第10章 多媒体设备及接口

10.2.3 目前流行声卡的功能、结构及性能 10-19
1. 声卡的功能
用硬件或软件 对声音文件进 行多种特技效 果的编辑处理， 如：加入回声、 倒放、淡入、 淡出等。
➢ 录制与播放
对声音信号采样，转
➢ 多种音频输入输出接口
换成数字信息，并存 储；必要时再将数字
➢ 编辑与混音
化声音文件还原成声 音信号回放出来。
10-23
10.3.1 视频概述
1．何谓视频
视频通常指的是动态图像。它是由一幅幅单一 的静态图像画面组成的序列图像。
这些图像画面以一定的速率连续地投射在屏幕 上，使观察者具有图像连续运动的感觉。
视频中的每一幅图像画面称为一帧。视频的播 放帧率应为25帧/s或30帧/s。
10.3.1 视频概述
10-24
1. 语音直接输入输出接口 2. 立体声（语音、音乐）数字化输入输出接口 3. 具有语音处理功能的数字化输入输出接口 4. 具有语音合成功能或音乐编辑功能的数字化
输入输出接口
10.2.2 声频接口一般原理
10-13
1. 语音直接输入输出声频接口
语音直接输入输出声频接口，通常采用下列 两种方法来实现。
10-11
10.2.1 主要声频设备
多媒体系统中，主要的声频设备有：
➢ 麦克风、磁带机、录音机、录音笔、 CD/VCD/DVD机、电视机、MP3等语音输 入设备。
➢ 耳机、音箱、扩音机等语音输出音响设备
10-12
10.2.2 声频接口一般原理
与其他外部设备一样，声频设备必须通过接口才能与 计算机相连。相应的接口通常被称为声频接口。根据功 能和用途的不同，声频接口概括为4类：
10.3.3 视频接口一般原理
10-34
电视机接口的原理框图如下：
R G B HSYNC VSYNC
R
显示 适配
G
标准 制式
器信 B 全电
号电
视信
平转
号合
换器
成器
HVSYNC
射频 信号 调制
器
电视机 天线入口
电视机 视频输入端
10.3.3 视频接口一般原理
10-35
3.单纯的视频输入输出接口
这种视频接口有两种实现方法。
10-1
第十章 多媒体设备及接口
10.1 多媒体计算机系统概述 10.2 声频设备及其接口 10.3 视频设备及其接口 10.4 光盘存储器及其接口
10-2
10.1 多媒体计算机系统概述
10.1.1 多媒体和多媒体技术 10.1.2 多媒体计算机系统及其基本组成 10.1.3 典型多媒体计算机系统
输入输出接口
10.3.3 视频接口一般原理
10-28
无论哪类视频接口，可用以下的原理性结构模型来描述:
RGB/Y
UV
彩色全
电视信
号
彩色
A/D
分解
转换
帧缓 存与 处理
D/A 转换
彩色 合成 彩 色 全
电视信 号
同步 分离
时钟 产生
总线 接口
主机CPU
视频接口原理性结构模型
10.3.3 视频接口一般原理
AEN A9～A0
地址 译码
IOR IOW
Di
读/ 写 控 制
Dj
8位 读 A/D
EOC EN
采样 保持 启动
视频 放大
EN
初始化
采样 保持 控制
场脉 冲
行场 同步 分离
电路 行脉
冲
摄像机
10.3.3 视频接口一般原理
10-32
采样保持器控制电路的组成原理
行消隐 脉冲
S
控制门
R
晶振
场消隐脉冲 初始化
语音入 语音出
PCM 编译码器
I/O 接口
CPU
采用PCM编译码器芯片的语音接口
与普通A/D、D/A法相比，不仅电路简单、成本低廉、 性能稳定，而且具有数据压缩能力。
10.2.2 声频接口一般原理
10-16
2.立体声数字化输入输出接口
这种接口需要对立体声信号数字化，所以比一般的语 音直接输入输出接口要求更高。
3.声卡的性能指标
衡量声卡质量优劣的主要性能指标有：
指A/D转换 过程中，对 音量幅值进 行量化所用 二进制数据 的位数。
➢ 采样频率 ➢ 采样精度 ➢ 声道数
指每秒钟对音频 信号的采样次数
指声音产生的波形数。
10-22
10.3 视频设备及其接口
10.3.1 视频概述 10.3.2 主要视频设备 10.3.3 视频接口一般原理 10.3.4 目前流行视频卡的功能、结构及性能
2．视频制式
指视频的播放标准，通常叫电视制式。常见的 电视制式有以下4种：
➢ NTSC制式 ➢ PAL制式 ➢ SECAM制式 ➢ HDTV制式
模拟视频 信号
数字视频 信号
10.3.1 视频概述
10-25
3．视频RGB三基色原理
利用R（红）、G（绿）和B（蓝）三种基本颜色以不同 比例的组合来表现视频。
R 点计数器
8
数字比 较器
C
8
P 列计
数器
晶振 采样脉冲
10.3.3 视频接口一般原理
10-33
2.单纯的视频输出接口
视频输出接口包括一般显示接口和电视机接口 两种，而后者又是在前者的基础上加上视频转换 电路构成的。所以，常常把电视机接口特指为视 频转换接口。
其 功 能 是 将 计 算 机 中 显 示 适 配 器 输 出 的 VGA 视频显示信号转换为PAL、NTSC或SECAM彩色 标准制式的全电视视频信号，并输出到电视机、 视频监视机等视频设备中。
扩充的RAM
音响 数字化器
Fra Baidu bibliotek
CD-ROM 接口板
大容量硬盘
视频板
彩色监视器
音响板
CD-ROM 接口板
半高 磁带机
PC/AT 用户系统
10.1.3 典型多媒体计算机系统
10-9
3．现行主流MPC系统
10-10
10.2 声频设备及其接口
10.2.1 主要声频设备 10.2.2 声频接口一般原理 10.2.3 目前流行声卡的功能、结构及性能
➢ 语音识别与合成
➢ 压缩和解压缩
用硬件或软件对数字化声频文件以某 种有损或无损压缩算法进行压缩后再 存储。要播放时，又能自动将压缩的 声频文件解压缩。
10.2.3 目前流行声卡的功能、结构及性能 10-20
2. 声卡的结构
声卡种类很多，不同类型在硬件结构上会有细微差别，但 其基本结构是相同的，大体如下：
视频接口是图像输入输出设备与计算机间接口的总称。 用于对来自图像输入设备的视频信息进行数字化转换、 编辑和处理，最后形成数字化视频文件保存，并通过图 像输出设备显示输出。
根据功能和用途的不同，声频接口概括为4类： ➢ 单纯的视频输入接口 ➢ 单纯的视频输出接口，也即显示接口 ➢ 单纯的视频输入输出接口 ➢ 具有数字图像处理和图文编辑等功能的视频
10.3.3 视频接口一般原理
10-36
A/D 转换 彩色全电 器 视信号
多制 式数 字分 解器
视频 窗口 控制 器
帧缓 冲
VRAM
D/A 转换 器
视频 信号 合成 彩色全电 器 视信号
时钟 产生 器
总线 接口
主机 CPU
数字分解处理式视频输入输出接口原理框图
10.3.3 视频接口一般原理
10-37
4.具有数字图像处理和图文编辑等功能的 视频输入输出接口
➢ 一是模拟分解处理方法（原理如原理性结构模型所 示）。它将彩色全电视信号经同步分离、模拟锁相 和模拟分解后，得到视频信号数字化所需的各种时 序信号和分离开的模拟R、G、B或Y、U、V信号， 再经A/D转换器数字化。
➢ 二是数字分解处理方法。它先将全电视信号经 A/D 转换器数字化，再进行数字式的锁相和分解，获得 数字化的R、G、B或Y、U、V信号。
CD
译码器
CD-ROM
译码器
CD驱动器
CD-ROM驱动器
CPU
68000系列
定位装置
音频 处理器
D/A
转换器
音频输 出信号
视频 处理器
RAM
ROM
NVRAM
视频输出信号
10.1.3 典型多媒体计算机系统
10-8
2．DVI系统——由Intel公司和IBM公司联合推出
彩色监视器
摄像机
摄像机
音响设备
视频数字化器
在多媒体计算机系统发展史上，比较典型的有 Philips/Sony 公 司 的 CD-I 系 统 和 Intel/IBM 公 司 的 DVI系统等。
1．CD-I系统 2．DVI系统 3．现行主流MPC系统
10.1.3 典型多媒体计算机系统
10-7
1．CD-I系统
由Philips和Sony公司1986年联合推出的多媒体计算机。 CD-I基本系统的组成结构如下：
10-29
1. 单纯的视频输入接口
视频输入接口的功能是：将电视摄像机摄入的视频信 号（二维模拟图像信号）在空间上和亮度上进行数字化， 然后送到计算机中存储或处理。
➢ 空间的数字化叫采样，用有限的坐标点阵（即 象素集合）来表示水平、垂直方向均连续变化 的位置。
➢ 亮度的数字化叫量化，将各采样点（即像素） 的亮度用量化后的灰度级（或叫色差级）来表 示。
➢ 普通A/D、D/A法 ➢ 专用语音接口芯片法
10.2.2 声频接口一般原理
10-14
1) 普通A/D、D/A法
这种方法的原理如下图所示:
语音入 语音出
放大 功放
输入滤波
采样
输出滤波 电流/电压
A/D D/A
CPU
10.2.2 声频接口一般原理
10-15
2)专用语音接口芯片法
这种方法是采用专用语音接口芯片，以简化声频接口的 设计。
有专用集成电路芯片可供选用，如AD公司生产的数 字立体声接口芯片AD1849，芯片包括：
➢ 2个立体声输入通道 ➢ 2个立体声输出通道 ➢ 1个单扬声器输出通道
10.2.2 声频接口一般原理
10-17
3. 具有语音处理/语音合成功能的数字化 输入输出接口
这种声频接口可以支持营造出更加丰富逼真的音响效 果。其核心部件是语音处理器。
10-4
10.1.2 多媒体计算机系统及其基本组成
1. 多媒体计算机系统
能同步地、实时地、交互式地对文字、声音、 图形图像和视频等多媒体信息进行编辑、存储、 播放等综合处理的计算机。有三种实现途径：
➢ 在通用PC机的基础上引入专用接口卡及相应 软件作为升级套件
➢ 设计专用音频、视频处理器芯片及软件 ➢ 把多媒体技术直接引入通用CPU芯片中
10.1.2 多媒体计算机系统及其基本组成 10-5
2.基本组成
作为多媒体计算机系统，其基本组成必须 包括以下几部分：
➢ 主机 ➢ 声频、视频接口及其声、像输入输出设备 ➢ 用于实时声音和图像处理的高速处理芯片 ➢ 大容量的内存和外存 ➢ 多任务实时操作系统等多媒体系统软件
10-6
10.1.3 典型多媒体计算机系统
用作语音处理器的，可以是专用的音响信号处理器或标 准的语音压缩编译码器，也可以是通用的数字信号处理器 （DSP）。其作用是完成：
➢ FM合成 ➢ 语音识别 ➢ 实时音频压缩 ➢ 回声加入等
10-18
10.2.3 目前流行声卡的功能、结构及性能
1. 声卡的功能 2. 声卡的结构 3. 声卡的性能指标
游戏操纵杆
MIDI乐器
PC总线
PC数据总 线驱动
地址总线 控制总线
游戏接口
总线 接口 与控 制器
MIDI接口控制器
数字声音 处理器
混合 信号 处理
器
音乐 合成器
功率 放大器
MIC输入
Line in输入 CD-ROM Line out输出
功率 放大器
扬声器
音乐 合成器
10.2.3 目前流行声卡的功能、结构及性能 10-21
10.3.3 视频接口一般原理
10-30
对视频信号数字化，首先需要确定采样频 率，而采样频率又直接取决于采样方法。通常 的图像采样方法有三种：
➢ 直接跟踪摄像机扫描频率逐行采样 ➢ 每场采样一行 ➢ 每场采样一列
10.3.3 视频接口一般原理
10-31
按每场采样一列法采样的视频输入接口原理
D7～D0
10-3
10.1.1 多媒体和多媒体技术
➢ 媒体（Media）。是信息表示、传输和存储的载体， 如文字、声音、图像等。
➢ 多媒体（Multimedia）。是指通过数字化处理，把 文字、数据、声音、图像和视频等多种媒体的信息综 合为一体。
➢ 多媒体技术。就是利用计算机实现多种媒体的信息综 合，并与人机交互技术、网络通信技术、信息存储技 术、外围设备技术等相结合，开展各种应用而形成的 一种综合性技术。
4．视频数字化及其压缩编码
原始的视频信号和NTSC、PAL、SECAM 制式的视频 信号，在进入计算机之前必须进行数字化，即经过A/D转 换和彩色空间变换等过程。
数字化后的视频文件包含的数据量大得惊人，实际应 用时必须对视频图像进行压缩，以减少存储空间的占用量 和播放时对传输速率的要求。
10-26
10.3.2 主要视频设备
多媒体系统中，主要的视频设备有：
➢ 图像扫描仪、模拟/数字照相机、模拟/数字 摄像机、录像机、触摸屏、光笔、电视机、 VCD/DVD光盘机等图像输入设备。
➢ CRT/液晶/等离子体显示器、打印机、录放 像机、电视机、绘图仪、投影仪和刻录机等 图像输出设备。
10-27
10.3.3 视频接口一般原理