计算机硬件基础 第9章(音频和视频设备).ppt

第,4,章 内部存储器,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章 音频与视频设备,音频适配器,音频数字化变换，音频编码，音频混合器，音频接口,音频设备,音箱系统,显示适配器,显示系统构成，,2D,和,3D,显示适配器，显示扫描原理，显示适配器技术指标，显示接口,显示器,CRT,显示器，,LCD,显示器,9.1,音频适配器,音频信号数字化,音频信号数字化流程：,声音的数字化变换和反变换过程。,音频,文件,ADC,模拟音频信号,101000011110101000111101,AD,变换器,DAC,DA,变换器,模拟音频信号,将模拟音频信号转换为数字音频信号：,ADC(Analog,-to-Digital Conversion),将数字音频信号转换为模拟音频信号：,DAC(Digital,-to-Analog Conversion),101000011110101000111101,9.1,音频适配器,音频信号数字化,音频信号数字变换过程：,抽样、量化,对波形,进行抽样,经过,低通滤波,对抽样值进行数字化,(A/D),成为数,字化文件,数字音频,对抽样值进行,数字化（,ADC,）,将数字文件变换为电压值,(DAC),香农定理：,当抽样频率大于信号最高频率的,2,倍时，可根据抽样值完全恢复源波形。,9.1,音频适配器,音频数字化指标,音频数字化的主要指标,采样频率：,8192KHz,，抽样频率越高，,保真度,越高。人耳可的听到的最高频率约,20KHz,。,量化精度：,8/16/24,位。量化位数越多，量化精度越高，量化噪声越小，,信噪比,越高。,典型数字化音频等级,应用,抽样频率,量化精度,有线电话,11.025KHz,8,位,AM,广播,22.05KHz,8,位,CD,音频,44.1KHz,16,位,HD Audio,96KHz,24,位,9.1,音频适配器,音频编码,PCM,格式,AD,变换得到数字化音频是,PCM,（,Plus Code Modulation,）格式（,CD-DA,光盘中的音频格式），数据量较大。,Windows,下文件是wav,，,iOS,下的文件是,.,aiff,。早期的音频文件标准。,无损压缩格式,无损（,Lossless,）压缩是经过压缩运算后，没有造成音频信息损失的压缩方法，主要用于压缩高质量的数字音乐文件。无损压缩的压缩率约,50%,。,无损压缩标准,技术特点,文件,FLAC,655KHz/8,16,20,24 bit /8,ch,.,.,flac,Monkeys Audio,848KHz/8,16,24 bit /2,ch,.,.ape,ALAC,（,Apple,）,384KHz/16,20,24 bit /8,ch,.,.m4a,WMA lossless,（,MS,）,896KHz/16,24 bit /6,ch,.,.wma,9.1,音频适配器,音频编码,有损压缩格式,有损（,Lossy,）压缩的压缩率可以很高，经过压缩的数字音频在回放时会有音频质量的损失，压缩率越高，音频质量越差。有损压缩中最著名的是,MP3,，其他的包括,MPC,、,AAC,、,WMA,lossy,等。,MP3,正式名称是,MPEG-1 Audio Layer III,或,MPEG-2 Audio Layer III,，由,MPEG,（,Moving Picture Experts Group,，活动图像专家组）研制。,Windows,文件后缀是,.mp3,。,如果将,CD-DA,音频（,44.1KHz,、16,位立体声，数据流速率为,44,100216=1,411.2Kbps,）通过,MP3,压缩为,128Kbps,速率数字音频，压缩率约,11,倍，但在普通,MP3,播放器上并不能听出明显的音频质量损失。,9.1,音频适配器,音频编码,有损压缩格式（续）,AAC,（,Advanced Audio Coding,）,AAC,是新的有损压缩算法，是,MP3,的下一代标准。是基于,MPEG-2,（及之后的,MPEG-4,）的音频压缩算法。,AAC,数字音频文件后缀包括,.,aac,（基于,MPEG-2,压缩算法）、,.mp4,（基于,MPEG-4,压缩算法）等。,AAC,的压缩比通常为,18:1,高于,MP3,。支持最高,192KHz,抽样频率，最多,48,声道。,对于普通立体声，,AAC,采用,96Kbps,的压缩数据速率的效果优于,MP3,采用,128Kbps,效果。,AAC,采用,128Kbps,的压缩数据速率可以满足高保真立体声播放要求，,320Kbps,压缩数据速率可以满足,5.1,环绕立体声播放。,9.1,音频适配器,音频混合器,音频混合器（,Sound Mixer,）,音频混合器是实现模拟信号混合的装置，可以将不同信号源或输入按照一定比例混合后输出。混音器中的所有信号源都有音量调整、平衡调整和静音控制。,声音适配器中有输入混合器（混合后进入,AD,变换）和输出音频混合器混合后输出）。,音量,静音,音量,静音,音量,静音,音量,静音,音量,静音,麦克风输入,静音,音量,线路输入,CD,播放,辅助输入,WAV,播放,播放输出,9.1,音频适配器,音频接口,音频接口,模拟音频接口,模拟音频接口采用,3.5mm,双声道连接，并通过颜色标记接口的功能。,HD-Audio,标准的音频接口具备感知功能，当某一个插孔有插头插进的时候，计算机可以提示用户确认插进的信号通道，并可以对插座进行重新声道分配。,插孔颜色,2,声道,4,声道,6,声道,8,声道,蓝,线路输入,线路输入,线路输入,线路输入,绿,扬声器输出,前置扬声器输出,前置扬声器输出,前置扬声器输出,粉,麦克风输入麦克风输入,麦克风输入,麦克风输入,橙,中置,+,重低音输出,中置,+,重低音输出,黑,后置扬声器输出,后置扬声器输出,后置扬声器输出,灰,侧置扬声器输出,9.1,音频适配器,音频接口,音频接口（续）,数字音频接口,数字音频接口名称是,SPDIF,（,Sony/Philips Digital Interface,，,又称,S/PDIF,）。可以直接传输,PCM,数字音频或,Dolby Digital,、,DTS,等环绕声压缩音频信号。,SPDIF,接口分为同轴和光纤两种，虽然在接口外观和所用的线材上有所区别，但他们所能传输的信号是一样的。两者的区别仅仅是载体的不同。,SPDIF OUT,同轴接口,SPDIF OUT,光纤接口,8,通道模拟音频接口,9.2,音频设备,扬声器系统,音箱系统类型,立体声（,2.0,）,2.1,（双声道）,立体声,+,重低音,4.1,（,4,声道）,2.1+,左、右后置,5.1,（,6,声道）,4.1+,中置,7.1,（,8,声道）,左声道,右声道,重低音,中置,左环绕,右环绕,右后环绕,左后环绕,9.2,音频设备,扬声器系统,环绕声听音系统,5.1,扬声器系统,7.1,扬声器系统,中置,右前,左前,重低音,左后,右后,最佳,位置,左后,右后,最佳,位置,左侧,右侧,左前,右前,中置,重低音,9.3,显示适配器,显示系统,构成,显示系统的构成,总线,/AGP,显示接口,显示适配器,显示适配器：,根据显示适配器中的显示存储器的内容生成扫描信号。,显示器：,将扫描信号转换成平面光亮度和色彩信息。,显示接口,外接显示,适配器,PCI,AGP,PCI-E,显示接口,主机板嵌入显示适配器,9.3,显示适配器,2D,和,3D,显示适配器,显示适配器,显示适配器接受主机的绘图信息，并将其转换为二维的平面显示扫描信号。显示适配器分为,2D,（,2,维）和,3D,（,3,维）两类。,2D,显示适配器：,接收计算机主机送来的数字点阵信息，存储在显示适配器的存储器（显示缓存）中，显示缓存中的单元与显示器的显示点坐标有固定的对应关系。,3D,显示适配器：,可以处理三维实体模型，由于显示器是二维的，三维模型通过,3D,显示适配器可以实现成像、动画和渲染（渲染是模拟光照效果后的模型的视觉呈现）。,总线,/AGP,显示接口,显示适配器,传送点阵信息或绘图命令。,传送扫描信息，包括色彩和同步。,9.3,显示适配器,显示扫描,显示扫描：,将显示缓存的内容按照屏幕扫描顺序输出到显示器。显示缓存每一个单元对应一个显示点。由于视觉滞留效应，呈现稳定的二维图像。扫描信号包括彩色分量（红、绿、蓝）和同步（水平同步、垂直同步）。,水平同步脉冲,垂直同步脉冲,红色彩信号,绿色彩信号,蓝色彩信号,9.3,显示适配器,基本指标,显示适配器基本指标,显示分辨率：,输出扫描信号的横向点数,扫描线数。,对于普屏（,4:3,）显示器，采用,800600,和,1024768,两种分辨率为主流。对于,19,寸以上的宽屏（,16:9,）显示器采用,1366768,和,19201080,为主流。,色彩深度：,每一个显示点需要的二进制位数，可以是,1,4,个字节（,8,32,位）。通常,16,位称为,增强色,，按照,5:6:5,对红、绿和蓝进行编码；,24,位称为,真彩色,，红、绿和蓝各一个字节；,32,位是在,24,位的基础上增加一个字节（被称为,Alpha,通道）用于实现半透明、,渐隐和阴影等效果。,显示分辨率,色彩深度,=,显示缓存容量,对于,2D,显示适配器，显示缓存容量是限制最高分辨率和最大色彩深度的因素之一。,9.3,显示适配器,基本指标,显示适配器基本指标（续）,扫描刷新频率：,每秒完成一个扫描平面的次数。根据人视觉滞留时间，逐行扫描方式扫描频率应不低于,50Hz,，隔行扫描应不低于,25Hz,。高扫描频率可以减少视觉疲劳，计算机显示器多采用逐行扫描方式，一般设定扫描频率,60Hz,为宜。,显示分辨率,色彩深度,扫描频率,=,显示接口传输带宽,接口最高传输带宽：,是显示器或显示接口的指标之一，以上公式计算结果不应高于其值。有可能分辨率、色彩深度和扫描频率三个值在设置时会相互牵制。,例如：分辨率为,19201080,，,32,位色彩模式下一屏的信息量为,192010804=8,294,400,字节。如采用,60Hz,的扫描频率，传输带宽是,8,294,40060=497,664,000B/s,，约,500MB/s,！,9.3,显示适配器,2D,显示适配器构成,2D,显示适配器构成,图形处理器：,实现显示数据处理、同步输出控制；,显示存储器：,完成显示信息的存储；,输出变换：,根据输出接口要求实现信号变换；,显示,BIOS,：,显示部分的底层函数（接口软件）固化。,显示,存储器,显示,BIOS,输出,变换,总,线,图形处理器,R,G,B,V,H,PCI/AGP/PCI-E,三基色,同步,9.3,显示适配器,显示接口,VGA,VGA,（,Video Graphics Array,）,模拟信号分量视频接口，采用,15,线,D,型连接器。,1,2,3,4,5,红视频,绿视频,蓝视频,显示器标识,2,数字地,出,出,出,入,6,7,8,9,10,红模拟地,绿模拟地,蓝模拟地,同步地,11,12,13,14,15,显示器标识,0,显示器标识,1,水平同步,垂直同步,显示器标识,3,入,入,出,出,入,其中：红、绿、蓝视频和水平、垂直同步构成,视频扫描信号,组。其他信号（地线除外）包括,EDDC,（,Enhanced Display Data Channel,）通道，向显示适配器传输显示器信息，用于实现即插即用和自动配置。,9.3,显示适配器,显示接口,DVI,DVI,（,Digital Visual Interface,）接口,DVI,是数字化视频显示接口，接口中有正向传输的两个数字和一个模拟视频通道，和一个反向的,EDDC,数据通道。,DVI,通道：,两个数字视频通道用于传输数字化视频扫描信号，一般带宽传输仅使用通道,1,，被称为“单连接”（,Single Link,）。高带宽传输可以同时使用两个数字通道，被称为“双连接”（,Dual Link,）。模拟视频通道和,EDDC,通道与,VGA,接口相同，可以通过机械适配器实现,DVIVGA,转换。,显示,适配器,DVI,数字视频通道,1,数字视频通道,2,VGA,兼容模拟视频通道,EDDC,数据通道,两个数字通道都包含红、绿、蓝三个差分传输通道，公用时钟差分信号。,VGA,兼容信号通道。,9.3,显示适配器,显示接口,DVI,DVI,接口信号,每一个,DVI,数字通道包含红、绿、蓝三个串行传输差分对，两个通道共用一个时钟差分对。串行数据经过,8b/10b,编码，位速率,1.65Gb/s,，单连接视频数据带宽,495MB/s,。扫描频率为,60Hz,时，,单连接支持：,19201080,或,16001200,；双连接支持：,25601600,。,1,2,8,9,17,24,C3,C4,C1,C2,C5,模拟信号,，包括红、绿、蓝三基色和垂直（,V,）、水平（,H,）同步。信号标准与VGA,接口相同。,数字信号,，包括两个通道的红、绿、蓝三基色和时钟的差分信号。,第二个三基色数字信号通道。,9.3,显示适配器,显示接口,DVI,DVI,应用模式：,根据,DVI,接口是否输出模拟信号，以及是否使用第二个数字通道，,DVI,的应用模式有以下几种。,DVI-D Single-Link,一个数字通道输出,DVI-D Dual-Link,两个数字通道输出,DVI-I Single-Link,一个模拟通道和一个数字通道输出,DVI-I Dual-Link,一个模拟通道和两个数字通道输出,DVI-A,仅仅输出模拟信号,9.3,显示适配器,显示接口,HDMI,HDMI,（,High Definition Multimedia Interface,）,HDMI,接口是全数字化视频传输接口，,HDMI,接口中主要是与,DVI,的单连接相同的视频信号，但传输信息中包含数字音频信号。,HDMI,接口信号也包括,EDDC,通道，但不包含模拟视频通道。,HDMI,接口带有,+5V,直流供电。,HDMI,采用专用连接器，常用标准包括全标准尺寸的,A,型、小型化的,C,型（,mini HDMI,）和微型化的,D,型（,micro HDMI,）。,全尺寸,HDMI,mini,HDMI,micro,HDMI,9.3,显示适配器,显示接口,HDMI,HDMI,性能特点,音频：,HDMI,音频支持最高,8,声道、,192KHz,抽样频率、,24,位量化,PCM,格式，同时也支持,Dolby Digital,和,DTS,等编码格式。,传输带宽：,HDMI 1.0,1.2,版速率与单连接,DVI,相同，可以直接转换为,DVI-D Single Link,。,1.3,版提高一倍传输速率，与双连接,DVI,相同。,HDMI,DVI-D,VGA,某计算机显示器插座部分,9.3,显示适配器,显示接口,DisplayPort,DisplayPort,DisplayPort,是另一个新型的数字音、视频接口，接口由,4,个传输差分对通道、一个辅助通道和电源（,3.3V,直流）等构成。,显示适配器,Display,Port,数据通道,0,数据通道,1,数据通道,2,数据通道,3,Aux,辅助通道,设备连接检测,3.3V,电源,4,个差分数据通道,DisplayPort,采用,8b/10b,编码同步（与,PCI Express,相同），没有同步时钟。,4,个差分通道与色彩分量没有对应关系，可以根据需要灵活分配。一个通道的最高为速率,5.4Gb/s,，数据速率,4.32Gb/s,。总传输带宽,2.16GB/s,。,9.3,显示适配器,显示接口,DisplayPort,DisplayPort,与,DVI,、,HDMI,最早的,DisplayPort,的传输信号与,DVI,、,HDMI,不兼容，但支持双模式（,Dual-mode Port,，标有,DP+,标志）的,DisplayPort,可以将信号转换成与,DVI,单连接或,HDMI,相同的信号，可以通过简单的适配器转换成,DVI,或,HDMI,标准。,DisplayPort,HDMI,DVI,带有多种接口的显示适配器,DisplayPort,接口连接器插头,DisplayPort,DVI,适配器电缆,9.4,显示器,CRT,显示器,CRT,显示器,电子束,经过聚焦和加速后在偏转控制下轰击到涂有荧光粉的屏面，使被轰击点发光。,RGB,色彩分量信号分别驱动三束电子束，分别轰击三基色荧光粉，产生三基色发光点，根据色彩合成原理产生彩色图像。,94,显示器,LCD,显示器,LCD,显示器,LCD,（,Liquid Crystal Display,）的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，控制光源透透射或遮蔽，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。,施加电压改变晶体排列改变透光性,9.4,显示器,LCD,显示器指标,LCD,的主要技术指标,尺寸,：,显示面板的对角线尺寸（英寸）。一般笔记本,8,18”,，台式计算机,15,30”,。长宽比有,4:3,、,5:4,、,16:9,、,16:10,等；,物理分辨率：,一般在显示器上标为最佳分辨率，,每行点数,行数。目前,26”,以下,16:9,的宽频显示器的物理分辨率以,19201080,25601440,为主流。,4:3,的普通屏宽显示器以,1280960,16001200,为主流；,背光类型：,有,CCFL,（,Cold Cathode Fluorescent Lamps,，冷阴极荧光灯）和,LED,（,Light Emitting Diode,，发光二极管）两种，,LED,是新兴的,LCD,背光方式，发光效率较高、均匀，而且寿命长；,9.4,显示器,LCD,显示器指标,LCD,的主要技术指标,（续）,亮度：,单位是,cd/m,2,（坎德拉每平方米），一般大于,300cd/m,2,。亮度主要取决于背光灯，一般可调。高亮度,LCD,显示器耗电明显大，而且可能影响视觉舒适度；,静态对比度：,LCD,显示器高亮白与全黑时的亮度比。目前产品都可达到,1000:1,左右。注意与动态对比度指标不一样，一般动态对比度远高于静态对比度；,响应时间：,一般几十几,ms,，高于,30ms,时在显示移动图像时会产生拖尾；,视角：,LCD,有效观察视线与显示平面法线的夹角，目前产品水平和垂直视角均可大于,170,度。,疵点率：,显示器上的恒暗、恒亮的点的比例。由制造产生的疵点。,