第三章多媒體計算機系統(tǒng)組成

多媒體存儲技術多媒體功能卡多媒體信息獲取與顯示設備多媒體個人計算機CD-I交互式多媒體系統(tǒng)DVI多媒體計算機系統(tǒng)VCD與DVD播放系統(tǒng)多媒體工作站3.1多媒體存儲技術3.1.1多媒體信息存儲的特點多媒體信息存在和表現(xiàn)的形式

正文

包括文字和數(shù)據(jù)

向量圖形

圖元組成的圖形

位圖圖象

數(shù)字化聲音和高保真音響

數(shù)字化視頻3.1.2光盤存儲原理光存儲技術光存儲技術的產(chǎn)品化形式是由光盤驅(qū)動器和光盤片組成的光盤驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動器讀寫頭是用半導體激光器和光路系統(tǒng)組成的光頭,記錄介質(zhì)采用磁光材料。

光存儲技術原理改變一個存儲單元的性質(zhì),使其性質(zhì)的變化反映出被存儲的數(shù)據(jù);識別這種性質(zhì)的變化,就可以讀出存儲數(shù)據(jù)。光存儲單元的性質(zhì),例如反射率、反射光極化方向等均可以改變,它們對應著存儲二進制數(shù)據(jù)0(不變)、1(改變),光電檢測器能夠通過檢測出光強和光極性的變化來識別信息。高能量激光束可以聚焦成約1微米的光斑,因此光存儲技術比其它存儲技術有更高的容量。

光盤系統(tǒng)的特點與硬盤相比,具有可拆卸性;容量相當;驅(qū)動器較貴,但盤片便宜;讀寫速度慢。與磁帶相比,具有容量大、隨機存取性強的優(yōu)點。

激光頭與介質(zhì)無接觸,不受環(huán)境影響而退磁，信息保存時間長,可達30年以上。

光盤系統(tǒng)技術指標容量光盤盤片的容量平均存取時間在光盤上找到需要讀寫信息的位置所需時間數(shù)據(jù)傳輸率接口標準及格式規(guī)范等

存儲容量指它所能讀寫的光盤盤片的容量。光盤容量又分為格式化容量和用戶容量，采用不同的格式和不同驅(qū)動器,光盤格式化后容量不同。一般用戶容量比格式化容量要少,因為光盤還需要存放有關控制、校驗等信息。

平均存取時間是在光盤上找到需要讀寫的信息的位置所需要的時間。指從計算機向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令,到光盤驅(qū)動器可以接受讀寫命令為止的時間。一般取光頭沿半徑移動全程1/3長度所需要的時間為平均尋道時間,盤片旋轉(zhuǎn)一周的一半時間為平均等待時間,兩者加上讀寫光頭穩(wěn)定時間就是平均存取時間。

數(shù)據(jù)傳輸率有多種定義方式。一種是指從光盤驅(qū)動器送出的數(shù)據(jù)率,可以定義為單位時間內(nèi)光盤的光道上傳送的數(shù)據(jù)比特數(shù),這與光盤轉(zhuǎn)速、存儲密度有關。另一種定義是指控制器與主機間的傳輸率,它與接口規(guī)范、控制器內(nèi)的緩沖器大小有關。光盤的分類

CD-ROM只讀光盤

WORM一次寫多次讀光盤Rewritable可重寫光盤

CD-ROM最常用的光盤系統(tǒng),直徑約12cm,因為它容量大,約650MB,價格便宜,市場上頗受用戶的歡迎。CD-ROM光盤是由母盤壓模制成的,一旦復制成形,永久不變,用戶只能讀出信息。CD-ROM采用激光調(diào)制方式記錄信息,將信息以凹坑和凸區(qū)的形式記錄在螺旋形光道上。

WORM一次寫多次讀光盤WORM光盤在使用前首先要進行格式化,形成格式化信息區(qū)和邏輯目錄區(qū),利用激光照射介質(zhì),使介質(zhì)變異,利用激光不同的變化,使其產(chǎn)生一連串排列的“點”,從而完成寫的過程。引入文件分配表的概念,在光盤的根目錄下面是用戶定義的邏輯目錄,邏輯目錄對應文件管理區(qū)。在邏輯目錄建立同時,用戶可以根據(jù)需要,對其中重要數(shù)據(jù)進行加密。一旦寫入就不能再更改。

Rewritable可重寫光盤可重寫光盤或稱可擦寫光盤是最理想的光盤類型,也是最有應用前途的光盤類型。它像硬盤一樣可讀寫,利用浮動磁光頭在磁光盤上進行磁場調(diào)制,可進行高速重寫磁光記錄。

只讀光盤讀原理

只讀光盤上的信息是沿著盤面螺旋形狀的信息軌道以凹坑和凸區(qū)的形式記錄的。它既可以記錄模擬信息(如LaserVision系統(tǒng)),也可以記錄數(shù)字信號(如CD-DA)。

坑深0.12μm0.6μm1.6μm在螺旋形光道上以凹坑和凸區(qū)表示的信息001000100000100

圖3.1只讀光盤工作原理在光盤上記錄模擬信息模擬信號先進行頻率調(diào)制(FM),聲音信號加在經(jīng)過頻率調(diào)制的視頻信號上,所得到的綜合信號經(jīng)過雙向限幅,再轉(zhuǎn)換成光盤上長度不等的凹坑和凸區(qū),邊緣之間的長度反映了視頻信號頻率的高低和聲音信號的頻率和幅度。

在光盤上寫/讀數(shù)字信息光道上凹坑或凸區(qū)的長度是0.3微米的整數(shù)倍。凹凸交界的正負跳變沿均代表數(shù)字“1”,兩個邊緣之間代表數(shù)字“0”,“0”的個數(shù)是邊緣之間長度決定的。通過光學探測儀器產(chǎn)生光電檢測信號,從而讀出“0”、“1”數(shù)據(jù)。數(shù)字信號記錄的優(yōu)點是抗干擾能力強,由于盤片損壞或變臟而造成的讀出錯誤也容易得到糾正。

EFM編碼為了提高讀出數(shù)據(jù)可靠性,減少誤讀率,存儲數(shù)據(jù)采用EFM(EighttoFourteenModulation)編碼,即將1字節(jié)的8位編碼為14位的光軌道位,并在每14位之間插入3位“合并位”以確?！?”碼間至少有2個“0”碼,但最多有10個“0”碼?？芍貙懝獗P的擦寫原理光盤記錄方式可分為兩大類：磁光式相變式

磁光式擦寫原理當前國際上較流行的是磁光式,該盤普遍采用玻璃盤基上再加四層膜結(jié)構(gòu)組成,它是以稀土—過渡金屬非晶體垂直磁化膜作為記錄介質(zhì)光學膜和保護膜的多層夾心結(jié)構(gòu)。兩種磁光寫操作方法居里點記錄(稀土—鐵合金膜介質(zhì))補償點記錄(稀土—鈷合金膜介質(zhì))

磁光寫的過程用激光照射光盤垂直膜面磁化方向上的磁化物質(zhì)，并對其垂直磁化。利用磁性物質(zhì)居里點熱磁效應,在某一方向飽和式磁化,用激光對需要存儲信息“1”的單元區(qū)域加熱,使其溫度超過居里點,失去磁性。在盤的另一面上施加一個外磁場,使被照單元反向磁化,這樣該單元磁化方向與其它未照射單元方向相反,從而生產(chǎn)一個信息存儲狀態(tài)“1”,而其它未經(jīng)照射單元相當于存儲信息“0”。信息擦去過程與寫過程剛好相反，即恢復原來的磁化方向。

相變式擦寫原理利用記錄介質(zhì)的兩個穩(wěn)態(tài)之間的互逆相結(jié)構(gòu)的變化來實現(xiàn)信息的記錄和擦除。兩種穩(wěn)態(tài)是反射率高的晶態(tài)和反射率低的非晶態(tài)(玻璃態(tài))。寫過程是把記錄介質(zhì)的信息點從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)。擦過程是寫過程的逆過程,即把激光束照射的信息點從非晶態(tài)恢復到晶態(tài)。3.1.3光盤標準

1.光盤發(fā)展歷史

1972年9月5日Philips公司向國際新聞界展示了長時間播放電視節(jié)目的光盤系統(tǒng),在光盤上記錄的是模擬電視信號。1978年,SONY生產(chǎn)的影碟機正式投放市場,光盤的直徑為30厘米,一片雙面盤的播放時間可達2小時。1979年,Philips公司發(fā)表了激光唱機(CompactDiskPlayer)。光盤的規(guī)范和標準

CD-DACD-ROMCD-V(Video)可錄CDCD-ICD-ROMXAPhoto-CDVideoCD

CD-DA1981年制定紅皮書,即CD-DA(DigitalAudio)激光數(shù)字音頻光盤的規(guī)范。這個標準是CD的最基本標準。

CD-ROM1985年制定黃皮書,經(jīng)修訂,1988年正式作為國際標準ISO9660,1991年又推出了ISO9660Ⅱ。

CD-V(Video)從紅皮書發(fā)展而來,在影碟機上使用,視頻信息可以輸出到電視機。

可錄CD可錄CD(RecordableCD)盤的橙皮書標準。可錄CD分為兩類,即CD-MO和CD-WO。CD-MO稱為磁光盤,可重寫;CD-WO又稱CD-R,這種盤一旦用戶寫入數(shù)據(jù)就不能抹掉。

CD-I1987年制定綠皮書規(guī)范用于交互式多媒體CD-I系統(tǒng)中。1992年推出第二代CD-I,可播放交互式視頻圖象。

CD-ROMXA(ExtendedArchitecture)1988年,Philips、SONY及Microsoft制定CD-ROM擴展結(jié)構(gòu),1991年又制定CD-ROMXAⅡ規(guī)范,對應于ISO9660Ⅱ。

Photo-CD像片光盤,1991年Philips和KODAK對外發(fā)布Photo-CD,1992年制定規(guī)范。用于存放數(shù)字化的靜態(tài)照片。

VideoCD1993年制定的白皮書規(guī)范,采用MPEG壓縮算法壓縮動態(tài)圖象。它能使VideoCD節(jié)目能夠在CD-I、CD-ROM/XA和VideoCD播放機上播放。2.CD-ROM的性能指標

(1)容量約為650MB。(2)數(shù)據(jù)傳送速率最初推出為150KB/S,稱為單速,后又推出倍速(300KB/S),四速(600KB/S),…,48X等光驅(qū)。(3)存儲緩沖器早期為64KB,目前常用的為128KB或256KB。(4)存取時間200～400ms(5)誤碼率1/1012～1/1016,采用復雜的糾錯編碼技術降低了誤碼率。

(6)體積光盤驅(qū)動器的大小一般為41mm(H)×146mm(W)×206mm(D)(7)接口采用SCSI接口、IDE接口和AT總線接口。接口可以集成在音頻板、視頻板或主機板上,也可以是一塊單獨的板。(8)MTBF(MeanTimeBetweenFailures)平均無故障時間約為25000小時左右。(9)兼容性支持Photo-CD和CD-ROMXA。

3.光盤的規(guī)范及格式

CD-DA規(guī)范及格式CD-ROM規(guī)范及格式CD-I光盤的數(shù)據(jù)格式激光視盤CD-DA規(guī)范及格式

CD-DA即激光唱盤,光盤的物理規(guī)格為直徑12cm,內(nèi)徑1.5cm,厚度0.12cm,重量14克。這種光盤常采用常線速(CLV)伺服方式,逆時針旋轉(zhuǎn)。其螺旋線光道上等長分段,每段稱為一個扇區(qū)。每個扇區(qū)都存放定量數(shù)據(jù)塊,并以特定的地址標記,其單位為“分”、“秒”、“扇區(qū)”,即1分=60秒,1秒=75扇區(qū)。光道總長度為74分,即可存放74分鐘高音質(zhì)非壓縮的音頻信號。

CD-DA每個扇區(qū)的音頻數(shù)據(jù)分為許多稱為幀的單元,每幀共有33個字節(jié)。一幀中每個通道有6個音頻數(shù)據(jù),有左右2個通道,每個通道的樣本值是16位的數(shù)據(jù),共24個字節(jié)。一幀中有8個校驗字節(jié)和1個“控制與顯示(C&D)”字節(jié)。錯誤的檢測和校正采用的是CIRC(CrossInterleaveReed-SolomonCode)碼。圖3.2CD-DA幀及扇區(qū)格式

C&D1B音頻數(shù)據(jù)12B校驗4B音頻數(shù)據(jù)12B校驗4B8位8位8位…8位24位3位143143143…143幀0幀1幀2…幀971扇區(qū)1幀同步位合并位33字節(jié)EFM調(diào)制588個通道位CD-ROM同樣是把光軌道分為等長的扇區(qū),使用分、秒、扇區(qū)的數(shù)據(jù)編址方法,采用常線速伺服方式。它與CD-DA的不同主要在每個扇區(qū)中數(shù)據(jù)格式的不同。CD-ROM光盤有兩種格式:Mode1和Mode2。

Mode1格式Mode2格式SYNC12BHEADER4BUSERDATA2048BEDC4BSPACE8BECC276BSYNC12BHEADER4BUSERDATA2336B圖3.3CD-ROM的Mode1和Mode2格式

Mode1和Mode2格式相同之處

這兩種方式的扇區(qū)首部都是12字節(jié)的同步碼(SYNC),其前后為“00H”而中間10個字節(jié)存放“FFH”數(shù)據(jù)。緊接著的4個字節(jié)為地址字段,或稱扇區(qū)頭(HEADER),它采用分、秒、扇區(qū)號的制式確定地址標號,地址字段中設置了MODE字節(jié),指明該扇區(qū)是哪種格式

Mode1和Mode2格式不同之處用戶數(shù)據(jù)量不同。Model1為2048個字節(jié),Mode2為2336個字節(jié)。存貯數(shù)據(jù)的類型不同。Mode1用于存放對錯誤極為敏感的數(shù)據(jù),如計算機程序等;而Mode2用于存放對錯誤不太敏感的數(shù)據(jù),如聲音、圖象、圖形等。Mode2的數(shù)據(jù)經(jīng)過CIRC檢驗后的誤碼率為1/109,對聲音、圖象類的數(shù)據(jù)可以不必做進一步校驗;而要滿足計算機數(shù)據(jù)誤碼率小于1/1012的要求,則應對Mode1的數(shù)據(jù)作進一步校驗。

Mode1中的容錯機制

用了4個字節(jié)作為錯誤檢測碼(EDC),采用的循環(huán)冗余校驗碼CRC,只能檢測是否有錯用276個字節(jié)作為錯誤校正碼(ECC),可以校正扇區(qū)中多個字節(jié)錯誤。通過兩級校驗，Mode1中數(shù)據(jù)誤碼率可以降到1/1012。CD-ROMXA

它所定義格式包括與CD-I格式相同的FORM1和FORM2格式，解決了普通CD-ROM驅(qū)動器不能讀CD-I格式光盤的問題。

CD-ROMXA的數(shù)據(jù)格式(FORM1,FORM2)SYNC12BHEADER4BSUBHEADER8BUSERDATA2048BEDC4BECC276BSYNC12BHEADER4BSUBHEADER8BUSERDATA2324BEDC4B圖3.4CD-ROMXAFORM1和FORM2格式

CD-ROMXA在HEADER后面增加了8個字節(jié)信息來進一步說明扇區(qū)中用戶數(shù)據(jù),其中存放有數(shù)據(jù)類型(音頻、視頻、數(shù)據(jù)等)格式形式,觸發(fā)位(記錄開始、文件結(jié)束、實時性等),數(shù)據(jù)編碼信息(ADPCM、CLUT、DYUV等)。這樣CD-ROMXA驅(qū)動器可通過對子頭信息的識別,讀出數(shù)據(jù)區(qū)中多種媒體的信息,特別地能正確讀出CD-I中采用ADPCM壓縮的音頻數(shù)據(jù)。

CD-ROM卷和文件結(jié)構(gòu)卷和文件結(jié)構(gòu)由邏輯塊(512×2n字節(jié))和邏輯扇區(qū)(2048×2n字節(jié))、記錄、文件、卷、卷集等多級結(jié)構(gòu)定義。由于CD-ROM驅(qū)動器的平均尋道時間較長,為了能高速檢索CD-ROM光盤上文件,ISO為CD-ROM光盤的文件目錄結(jié)構(gòu)規(guī)定了路徑表圖3.5CD-ROM目錄結(jié)構(gòu)和路徑表

CD-I光盤的數(shù)據(jù)格式

CD-I光盤的數(shù)據(jù)格式是從CD-DA和CD-ROM光盤格式演變而來的。其扇區(qū)格式與CD-ROMXA相同,它有三個區(qū)：導入?yún)^(qū)(Lead-inArea),節(jié)目區(qū)(ProgramArea)和導出區(qū)(Lead-outArea)。CD盤上的信息均采用EFM記錄方式進行記錄。由于光盤原始誤碼率較高,所以都采用能糾突發(fā)錯誤的CIRC碼。

CD-I光盤的導入?yún)^(qū)是由若干個空扇區(qū)組成的,這樣做的目的是使識別節(jié)目區(qū)變得容易。CD-I光盤可以有多到99條光道,編號為1～99。CD-I光盤的導出區(qū)或者是空扇區(qū)(最后一條光道是CD-I光道時)或者是無聲的幀(最后一條光道是CD-DA光道)圖3.6CD盤結(jié)構(gòu)圖3.7只有CD-I光道的CD-I盤結(jié)構(gòu)

導入?yún)^(qū)166信息扇區(qū)盤標記2250信息扇區(qū)CD-I數(shù)據(jù)導出區(qū)節(jié)目區(qū)光道1含有CD-DA光道的CD-I光盤,第一條光道必須是CD-I光道;且任一條CD-I光盤上的CD-DA光道必須在CD-I光道之后。一片CD-I光盤上的CD-DA光道可以有一條或多條CD-DA光道,但最多不超過98條。而一條光道的長度可以是300個扇區(qū)(相當于4秒)和325000個扇區(qū)(相當于最長的超級HiFi播放72分鐘)之間的數(shù)。導入?yún)^(qū)166B信息扇區(qū)

盤標記

2250信息扇區(qū)

CD-I數(shù)據(jù)

2250信息扇區(qū)

CD-DA導出區(qū)

圖3.8有CD-I和CD-DA光道的CD-I盤結(jié)構(gòu)節(jié)目區(qū)光道1光道n

CD-DA(n<=99)

CD-I光盤的導出區(qū)或者是空扇區(qū)(最后一條光道是CD-I光道時)或者是無聲的幀(最后一條光道是CD-DA光道)

CD-I盤上的所有數(shù)據(jù)都以文件形式存放,任何一個文件都可以通過盤上的路徑表取出。每個文件都有文件描述符記錄,存放于文件目錄中。文件描述符記錄包含有文件名、文件號、文件大小、地址、擁有者、屬性、交叉存取因子、讀取許可權。文件分為目錄文件、實時文件和標準文件。CD-I的數(shù)據(jù)以兩種專門的數(shù)據(jù)格式FORM1和FORM2記錄。如光盤是用FORM1記錄,因為它有EDC和ECC碼,CD-I系統(tǒng)利用它們可以獲得誤碼率小于1/1013數(shù)據(jù)。

激光視盤

激光視盤也是一種只讀光盤,家用激光視盤又稱為影碟機,是獨立的視頻播放設備,與音響設備和電視機(監(jiān)視器)相連就可以播放視盤。計算機可以通過外設接口與視盤播放機相連,視盤在多媒體應用形式主要是“交互式視盤”,由計算機控制視盤的播放、視頻幀的尋址和顯示。

視盤與前述的幾種光盤原理結(jié)構(gòu)一樣

視盤的型號大-12英寸，小-12CM視盤有兩種信息記錄格式常線速(CLV)

常角速(CAV)

CLV型視盤扇區(qū)長度為常數(shù),以緊湊形式存放信息,每盤可以存放60分鐘的視頻信號。當驅(qū)動器從內(nèi)圈到外圈讀盤時,由于內(nèi)圈和外圈存放的信息量不同,所以轉(zhuǎn)速也不同。在內(nèi)圈可達到每分鐘1800轉(zhuǎn),在外圈軌道每分鐘約600轉(zhuǎn)。

CAV型視盤以類似于磁盤的方式劃分扇區(qū),扇區(qū)長度從內(nèi)圈到外圈逐漸增加,每盤僅可存放30分鐘視頻信號。優(yōu)點是驅(qū)動器讀盤時,從內(nèi)圈到外圈,轉(zhuǎn)速一致,對NTSC制式,CAV視盤轉(zhuǎn)速為每分鐘1800轉(zhuǎn),對PAL制式,CAV視盤轉(zhuǎn)速為每分鐘1500轉(zhuǎn)。這種信息存放格式有利于單幀訪問、搜索、幀序列的隨機訪問等功能，適合于多媒體平臺。VideoCD標準VideoCD標準是目前流行的視頻光盤標準,它描述一個使用CD格式和MPEG-1標準的數(shù)字電視播放系統(tǒng)。VideoCD定義了MPEG光道的結(jié)構(gòu),它由MPEG-Video扇區(qū)和MPEG-Audio扇區(qū)組成。光道上的Video(電視圖象)和Audio(聲音)是按MPEG-1的規(guī)定進行編碼。MPEG-Video扇區(qū)和MPEG-Audio扇區(qū)是交錯存放在光道上。圖3.9VideoCD結(jié)構(gòu)…VVVVAVVVVVAVVVVVAVV…信息包開始碼4BSCR(系統(tǒng)參考時鐘)5BMUX速率3B信息包數(shù)據(jù)2312B信息包開始碼4BSCR(系統(tǒng)參考時鐘)5BMUX速率3B信息包數(shù)據(jù)2292B0020BVideoCD光道結(jié)構(gòu)MPEGVideo扇區(qū)的一般結(jié)構(gòu)MPEGAudio扇區(qū)的一般結(jié)構(gòu)4.CD-ROM光盤制作過程

(1)數(shù)據(jù)準備(2)主盤制作(3)復制光盤圖3.10CD-ROM光盤制作過程

3.1.4DVD光盤MPEG-2的視頻質(zhì)量是廣播級質(zhì)量,為解決其MPEG-2數(shù)據(jù)存儲問題,研制了DVD并于1995年完成標準化方案。DVD盤片尺寸與CD相同,容量最高的雙層雙面盤可達17GB。單面單層DVD盤能夠存儲4.7GB的數(shù)據(jù),存儲133分鐘的MPEG-2視頻,其分辨率與現(xiàn)在電視相同,并配備DolbyAC-3/MPEG-2音頻質(zhì)量的聲音和不同語言的字幕。表3.1DVD系列標準與CD系列標準DVD系列CD系列BookA：DVD-ROMCD-ROMBookB：DVD-VideoVideoCDBookC：DVD-AudioCD-AudioBookD：DVD-RecordableCD-RBookE：DVD-RAMCD-MO

表3.2DVD-Video的規(guī)格數(shù)據(jù)傳輸率可變速率,平均速率為4.69Mbps,最大速率10.7Mbps圖象壓縮標準MPEG-2標準聲音標準NTSC:DolbyAC-3或LPCM,可選用MPEG-2AudioPAL/SECAM:MPEGMUSICAM5.1或LPCM,可選用DolbyAC-3通道數(shù)多達8個聲音通道和32個字幕通道

從外觀和尺寸上看,DVD盤和CD-ROM盤沒什么差別,直徑均為120mm,厚度為1.2mm;新的DVD播放機能夠播放已有的CD激光唱片和VCD。不同點:DVD光道之間的間距由原來的1.6μm縮小到0.74μm,而記錄信息的最小凹坑凸區(qū)長度由原來的0.83μm縮小到0.4μm，這是DVD盤存儲容量提高到4.7GB的主要原因。DVD信號的調(diào)制方式和錯誤校正方法也做了相應的修正以適合高密度的需要,它采用效率較高的8比特到16比特+(EFMPLUS)調(diào)制方式,DVD校驗系統(tǒng)采用更可靠的RS-PC(ReedSolomonProductCode)。DVD播放機也采用波長更短(由780nm減小至635/650nm)的激光源來提高聚焦激光束的精度。3.2多媒體功能卡

包括視頻信號捕捉、壓縮、處理、播放的視頻卡,音頻卡,VGA與TV的轉(zhuǎn)換卡,圖形加速卡,光盤接口卡等。通過這些功能卡將計算機與各種外部設備相連,構(gòu)成一個制作和播出多媒體系統(tǒng)的工作環(huán)境。具有代表性的多媒體功能卡:聲音卡、視頻卡3.2.1聲音卡

聲音卡或音頻卡是處理音頻信號的計算機插件,它是普通計算機向MPC升級一種重要部件。目前作為微機必備功能集成在主板上.MPC所用聲音卡由專用DSP芯片管理聲音的輸入輸出和MIDI操作。音頻數(shù)據(jù)是8位或16位的PCM數(shù)據(jù)或壓縮格式ADPCM數(shù)據(jù)。

聲霸卡(SoundBlaster,SB)及其特點：(1)立體聲或單聲道聲音采樣(ADC)和重放(DAC);(2)采樣速率從4KHz到44KHz程序可調(diào);(3)功能強大的FM音樂合成芯片(128種音色);(4)MIDI接口和游戲桿端口;(5)CD-ROM驅(qū)動器及接口;(6)可選擇多種聲源(麥克風、CD唱機、線路輸入);(7)內(nèi)帶的混聲器芯片可以控制各種數(shù)字與模擬音量;(8)音箱輸出接口有功放功能。隨SB系列卡還帶有豐富的軟件,主要是：

(1)聲音編輯,錄制、播放、修改聲音;(2)文本到聲音轉(zhuǎn)換(TTS);(3)語音識別,利用VoiceAssist支持用語音控制計算機執(zhí)行Windows命令;(4)調(diào)頻電子琴,將計算機變成一臺功能齊全的電子琴;(5)樂曲文件播放,支持MIDI和CMF兩種樂曲文件;(6)軟件開發(fā)工具,供二次開發(fā)使用。音頻卡主要由下列部件組成:

MIDI輸入/輸出;MIDI合成芯片;帶有脈沖編碼調(diào)制電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換器;壓縮芯片;語音合成器;語音識別電路;音頻輸出或線輸出的輸出電路等。其結(jié)構(gòu)如書中圖3.11所示。圖3.11音頻卡的結(jié)構(gòu)框圖

圖3.12數(shù)字化聲音的獲取與處理流程

3.2.2視頻卡

C-Cube公司CL550簡介

CL550用了40多萬只晶體管集成了JPEG壓縮編碼所需的DCT/逆向DCT單元、量化器、可變長編碼器等單元。壓縮率可以通過修改量化表和VLC表的內(nèi)容來改變。當執(zhí)行JPEG的有損壓縮算法時,可按不同的圖象質(zhì)量、存儲器容量、帶寬等應用環(huán)境來設置不同的壓縮比。壓縮比可以從8:1到100:1之間任意選擇。CL550專用芯片上還提供有數(shù)字視頻接口和直接與系統(tǒng)總線相連的接口,視頻接口支持8位灰度、RGB、CMYK及YUV數(shù)字信號的輸入和輸出。圖3.13CL550框圖視頻接口余弦變換/反余弦變換

量化器壓縮/解壓縮Huffman編碼主機接口

量化表解碼表塊存儲FIFO128*13/////控制地址數(shù)據(jù)11163218控制地址/數(shù)據(jù)壓縮時的數(shù)據(jù)流方向象素總線接口PBI主機總線接口HBICL550編碼過程圖象象素數(shù)據(jù)經(jīng)過象素總線接口(PBI)輸入到CL550處理器。數(shù)字化數(shù)值在輸入到緩沖單元塊存儲后,以獨立分量存儲。每個分量的8×8象素點陣數(shù)據(jù)首先由DCT單元處理,之后DCT系數(shù)矩陣根據(jù)用戶編程選擇的量化表,由量化單元進行量化處理。在CL550器件內(nèi)部的量化矩陣存儲區(qū)中,可同時存儲4個64字長的量化系數(shù)矩陣,分別適用于不同的彩色分量。量化后的矩陣被Z形掃描順序掃描處理,對直流系數(shù)(DC)和交流系數(shù)AC分別表示,而后再同時對DC和AC兩部分共同完成哈夫曼編碼查表處理。哈夫曼編碼的結(jié)果最終作為JPEG壓縮后的數(shù)據(jù)傳送到主機總線接口(HBI),成為最終的處理結(jié)果。

CL550解碼過程圖象解碼過程與編碼過程相反,JPEG標準格式的壓縮數(shù)據(jù)輸入到哈夫曼解碼單元解碼,又返回FIFO區(qū)域等待進行下一步處理。游程編碼解碼單元從FIFO區(qū)域中讀出解碼后的數(shù)據(jù),生成交流系數(shù)AC值,并進行Z形掃描生成8×8點陣格式。而生成的DC值另做處理。然后進行逆量化和逆DCT,處理的結(jié)果輸入到輸出緩沖區(qū)中,而后象素總線接口取出這里的視頻象素數(shù)據(jù),按照一定的視頻同步時序,輸出到象素數(shù)據(jù)總線,供顯示設備使用。

利用其內(nèi)部的320階流水線處理結(jié)構(gòu),將JPEG算法每一操作運算都分解安排到流水線每一階中。CL550-30處理器可以工作在29.41MHz的時鐘頻率,這就使得流水線處理可以在每秒內(nèi)完成109次運算,這樣的處理速度應用于JPEG算法時,每秒可壓縮14.7M圖象象素點。CL550-10每秒也可壓縮5M圖象象素數(shù)據(jù),CL550-35每秒可壓縮17.5M圖象象素數(shù)據(jù)

C-Cube公司基于CL550推出靜態(tài)圖象壓縮板系列產(chǎn)品可運行基本環(huán)境包括80386(33MHz主頻)CPU,ISA或EISA總線結(jié)構(gòu),VGA顯示卡(8位、16位或24位),Windows3.10,4MBRAM,50MB以上硬盤。另外,這些產(chǎn)品可支持多種圖象文件格式。許多公司圍繞CL-550設計各種圖象板以滿足多媒體系統(tǒng)的應用,如多媒體信息系統(tǒng),圖象處理,掃描儀,數(shù)字攝象機,電視電話,彩色傳真等CL450

C-Cube公司推出CL450系列產(chǎn)品及CL680解碼器就是其中較好的產(chǎn)品。CL450包括RISC處理器、Huffman解碼器、DRAM控制器、視頻顯示控制器等單元,三條總線是主機總線、DRAM總線、象素總線。CL450完全遵從MPEG標準,能實現(xiàn)RGB和YUV格式的相互轉(zhuǎn)換,支持NTSC和PAL制式,能完成SIF分辨率(352×240,30Hz或352×288,25Hz)的實時解碼,并支持視頻和音頻的同步,可全部或部分顯示解碼后圖象。圖3.14CL450解碼器框圖

主機接口

編碼數(shù)據(jù)FIFO棧HUFFMAN解碼單元CPUDRAM控制器位流緩沖器幀緩沖器主機接口

視頻接口數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)地址控制數(shù)據(jù)控制控制地址視頻顯示控制器DRAM接口

CL450通過執(zhí)行宏碼完成高層次功能。宏碼由C-Cube和硬件提供,并且把它作為產(chǎn)品一部分。在CL450完全操作之前,宏碼必須由軟件裝入CL-450中,C-Cube公司提供的源碼供用戶在其目標系統(tǒng)中修改和編譯。應用程序可以兩種方式操作CL450,它們是寄存器操作方式和宏命令操作方式。CL450產(chǎn)品主要面向低成本應用,例如CD-I系統(tǒng)、視頻游戲、交互式多媒體系統(tǒng)、交互式電視等。

視頻采集卡視頻采集卡將視頻信號連續(xù)轉(zhuǎn)換為計算機存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù),其典型產(chǎn)品如Creative公司的視霸卡,它是具有良好性能的視頻處理卡。其工作原理如下:視頻信號源、攝像機、錄像機或激光視盤的信號首先經(jīng)A/D變換,通過多制式數(shù)字解碼器得到Y(jié)UV數(shù)據(jù),然后由視頻窗口控制器對其進行剪裁,改變比例后存入幀存儲器。幀存儲器的內(nèi)容在窗口控制器的控制下,與VGA同步信號或視頻編碼器的同步信號同步,再送到D/A變換器變成模擬RGB信號,同時送到數(shù)字式視頻編碼器進行視頻編碼,最后輸出到VGA監(jiān)視器及電視或錄像機。

圖3.15

視頻采集卡結(jié)構(gòu)框圖圖3.16

窗口控制器的邏輯框圖(1)A/D變換和數(shù)字解碼;(2)窗口控制器;(3)幀存儲器系統(tǒng);(4)數(shù)模變換和距陣變換;(5)視頻信號和VGA信號的疊加;(6)數(shù)字式多制式視頻信號編碼部分。3.3多媒體信息獲取與顯示設備

多媒體計算機必須配置必要的外部設備來完成多媒體信息獲取和顯示的功能常見有鼠標、光筆、掃描儀、攝像機、觸摸屏、彩色顯示器、打印機等設備。

3.3.1圖像獲取設備

數(shù)字化圖像獲取設備常見的有掃描儀、數(shù)字照相機等靜態(tài)圖像獲取設備和攝像機等視頻圖像獲取設備。

1.圖象數(shù)字化自然景物成象后的圖象信息以照片或視頻記錄介質(zhì)的形式保存,這些圖象須數(shù)字化成計算機能處理的數(shù)字化信息,才能被多媒體計算機處理。對于照片和視頻圖象來說,不管是從圖象信息的空間分布和亮度(顏色)分布都是連續(xù)的,這些連續(xù)的信息量必須離散化,離散化的過程即數(shù)字化處理過程,它應該包括空間位置的離散和亮度電平的離散化。

步驟：采樣,量化,模數(shù)變換

空間采樣一幅圖象在二維方向上分成M×N個網(wǎng)格,每個網(wǎng)格用一個亮度值來表示該區(qū)域亮度,這樣一幅圖象就離散化為M×N個亮度值來表示。這個過程稱為圖象的采樣,其中M×N稱為采樣的分辨率,網(wǎng)格的亮度值即為采樣值。

圖3.17圖像的采樣…NM

空間采樣的分類一維采樣用掃描方式(如傳真、掃描儀等)把二維圖象轉(zhuǎn)化為一維隨時間變化的信號。這樣得到的一維行掃描信號經(jīng)采樣實現(xiàn)圖象數(shù)字化。二維采樣是目前發(fā)展的固體攝象器件采用的通用方法,它把光電轉(zhuǎn)換和采樣功能結(jié)合起來。固體攝象器件由M×N個光敏元件構(gòu)成,每個光敏元件對應一個采樣點,M×N個光敏元件構(gòu)成M×N個采樣點。

量化所謂量化就是把連續(xù)的亮度值分為K個區(qū)間,每個區(qū)間上對應著一個亮度I。落于區(qū)間i中的任何亮度值都以亮度值Ii表示,共有K個不同亮度值。按照量化區(qū)間劃分方法,量化可分為均勻量化和非均勻量化。區(qū)間12…K亮度I1I2IK表3.3區(qū)間與亮度對應關系

模數(shù)變換實現(xiàn)量化的過程稱為模數(shù)變換,這個過程一般采用PCM量化器來實現(xiàn),PCM量化是均勻量化。非均勻量化一方面可利用PCM量化的結(jié)果,根據(jù)信號特性處理為非均勻量化的數(shù)據(jù);另一方面也可以利用專門的非均勻量化器來實現(xiàn)。另外,還要考慮圖象數(shù)據(jù)采樣過程中產(chǎn)生的失真和噪聲,包括疊加噪聲,孔徑效應及插入噪聲等。2.圖象掃描儀

80年代中期出現(xiàn)的光機電一體化高科技產(chǎn)品?；驹硎菍⒎从硤D象特征的光信號轉(zhuǎn)換成計算機可接受的電信號。工作過程–CCD,光電轉(zhuǎn)換圖象掃描儀是最常用的靜態(tài)圖象輸入設備它往往配置大量的管理和控制掃描過程軟件及文字識別、排版、圖文數(shù)據(jù)庫等軟件,使掃描儀提供很強圖文信息獲取能力。掃描儀還提供設置掃描區(qū)域、分辨率、亮度、圖象深度等參數(shù),掃描后圖象還可進一步處理。

圖象掃描儀的種類平板式手持式滾動式3.電視攝像機電視攝象機由攝象鏡頭管、同步信號發(fā)生電路、偏轉(zhuǎn)電路、放大電路、電源等部分組成。來自被攝物體的光通過光學系統(tǒng)在攝象管的靶上形成光學圖象,這個光學圖象經(jīng)攝象管轉(zhuǎn)換成電信號,以視頻信號方式輸出被攝圖象。彩色圖象攝取重要的是分離出三基色信號,利用濾色片、分色鏡或棱鏡等把光分解成三基色

最新產(chǎn)品不用電子管作光電轉(zhuǎn)換,用電荷耦合器件CCD等固態(tài)攝象器件,這種器件具有體積小、重量輕、省電、壽命長、可靠性高等優(yōu)點。

2.3.2顯示設備多媒體計算機系統(tǒng)中信息顯示的設備主要有PC機的顯示系統(tǒng)。包括兩部分:顯示器,顯示適配器。顯示適配器由寄存器、視頻存儲器和控制電路三部分組成,其中視頻存儲器包括顯示幀緩存RAM和存放BIOS的ROM。顯示適配器可以是一塊插入PC總線的擴展卡或集成在主板上。顯示器與顯示適配器相配。主要有兩類,即多同步顯示器和平面直角顯示器

從掃描頻率角度來分,顯示器主要有固定掃描頻率與可變掃描頻率兩種。

2.3.3觸摸屏觸摸屏最早出現(xiàn)于70年代,90年代隨著多媒體應用得到成熟和推廣觸摸屏包括3個部分:傳感器;控制部件;驅(qū)動程序觸摸屏的分類(按工作原理):

紅外線觸摸屏電阻式觸摸屏電容式觸摸屏表面聲波技術底座式矢量壓力測力觸摸屏等。紅外線觸摸屏工作原理紅外觸摸屏有內(nèi)置式和外掛式兩種

電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏感應器是一塊覆蓋電阻性柵格的玻璃，再在上面蒙上一層涂有導電涂層并有特殊模壓凸緣的聚脂薄膜。凸緣避免其表面的涂層與玻璃的涂層接觸。控制器向玻璃4角加有穩(wěn)定的5伏電壓,并讀取導電層的電壓值。當屏幕被觸摸時,壓力使聚脂薄膜凹陷而碰到玻璃,導電層接觸?？刂破飨虿ＡУ膬蓚€鄰角加電壓,并把對面兩個角接地,于是電阻柵格使玻璃片上形成從矩形的一邊到另一邊線性變化的電壓階梯,控制器從兩個方向測出觸摸點的電壓值,從而計算出觸摸的精確位置.電容式觸摸屏這種觸摸屏由模擬感應器和智能雙向控制器組成。感應器是塊透明的玻璃,表面有導電涂層,其上覆蓋一層保護性玻璃外層。它工作時在感應器邊緣的電極產(chǎn)生分布的電壓場,用手指或其它導電體觸摸導電涂層時,電容改變,電壓場變化，控制器檢測這些變化,從而確定觸摸的位置?？刂破靼褦?shù)字化的位置數(shù)據(jù)傳到主機,以實現(xiàn)人機的交互。電容式觸摸屏的感應器安裝在監(jiān)視器內(nèi)部,外部與普通監(jiān)視器一樣,可靠性較高。

表面聲波觸摸屏

表面聲波是應變能僅集中在物體表面?zhèn)鞑サ膹椥圆āAW觸摸屏在一片玻璃的每個角上裝有兩個發(fā)射器和兩個接收器,一系列的聲波反射器被嵌進玻璃中,沿著兩面從頂至底穿過玻璃。發(fā)射器朝一個方向發(fā)射5MHz的短脈沖。當脈沖離開一角后,就會不斷地被每個反射器反射回來一部分聲波。當觸摸玻璃的某點就阻礙了脈沖能量通過那點反射到達接收機，于是從接收的脈沖信號中就見到一段缺口。脈沖起點至下跌點間的時間長度就確定了觸摸點的坐標?？刂破魍ㄟ^互換兩對發(fā)射器和接收器，就可測出觸摸在X及Y方向的坐標矢量壓力測力觸摸屏

這種觸摸屏的原理是在CRT外面蓋上一塊四角裝有應力計的平板玻璃。當玻璃受到壓力時,應力計就會出現(xiàn)電壓或電阻等電氣特性的變化。壓力越重,變化值就越大。每個角記錄這些變化?？刂破髯x取每個角的記錄值,并計算觸壓位置。這種觸摸屏分辨率較低。觸摸屏的支持軟件

DOS設備驅(qū)動程序仿真程序-MOUSE仿真軟件輔助開發(fā)工具

圖3.18觸摸屏的支持軟件

3.4多媒體個人計算機

所謂多媒體個人機(MPC)就是具有多媒體處理功能的個人計算機。MPC配置特點

(1)一個功能強大,速度快的CPU；(2)大容量的存儲器空間；(3)高分辨率顯示接口與設備；(4)可處理音響的接口與設備；(5)可處理圖象的接口與設備；(6)可存放大量數(shù)據(jù)的配置等。

MPC配置(擴充)(1)光盤驅(qū)動器(2)音頻卡(3)視頻卡(4)掃描卡(5)打印機接口(6)交互控制接口(7)網(wǎng)絡接口(8)圖形加速卡

其它多媒體計算機

Macintosh多媒體計算機Amiga多媒體個人計算機

3.5CD-I交互式多媒體系統(tǒng)

CD-I系統(tǒng)是家用交互式多媒體系統(tǒng),它是Philips公司和Sony公司于1986年4月聯(lián)合推出的一種電視計算機或稱SmartTV系統(tǒng)。該系統(tǒng)把各種多媒體信息存放在容量為650MB的只讀光盤上,用戶可通過CD-I系統(tǒng)讀取光盤的內(nèi)容來進行演播,光盤的數(shù)據(jù)使用CD-I格式存放。CD-I的正式商品于1991年面市,用戶可以交互式地把家用電視機和計算機相連,通過鼠標器、操縱桿、遙控器等裝置選擇人們感興趣的視聽節(jié)目進行播放,是一種較好多媒體系統(tǒng)產(chǎn)品

1.CD-I基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CD-I基本系統(tǒng)主要有5部分構(gòu)成

(1)音頻處理子系統(tǒng)(2)視頻處理子系統(tǒng)(3)多任務的操作系統(tǒng)(4)CD播放機(5)微處理器、存儲器、鍵盤、定位裝置和CSD字體模塊

圖3.19CD-I基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)音頻處理子系統(tǒng)視頻處理子系統(tǒng)存取控制器RAM定位裝置鍵盤選件ROMCD-RTOSCSD字體CD-DA控制器CD-I接口MPUDMA控制器NVRAM時鐘日歷CD播放機RGB視頻信號左通道右通道數(shù)據(jù)控制信號數(shù)據(jù)和控制BUS2.CD-I音頻子系統(tǒng)

CD-I基本系統(tǒng)有4種標準音質(zhì)的運行方式和一種非實時的語音音質(zhì)運行方式。CD-I除繼承CD-DA超級高保真音質(zhì)運行方式外，還有A、B、C三個音質(zhì)等級的運行方式。A級相當于LaserVision音質(zhì),B級相當于FM調(diào)頻廣播的音質(zhì),C級相當于AM調(diào)幅廣播的音質(zhì)。這4種音質(zhì)的語音為實時的語音。

表3.4CD-I音頻方式

級別采樣率(KHZ)位數(shù)/樣本頻率響應(KHZ)數(shù)據(jù)率(B/s)通道數(shù)數(shù)據(jù)流百分數(shù)播放時間(小時)CD-DAPCM超級HiFi44.116201711001立體聲100％1CD-IADPCMA(LV)37.8817851002立體聲50％2425004單通道25％4B(FM)37.8417425004立體聲25％4213008單通道12.5％8C(AM)18.948.5213008立體聲12.5％81060016單通道6.25％16非實時語音音質(zhì)是文本到語音編碼轉(zhuǎn)換而成的。CD-I有兩種接口用來輔助編碼這種音頻信息,它們是上層接口和下層接口。上層接口是處理器默認的字符集,下層接口是對8位PCM數(shù)據(jù)進行實時解碼。這兩種接口之間轉(zhuǎn)換由微處理器控制。聲音數(shù)據(jù)的解碼和控制是由CD-I音頻處理器來完成的.

CD-I音頻處理器的組成(1)解碼器ADPCM。(2)音頻處理單元。(3)特技處理器及聲音輸出。(4)CD-I接口單元。(5)音頻信號存儲器。(6)控制器。

圖3.20音頻處理器子系統(tǒng)3.CD-I視頻子系統(tǒng)

CD-I視頻處理子系統(tǒng)的功能是把CD-I光盤上的數(shù)字化視頻信號通過存儲和控制進行實時解碼、顏色切換、重疊控制,經(jīng)過混合處理而產(chǎn)生RGB信號輸出。圖3.21CD-I視頻處理子系統(tǒng)系統(tǒng)總線存儲體0(RAM)存取控制器存儲體1(RAM)實時解碼器0實時解碼器1顏色切換重疊控制平面重疊象素保存混合器圖像影響因素背景外部視頻DYUVCLUTRLDYUVCLUTRLRGBRGBRGBRGB平面A平面B模擬視頻壓縮與解碼原理

(1)一維的DYUV編碼自然圖象圖3.22DYUV圖象編碼(2)RGB5:5:5編碼高質(zhì)量圖形圖3.23RGB5:5:5編碼DU4位DY14位DU4位DY24位T1位Red5位Green高2位低3位Blue5位(3)CLUT編碼動畫

8位CLUT地址07位CLUT地址4位CLUT地址4位CLUT地址圖3.247位CLUT地址(4)一維行程編碼動畫01位3位CLUT地址03位CLUT1位地址行程長度(8位)01位3位CLUT地址11位3位CLUT地址圖3.25RL圖象編碼01位7位CLUT地址01位7位CLUT地址行程長度(8位)RL7RL3CD-I圖象是由4個圖象平面合成的。平面1是一個16×16象素的彩色游標平面,平面2和平面3是全屏幕圖象平面,平面4是背景平面。在軟件控制下,這些平面上的圖可以按各種要求疊加生成一幅畫面顯示。觀看方向背景平面全屏幕圖像平面游標平面1234圖3.26CD-I的圖象平面多媒體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多媒體硬件多媒體驅(qū)動程序多媒體系統(tǒng)軟件多媒體應用軟件多媒體驅(qū)動程序接口多媒體開發(fā)與創(chuàng)作工具CD-RTOS特點

CD-I有自己專用的實時操作系統(tǒng)CD-RTOS,它源于高性能的OS-9實時操作系統(tǒng),是用68000匯編語言寫成的。

CD-RTOS是多任務實時操作系統(tǒng)。

CD-RTOS的結(jié)構(gòu)是模塊化結(jié)構(gòu)。

CD-RTOS有設備獨立的I/O接口。

CD-RTOS能夠處理多級樹形結(jié)構(gòu)的目錄。

CD-RTOS是中斷驅(qū)動的系統(tǒng)。CD-RTOS的構(gòu)成

(1)CD-RTOS內(nèi)核(2)系統(tǒng)相關庫(3)接口和管理程序(4)設備驅(qū)動程序(5)系統(tǒng)狀態(tài)描述符CSD(6)文件保護模塊FPM(7)初始化和系統(tǒng)啟動過程圖3.27CD-RTOS的結(jié)構(gòu)框圖初始化CSDFPM應用相關庫系統(tǒng)運行時鐘應用相關庫應用程序UCMPFMCDFMNRF鍵盤驅(qū)動定位驅(qū)動音頻驅(qū)動視頻驅(qū)動CD驅(qū)動CD-RTOS內(nèi)核3.6DVI多媒體計算機系統(tǒng)

3.6.1概述

DVI技術最早是由美國DavidSanaoff研究中心研究開發(fā)的交互式數(shù)字視頻裝置,這項技術研究成功后被GE公司購買,后又被Intel買到手。Intel和IBM公司聯(lián)合開發(fā),于1989年在美國計算機博覽會推出第1代產(chǎn)品ActionMedia7501991年推出第2代產(chǎn)品ActionMediaⅡ,在Comdex一舉獲得了最佳多媒體產(chǎn)品獎和最佳展示獎。Intel公司已將成功的DVI多媒體系統(tǒng)做到一個母板上,并要把DVI技術集成在一個芯片上。

DVI多媒體計算機系統(tǒng)特點：

(1)提供一種全數(shù)字化的方法。(2)先進的視頻壓縮技術(3)聲音壓縮技術(4)合成圖形3.6.2DVI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

DVI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一代DVI系統(tǒng)(DVIⅠ)由3塊插板組成:DVI視頻板,DVI音頻板及DVI多功能板。1991年推出的改進的DVI系統(tǒng)(DVIⅡ)將上述3塊板集成在一個板上,視頻、音頻的獲取部分也都裝在上面,僅占一個IBMPC標準插槽,為用戶提供了方便。Intel將系統(tǒng)外圍邏輯電路集成為3個門陣列電路即82750H主機接口門陣列,82750LVVRAM/SCSI/Capture門陣列,82750LA音頻子系統(tǒng)接口門陣列。

其它設備包括1~16MBVRAM視頻處理器、音頻信號處理器、D/A轉(zhuǎn)換器及模擬濾波器和DVI總線。DVIⅠ的核心部件是視頻象素處理器82750PA和視頻顯示處理器82750DA,DVIⅡ?qū)⑦@兩個芯片升級為82750PB和82750DB,使運算速度提高了一倍。

圖3.28DVIII型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖視頻處理子系統(tǒng)

DVIⅠ型中,82750PA象素處理速度為12.5MIPS,它采用微碼編程,可以高速執(zhí)行象素處理的多種算法。82750DA是顯示處理器,它和82750PA并行工作。當視頻象素處理器繪制和管理視頻RAM中的位映射圖時,顯示處理器就把這個結(jié)果顯示在視頻屏幕上。

DVIⅡ型中,視頻子系統(tǒng)的關鍵芯片由82750PB和82750DB分別取代82750PA和82750DA。82750PB是具有較寬指令字長(48位)的快速微碼處理器,在25MHz主頻下,運行速度達25MIPS。由于指令字長,且不同字段分別可以實現(xiàn)不同的控制和操作,提高了并行操作的功能,因此象素處理器的操作速度達100MIPS。高速和微操作象素處理器特別適合圖象處理和各種運算。

音頻處理子系統(tǒng)

在DVIⅠ型系統(tǒng)中,音頻處理子系統(tǒng)是以TI公司的TMS-320C10數(shù)字信號處理器(DSP)做為專用音響處理器。經(jīng)過TMS-320C10音響協(xié)處理器輸出通道的數(shù)字化音響輸出信號,送到兩個14位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號,再經(jīng)過兩個可編程帶寬濾波器進行濾波,由左右兩個通道輸出,可產(chǎn)生較好的立體聲音響效果。

DVIⅡ型系統(tǒng)中音頻子系統(tǒng)由數(shù)字信號處理器AD2105來實現(xiàn),通過它完成音響信號的壓縮和解壓縮任務。DVI系統(tǒng)中采用了ADPCM算法把16位的采樣數(shù)據(jù)編碼成4位碼。DSP芯片還能控制音量、采樣速率的變化,從VRAM中抽取壓縮編碼數(shù)據(jù),將解壓縮的音頻數(shù)據(jù)輸出送到D/A轉(zhuǎn)換器,通過濾波后輸出。

DVI總線和接口

在DVIⅠ型系統(tǒng)中,各子系統(tǒng)通過PC總線相連,專門有一個DVI多功能板,它由3個功能模塊組成:其一是CD-ROM接口控制器;其二是擴展內(nèi)存模塊;最后一個是兩路操縱桿控制器接口。在DVIⅡ型系統(tǒng)中,把原DVIⅠ型中外圍邏輯電路合并成三個門陣列電路,分別是82750LH主機接口門陣列、82750LVVRAM/SCSICapture接口門陣列和82750LA音頻子系統(tǒng)接口門陣列。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信通道是具有多路開關的32位數(shù)據(jù)和地址總線,也稱為“DVI總線”

CD-ROM控制器在DVIⅠ型系統(tǒng)中,CD-ROM控制器是為SonyCDU-100B型CD-ROM驅(qū)動器而設計的,也適用于其它兼容產(chǎn)品。DVIⅡ型系統(tǒng)中,VRAM/SCSI/Capture門陣包括了一個SCSI接口,這個接口可用于支持單個CD-ROM驅(qū)動器,作為壓縮編碼視頻和音頻數(shù)據(jù)源。DVIⅡ不需要外部擴展卡就能支持CD-ROM驅(qū)動器。

以DVIⅡ多媒體硬件系統(tǒng)具有下述特點：①采用了高速專用視頻處理器i750B,具有實時處理視頻功能;②DVI總線保證了高速傳輸;③外圍邏輯集成到3個門陣列,ActionMediaⅡ體積縮小;④外圍接口設計方便了用戶。

3.6.3

DVI軟件開發(fā)環(huán)境

1989年推出的第一代DVI系統(tǒng)軟件是基于DOS環(huán)境,采用了層次結(jié)構(gòu)模型,具有模塊化特點,其核心是AVSS(AudioVideoSupportSystem)。

Intel和IBM開發(fā)第二代DVI系統(tǒng)中采用基于Windows的DVI系統(tǒng)軟件,其核心為音頻/視頻內(nèi)核AVK(Audio/VideoKernel),AVK能在不同的操作系統(tǒng)支撐環(huán)境下工作,而且為了實時響應,能夠最少地依賴主機CPU。1.音頻視頻子系統(tǒng)AVSS

應用層高層次接口DVI標準高層次模塊低層次接口DVI標準驅(qū)動器接口模塊系統(tǒng)RAM接口模塊硬件圖3.29DVII型系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)

最下層是DVI系統(tǒng)硬件。硬件之上和硬件直接打交道的軟件是驅(qū)動程序,驅(qū)動程序模塊包括視頻驅(qū)動程序、音頻驅(qū)動程序以及多功能板驅(qū)動程序。驅(qū)動程序模塊層之上是驅(qū)動程序接口模塊層。它DVI系統(tǒng)中共有4個驅(qū)動程序接口模塊：①微碼接口模塊;②視頻接口模塊;③多功能接口模塊;④音響接口模塊

驅(qū)動程序接口模塊層之上是應用支持層,它主要包括兩個高層次的軟件包即一個圖形軟件包［Gr］,一個音頻視頻支持軟件AVSS。最高層是應用層,它可以提供大量的應用程序。對其支持的DVI高層接口提供了多媒體編輯制作工具及創(chuàng)作語言,方便了應用軟件的開發(fā)。

AVSS概念模型效果處理單元演播單元BrightContColorTintskew監(jiān)視器Hook例程LR圖3.30超級VCR模型AVSS/RTX工作原理

AVSS概念模型稱之為超級VCR模型。演播單元就是AVSS功能的具體體現(xiàn)效果處理單元實際上是圖形庫功能的集合鉤掛(Hook)例程是把專用圖形添加到視頻的特殊調(diào)用工具。

AVSS數(shù)據(jù)流

AVSS采用3個并行的操作來播放數(shù)字視頻,它們都作為RTX的任務：輸入任務,它將一幀壓縮視頻讀進內(nèi)存;解碼任務,它請求象素處理器對該幀視頻進行還原;顯示任務,它將還原后的視頻幀在計算機顯示器上顯示。這些任務必須每秒執(zhí)行30次,以保證演播連續(xù)流暢。圖3.31AVSS的數(shù)據(jù)流程輸入任務存儲設備壓縮數(shù)據(jù)緩沖區(qū)解碼任務解碼位圖矩陣顯示任務監(jiān)視器AVSS的任務調(diào)度RTX

RTX的首要任務是為AVSS提供CPU資源,使運動視頻播放連續(xù)暢通。具體做法是給任務分配特定的優(yōu)先數(shù),并查明在其執(zhí)行循環(huán)期間應發(fā)出的事件等待時間。RTX優(yōu)先級的范圍是從0～15,0為最高優(yōu)先級,15為最低優(yōu)先級。AVSS輸入任務、解碼任務、顯示任務的運動優(yōu)先級分別為3、4、5。RTX調(diào)度是周期性地被激活,它基于主計時器中斷,調(diào)度任務是“ready”表為其優(yōu)先順序?qū)虻摹?/p>

AVSS/RTX性能評價

表明了把電視的真實感與計算機的交互性相結(jié)合是可行的,對以后許多多媒體系統(tǒng)開發(fā)影響很大,系統(tǒng)具有的交互圖形效果和音頻信號流的動態(tài)混頻都超越了VCR功能限制。AVSS/RTX是基于DOS環(huán)境開發(fā)的,沒有留出擴展接口,可移植性和可擴充性很差,RTX的任務調(diào)度依靠主機CPU。因此RTX調(diào)度技術需改進。上述問題在第二代DVI系統(tǒng)軟件都得到了合理的解決。2.基于窗口系統(tǒng)環(huán)境的AVK

AVK的概念模型：多媒體系統(tǒng)軟件的核心是AVK,其概念模型是“數(shù)字視頻制作演播器”。數(shù)字式制作演播器主要的組成部分是：模擬設備接口,顯示管理器,采樣器,效果處理器以及音頻/視頻混合器等。圖3.32多媒體數(shù)字式制作演播器模擬量I/O接口主文件接口應用程序模擬接口采樣器數(shù)據(jù)流管理區(qū)顯示管理器音頻/視頻混合器效果處理器視頻音頻文件程序控制和通告物理通道邏輯通道數(shù)字式制作演播室

DVIⅡ系統(tǒng)概念模型是“數(shù)字視頻制作演播器”。這種模型要求多媒體技術模擬現(xiàn)代電視制作演播室,由特定硬件完成各項功能,并使應用開發(fā)者具有同實際演播室一樣的創(chuàng)作自由度。一個典型的制作演播器應包括混合器,磁帶,監(jiān)視系統(tǒng),特技處理器以及為了記錄、修改和播放視頻和音頻信息聯(lián)在一起的其它設備。

數(shù)字式制作演播器主要組成部分：(1)模擬接口(2)顯示系統(tǒng)(3)采樣器(4)數(shù)據(jù)流控制器(5)效果處理器(6)混合器

圖3.33AVK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

應用程序接口APIAVL音頻/視頻庫AVD音頻/視頻驅(qū)動器DVI硬件微碼引擎AVKAVK的數(shù)據(jù)流

AVK對數(shù)據(jù)流處理有兩方面優(yōu)點：一方面是從解壓縮位映射陣列分離顯示的位映射允許插入拷貝和改變比例尺的操作,它也允許改變窗口的視頻效果。另一方面由于DVI硬件具有更多的功能,多個視頻窗口能夠同時顯示在屏幕上當對于相同的顯示位映射數(shù)據(jù)執(zhí)行拷貝和變換比例尺操作時,為每個視頻數(shù)據(jù)流定位壓縮編碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和解壓縮陣列數(shù)據(jù)。而AVSS結(jié)構(gòu)是使用單個位映射陣列用于解壓縮和顯示。

圖3.34AVK數(shù)據(jù)流程圖存儲設備壓縮解碼數(shù)據(jù)緩沖器輸入任務解壓縮任務顯示任務拷貝改變比例顯示位映射解壓縮位映射陣列監(jiān)視器AVK的實時任務調(diào)度工作過程AVK微碼子程序集合執(zhí)行實時的任務調(diào)度,其主要組成部分是調(diào)度器(DoMotion),緩沖區(qū)/數(shù)據(jù)流處理任務,命令表處理任務及周期處理任務等。當視頻數(shù)據(jù)流正在播放時,DoMotion