,12,厘米,4.7GB,8.5GB,9.4GB,17GB,8,厘米,1.4GB,2.6GB,2.9GB,5.3GB,不同结构的盘片容量比较,DVD,盘片的容量与,CD,盘片的容量相差很大，主要原因如下：,具有较高的道密度和位密度，,DVD,的光道间距,0.74m,，最小凹坑长度为,0.4m,，而,CD,分别为,1.6m,和,0.834m,。,支持双层双面，如上表中所示。,采用更短波长的激光束，波长为,635,650nm,，相对于,CD,为,780,790nm,。,6.COMBO,全能光驱,2001,年初，随着技术的积累与成熟，三星电子推出了第二代全能光驱产品,COMBO SM-308,，将,DVD-ROM,和,CD-R,提高到,8X,，,CD-RW,擦写提高到,6X,，,CD-ROM,读取速度提高到,32X,。可以说与第一代,COMBO,相比，这款产品是一款相对稳定成熟的产品。,2.4.3,磁光盘,MO,1.,基本结构,磁光记录的信息载体是磁光薄膜，这种薄膜与辅助材料及盘基一起组成磁光盘，即可实际记录信息。典型的磁光盘由四层膜组成。磁光记录薄膜的材料一般为稀土与过渡金属形成的合金，通常为稀土与过渡金属合金，它们具有很强的垂直于膜面的磁各向异性，可以使得记录畴尺寸非常小，从而满足高密度记录的要求。,2.,原理,磁光盘是利用磁性功能材料的热磁效应来进行擦写信息的，即利用激光加热磁性材料并改变外磁场的方向来改变磁性材料的磁化方向，以实现信息的“擦写”。,磁光盘的读写原理,克尔效应读出,2.4.4,闪存,Flash RAM,半导体存储芯片，具有体积小、功耗低、不易受物理破坏的优点，是移动数码产品的理想存储介质。,闪存盘采用闪存存储介质和通用串行总线,(USB),接口，具有轻巧精致、使用方便、便于携带、容量较大、安全可靠、时尚潮流等特征。闪存盘可用来在电脑之间交换数据。,2.5,其他多媒体设备,2.5.1,打印机,1.,打印机的分类,针式打印机，也称撞击式打印机,喷墨打印机,激光打印机,2.,打印机的基本技术特性,分辨率：衡量打印质量的主要标准是分辨率，单位是,dpi,，分辨率越高，图像越清晰。,打印速度：单位是,ppm,代表每分钟能打几页。,噪声：,打印接口：目前的打印机采用,EPP,接口，主流的接口是提供,USB,接口。,2.5.2,触摸屏,1.,触摸屏的分类,(1)电阻压力式：最常见的触摸方式和产品,(2)红外感应式：分辨率低，使用寿命短；,(3)表面声波式：容易受到干扰,(4)电容感应式：利用人体电流感应，容易受干扰,2.,触摸屏基本技术特性,连接接口：一般通过串行口,RS-232,或增加一块接口卡实现。,检测与定位：依靠传感器来工作。,透明性能：包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度四个特性。,绝对坐标系统：特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标。,2.5.3,手柄,分类：,普通手柄,飞行游戏手柄,赛车类手柄,2.5.4,机顶盒,1.,数字机顶盒结构组成,由四大子系统组成，即控制子系统、信号处理子系统、网络接口子系统、用户扩展接口子系统。,2.,数字机顶盒实现功能,基本功能是接收和解码数字电视广播。多种增值业务，包括：电子节目指南、高速数据广播、,软件在线升级、因特网接入和电子邮件、,有条件接收等等。,