多媒体技术应用基础第2章

1、2.1 概述 2.2 CD- ROM驱动器和光盘刻录机 2.3 显示卡和3D显示 2.4 显示器 2.5 声卡和音箱 2.6 扫描仪、 数码相机和投影机 2.7 其它非键盘输入设备 2.8 网卡,第 2 章 多媒体硬件组成,返回主目录,第2章 多媒体硬件系统组成,2.1概述 多媒体系统的功能就是对相关信息进行视频、音频的处理，使之更直观、更有吸引力，同时还要完成信息的输入、 输出、存储和网络传输。因此，多媒体硬件系统是构成多媒体系统最基础的部分。 典型的多媒体硬件组成框图如图2- 1所示，图中虚线部分是计算机的基本组成部分。 从原理框图中可看出，为了实现多媒体系统对文本、图像、音频等综合信息的处理，就需要在计算机基本结构上进行扩展。 ,图 2- 1 多媒体硬件系统组成框图,对于显示输出部分， 目前主流显示器和显示卡在图形的高质量显示性能方面有了很大的提高。分辨率在1 024768(0.28点距)以上的显示器已是基本标准，而显示色彩位为16位的高彩色或24位、32位的真彩色(其显示颜色达16 M种)， 基本显存为4 MB、最高可达32 MB的高性能3D显示卡已成为标准配置。 为了在电视屏

2、幕上也能收看到计算机处理过的信息，目前市场上的显示卡大都带有TV输出端口，即视频数模转换芯片被集成到显示卡电路中，但是这种TV输出的信号在传输图像时效果并不太理想。为了达到令人满意的收看效果，通常专业领域都采用广播级TV输出转换电路。 ,为了播放高质量的音频信号，需安装声卡。声卡的基本电路包括数模、 模数转换电路，它可以完成外部模拟音频信号和计算机内部数字音频信号之间的转换。它对声音的处理能力直接影响到播放效果。目前流行的声卡，其电路功能很多， 既可以通过麦克风将声音录入计算机，又可以将计算机内的声音通过耳机或音箱输出。 它可以与外部音频设备相连， 又可以与外部MIDI相连。多通道、高保真的声卡技术发展很快， 其高性能在多媒体系统中起到越来越重要的作用。 信息交换、资源共享是多媒体系统的一个重要功能，因此网卡、 调制解调器也是硬件组成中不可缺少的部分，特别是在Internet技术迅猛发展的今天，其重要性不言而喻。根据通信网络结构的不同， 网卡将有不同的形式。 ,一个多媒体系统， 同时接收和处理电视节目和摄像机传送过来的模拟信号， 视频捕捉卡就是完成这一功能的接口电路。视频捕捉卡又称视频

3、数据采集卡，它可以使计算机实时播放所接收的电视节目或摄录像信息。但实时播放活动视频信号的数据量非常庞大，单靠计算机CPU的处理能力和硬盘数据传输是比较困难的，所以视频捕捉卡都具有图像压缩功能，以支持全屏幕视频信号的实时播放。 高倍速、高纠错性能、低价格的光驱(CD- ROM)已成为计算机的基本硬件之一。 CD盘片的标准容量为650 MB， 它非常适合于大数据量的音、 视频信号的存储。目前的操作系统软件和应用软件几乎都是光盘版本，因此光驱是多媒体硬件系统重要的组成部分。另外光盘刻录机也逐渐成为多媒体系统的一个重要外设，尤其是可擦写光盘刻录机的广泛应用， 使得由以软磁盘为存储介质的传统方式向以大容量光盘为存储介质的新型方式转化成为可能。 ,2.2 CD- ROM驱动器和光盘刻录机,2.2.1 CD- ROM驱动器 CD- ROM是Compact Disk ReadOnly Memory Driver的缩写， 称为“只读光盘驱动器”，或简称为“光驱”， 这是因为它只能“读出数据”而不能“写入数据”，这一点与传统的软盘驱动器是不一样的。而光盘(简称CD盘)是一种存储介质， 用来存储压缩后的音频

4、、 视频等数字信息。 CD- ROM是多媒体计算机的基本外设，它解决了大量数据的存储问题。一片标准光盘的容量是650 MB，且成本低价格便宜，使得以CD- ROM为存储介质的各种软件和多媒体电子读物的发展十分迅速。 ,1. CD- ROM的基本原理 标准的CD- ROM盘片在外观和数据刻录技术上与人们常见的激光唱片是一样的， 即采用压模方法在塑料盘基上形成不同形状的凹坑而组成螺旋形光道，所不同的是两者的刻录格式不一样。 CD- ROM盘片的无字光面是有数据的，有字的一面没有数据。光盘的中心标示了数据的起始记录位置，然后是文件目录表，它记录了文件目录与结构的信息(即FAT表)。 主体数据紧接着目录表由内向外螺旋状放置， 最后以加一个数据道的方法标志数据结束。光盘中每单位光道所存储的数据量是相同的， 而数据的读写由激光读写头完成。 因为激光束很细，记录密度高，且数据存储的格式是按照最大密度压缩方式存放的，所以光盘又被称为数据压缩光盘， 其存储量很大。,当驱动器读取数据时，驱动器上的激光头会从中心向外沿径向移动。首先读光盘的FAT表，找到所需文件的位置，然后再依正确距离搜寻指定的数据。为了保

5、证读取单位距离上的数据的时间相等，激光头在内圈时，光盘的转动速率要比在外圈时快，而这种同步是由机器内的伺服系统来完成的。激光束能够在1 s内从1平方微米的探测面积上获得满意的信噪比S/N。 利用激光束聚焦形成亚微米级的激光束， 对光道上的凹坑(即数据)进行扫描，如图2- 2所示。光束扫描凹坑边缘时，光线发散， 反射率发生变化，读写头上的光探测器产生“关闭”信号， 则输出为“”；在扫描坑内及岸上平坦面时，反射率不变， 光探测器产生“打开”信号， 输出为“0”。 这样就可以读到光盘上记录的电脑可识别的数据。 ,图 2- 2 激光束读取光盘数据示意图,为了提高读出数据的可靠性，减少误码率，存储数据采用EFM编码，即一个字节的8比特数据经过编码变成14比特的光轨道数据。 光盘驱动器主要由光学头、读通道、聚焦伺服、跟踪伺服、主轴电机伺服和微处理器等硬件部分组成， 如图2- 3所示。 光学头通过光束与高速旋转的光盘接触，其作用是读取数据。光学头系统包括半导体激光器和光探测器。半导体激光器发射微细的激光束，而光探测器接收反射光束并进行光电转换。 聚焦与跟踪伺服系统根据光电检测的读取光点与信息轨道的跟

6、踪误差信号，由放置于光学头上的两维移动装置，在垂直于光盘的方向上移动聚焦透镜，实现聚焦伺服； 而在沿光盘径向移动透镜，使聚焦光束准确落在光盘的光道上， 实现跟踪伺服。,图2-3 光驱的基本结构框图,主轴电机伺服系统利用旋转编码器产生的伺服信号，控制光盘以一定的角速度旋转，以按照标准格式读取数据。微处理器执行上述功能的时序和控制操作， 并通过数据接口与计算机传递数据。 2. 光驱外部结构及接口 常用的标准光驱都是内置式的，它安装在计算机机箱上。 光驱的操作面板上有光盘托盘、托盘开关、耳机插孔、音量控制、 快进键等控制钮， 背面有 3 组接口和一组跳线： (1) 一个四针电源接口， 与计算机电源相连， 提供5 V和12 V的电压。 ,(3) 还有一个小型四针接口，用于和声卡相连， 这条线称为CD音频线， 四根针分别是左、右声道和两根地线，通过这条四芯线可将模拟信号的CD音乐传至声卡，并可与其它音源混合输出， 实际上起到了激光唱机的功能。 (4) 跳线组，用于设定光驱的物理地址，即光驱是用于主盘驱动器、从盘驱动器还是用于网络设备，使用时要注意。 一般标准设置下光驱作为从盘驱动器，而计算机的硬

7、盘作为主盘。 光驱的接口标准有两种： ,(1) IDE接口或E- IDE(增强型IDE)接口。这是目前最流行的光驱接口，由于现在主板都配有两个IDE接口，因此可以很方便地同时安装硬盘和光驱， 硬盘接在主IDE接口，而光驱接在从IDE接口， 这样与硬盘和光驱串联接在同一个IDE接口上的早期接法相比，信息读取速度快。 (2) SCSI接口标准。属于比较高级的接口设备， 它需要一块SCSI卡插在计算机的扩展槽上，与光驱相连。这种SCSI界面的光驱对CPU的占用率比IDE接口的要少得多，因此使总体性能有一定的提高，故SCSI接口的设备一般价格较贵。另外SCSI接口方式也便于使用外置型光驱，这在大型计算机系统上是常见的。 ,3. 光驱的主要指标 (1) 数据传输速率。也就是通常所说的光驱倍速，即每秒钟把数据从光驱送至CPU处理的量的大小。单倍速的光驱读取的最大数据量为150 KB每秒， 这个值是一个基准，以后的光驱的倍速是多少，就用这个倍速值乘以150 KB。 这种计算方法只是一个大概的估计值，不是很精确，精确读取速度以相应测试系统的测试结果为准。 光驱处理光盘数据的总体能力不仅依赖于读取速率，

8、还要受高速缓存区大小的影响。目前达40倍速以上的高速光驱的缓存可达256 KB， 因此它对数据的处理速度是很高的。此外光驱处理数据的能力还要取决于计算机其它硬件的性能， 如CPU速度、内存的大小，甚至显示卡的显示能力等等。 ,(2) 平均搜寻时间。 指光头移动到某一数据块并读取该块数据所需的时间。 它包括 3 个过程：一是光头在控制指令下移动到特定的数据光道位置上，二是在此数据道上光驱把正确的单位数据转到光头内，三是把数据载入光驱的内部缓存。 其中第三个过程是光驱的重要技术指标。多媒体第三代标准(MPC-3)规范的指标是，平均搜寻时间250 ms。 (3) 高速存储缓冲器。 目前的光驱一般都能达到128 KB， 最大可达256 KB。 (4) 平均无故障时间。一般在25 000小时左右，当然在频繁读很差质量的盘片时，光驱的寿命会缩短。 (5) 误码率。 在采用了复杂纠错编码技术和硬件性能提高以后，误码率目前已降到很低的程度了。 ,(6) 兼容性。 现在的光驱在支持多种模式的光盘制作技术方面有了很大的提高，注意一般光驱都有“Multi”标志，表示可支持多种光盘制作模式。 4. CD- R

9、OM的新一代产品DVD DVD是“Digital Video Disc”的缩写，即数字视盘。它的外观与普通CD无多大区别，但它采用了数据存储新标准，信息容量相当大， 可以达到4.7 GB、 8.5 GB、 9.4 GB甚至17 GB，与计算机上的大容量硬盘不相上下， 因此可以存储高清晰度的图像影像、高保真的音效。 单层的DVD盘片只有CD盘片厚度的一半，盘片表面数据区的凹坑大小、深度、密度等指标是CD盘无法相比的， 高密度的制作技术使单位面积上的数据量大大提高。,DVD光驱的激光波长更短，光头可以在更微小的区域内聚焦。由于它的厚度较薄，可将两盘片粘在一起从而使容量扩大一倍，即单层双面DVD盘片。单层容量标准为4.7 GB， 所以单层双面容量为9.4 GB。 此外，还有双层的盘片介质， 光头能够读取两个层面上的数据凹坑，这样单面的容量就可以达到8.5 GB，两盘片粘起来，构成双面双层的大容量DVD盘， 存储容量为17 GB。 DVD中采用了MPEG-2压缩标准，可将清晰度提高至5001 000线(VCD最高为240线)。此外DVD采用特殊的纠错技术，比CD的纠错能力强很多，因此质量较差的DVD在读数据时，信息丢失也不多。 在音效上， DVD影视盘都提供了杜比数码环绕声效， 它是一种全数字化音频编码技术，可提供多个独立声道，因此3D效果非常好。 ,计算机上使用的DVD- ROM驱动器近年来发展迅速，目前有不少品牌的计算机上都安装有DVD- ROM，速度一般为4倍速。 这种驱动器也是支持多模式的，如DVD- Video、DVD- ROM、 DVD- Audio、 DVD- RAM等等，并且向下兼容。 在DVD影碟播放时，与VCD播放一样，也有硬解压和软解压两种方法。 硬解压采用MPEG-2的解码芯片如C- Cube的CLM4400和4700系列，解压效果很好。而随着计算机整体处理能力的不断提高，软解压效果越来越理想，尤其是新一代的3D显示卡都集成了MPEG-2的解压电路，因此对DVD影像有很强的处理能力，再配合日益完善的解压软件系统，DVD取代CD已是必然的趋势。 ,2.2.2 光盘刻录机和可擦写光盘刻录机 在光盘刻录机的

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