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第6章 多媒体计算机系统结构(2)

这种融合的方案,一类就是与现有的计算机系列兼容,融合多媒体和通信的功能,如Intel的PentiumMMX技术,主要用在多媒体计算机系统中;另一类是以多媒体和通信功能为主,融合CPU芯片的功能,主要用在多媒体专用设备、家电及宽带通信设备上。这种所谓的多媒体处理器通常是CPU和DSP(数字信号处理器)的混合,它同时把RISC(精简指令系统计算机)、CISC(复杂指令系统计算机)和DSP技术综合在一起。

1.IntelMMX技术

IntelMMX技术改善、拓展了CPU体系结构的多媒体处理和通信功能,并集成为PentiumMMXCPU。MMX技术提供了面向多媒体和通信功能的新特性,同时保持了全部原Intel系列的体系结构,以保证微处理器、操作系统和应用程序的向下兼容性。其主要特性有以下4种。

1)增加了新的数据类型

为了提高音频信号处理(8位或16位字长)、彩色图像处理(R、G、B各8位字长)的处理速度,MMX技术定义了3种紧缩型的数据类型和1个64位字长的类型,它们都是定点整数。

①紧缩字节组类型:8个字节组成的64位数据。

②紧缩字组类型:4个16位字组成的64位数据。

③紧缩双字组类型:2个双字组成的64位数据。

④四字类型:一个64位数据。

这样,MMX就可以在一条指令中同时处理8个、4个或2个数据,实现单指令多数据流(SIMD)并行处理。

2)扩充的饱和运算方式

这种运算方式在加减运算指令运算结果达到某个值时就不再增加,而保持在这个数值。这样避免了溢出处理,加快了运算速度。

3)扩充了57条MMX指令

这些新增指令包括算术运算指令、比较运算指令、转换运算指令、逻辑运算指令、转移运算指令、数据运算指令、数据转移指令和MMXTM状态置空(EMMS)指令。

4)与Intel体系结构的全兼容性

MMX技术是原Intel体系结构的扩展,保证了软硬件的向下兼容。

2.媒体处理器

1)MicroUnity公司的MediaProcessor

MicroUnity芯片有一个CISC、RISC和DSP技术结合的可编程微处理器,它具有优化的多媒体和宽带通信功能,时钟频率为300~1000MHz,带有信号处理和增强数字运算能力的22位指令集;有1GbpsI/O接口的可选MediaBridge高速缓存,与PCI总线和主存储器DRAM连接;还有一个MediaCodecI/O芯片,它是一个A/D转换器,提供与宽带网络的接口,大大增强了芯片的通信功能。

2)Philips公司的Trimedia

Trimedia处理器是一个通用性的微处理器,可以大大增强PC的多媒体功能,取代了PC上的视频卡和声音卡。

3)ChromaticResearch公司的MpactMediaEngine

Mpact芯片类似于通用DSP,但实际上是一个专用微处理器。它与主CPU结合(都在主板上),可以完成Windows图形加速器、3D图形协处理器、MPEG解压卡、声音卡、FAX/MODEM和电话卡的功能。

输入∕输出设备(Input/Output),简称为I/O设备,是计算机与外界进行信息交换的桥梁。其中,输入设备是指向计算机内部输入信息的设备,例如键盘、鼠标器、扫描仪、触摸屏和光学字符阅读器等;输出设备是指由计算机内部输出信息的设备,例如显示器、触摸屏、打印机、绘图仪和音响装置等。下面对多媒体计算机系统中常用的输入∕输出设备作简单介绍。

2.3.1多媒体输入设备

1.扫描仪

扫描仪(Scanner)是继键盘、鼠标器之后的最常用的计算机输入设备,它能将图稿信息捕捉下来并转换成计算机能够识别、编辑、存储和显示的数据形式。

1)扫描仪的构成

扫描仪由光学成像、机械传动和转换电路等三个部分组成。光学成像部分包括光源、光路和镜头,它将被扫描的图稿转变成光学信息;机械传动部分由控制电路、步进电动机、导轨和扫描头等组成,它的主要功能是扫描定位,实现扫描头按一定的顺序在图稿上移动;转换电路部分包含光电转换部件CCD(电荷耦合器件)和A/D转换器,CCD可以将光信号转换成相应的电信号,而A/D转换器将此电信号转换成数字信号。

2)扫描仪的工作原理

扫描仪通过被扫描介质的反射光或透射光的变化来捕获图稿内容。被扫描图稿的反射光线(或透射光线)经过光学成像系统,聚焦在CCD上,CCD将检测到图稿上每一个区域的反射(透射)光线的总和,并将这些光信号变成电信号,再由A/D转换器转换得到相应的数字信号,由计算机进行处理和存储。机械传动机构带动装有光学成像和CCD的扫描头在控制电路的控制下有顺序地扫描图稿。有专门的扫描软件在显示器上将扫描仪输入的图稿数字化数据还原成原来的图稿内容。

2.触摸屏

触摸屏(TouchScreen)是一种随着多媒体技术发展而使用的输入设备。当用户用手指点在屏幕上的菜单、光标、图符等光按钮时,能产生触摸信号,该信号经过变换后成为计算机可以处理的操作命令,从而实现人机交互作用。使用触摸屏操作计算机具有直观、方便的特点。表22给出了触摸屏产品及其应用。

类别代表性产品小型个人携带信息设备。

PDA、PocketPC、ebook、Webbad、液晶电视、翻译机家电设备。

电冰箱、微波炉、咖啡壶、洗衣机公共信息系统。

ATM、公共信息查询站(Kioak)、自动售票机、数字相片冲印系统续表。

类别代表性产品。

通信设备。

显像电话、SmartPhone、网络电视、GPS办公自动化设备。

复印机、打印机、扫描仪、数码相机、投影仪、触摸屏、复印机、传真机信息收集设备。

POS、POI工业用设备。

控制面板。

触摸屏由传感器、控制器和驱动程序等三个主要部分组成。

1)传感器

传感器将手指的触摸动作转变为一组电压信号,传递给控制器。目前,广泛使用的触摸屏传感器可分为电容、电阻、红外线、表面声波和应力计五种类型,常用的触摸屏大都使用表面声波和电阻传感器技术。

2)控制器

控制器用于控制传感器并把触摸电信号转换成数字数据,经过对这些数据的处理,计算出手指触摸坐标x、y,然后通过接口输入计算机内。

控制器可分为内置式和外置式两种。内置式是一种卡,连接方便、价格低廉,便于集成为一个系统中的一部分。外置式是一个盒子,可借助于RS232串行接口与计算机相连,价格较贵,但使用起来比较灵活。

3)驱动程序

触摸屏驱动程序具有以下两项功能:

①应用程序利用驱动程序直接对触摸屏编程,即使控制器输送的触摸数据可以直接适合于具体应用程序使用;

②以鼠标器(或者键盘)作为交互输入设备的应用程序(包括Windows下运行的程序)可以不作任何修改而使用触摸屏作为交互输入设备,做到触摸屏与鼠标器操作一致。

3.其他多媒体输入设备

图形输入设备还有数字化仪,它由平板加上连接的手动定位装置组成,主要用于输入线型图,例如地图、地形图、气象图等。数字化仪可以通过手动定位笔方便地获得每个线段的起始坐标,从而实现线型图输入。

电视摄像机是一种常用的视频图像获取设备,它由摄像镜头、固态摄像器件(CCD)、同步信号发生电路、偏转电路、放大电路和电源等部件组成。其工作原理是:来自被摄景物的光线经过光学系统形成光学图像,经过光信号转换成电信号,这些信号再经过视频卡转换成数字数据,输入到计算机内。

目前数码相机已经广泛用于获取静态图像。数码相机的核心是电荷耦合器件(CCD),CCD表面的刻线密度直接与图像的质量有关,密度越大,可识别的图像细节越小,图像越清楚,数字化后的数据量也越大。数码相机以CCD面阵(分辨率为1.2×106点/英寸)作为成像底片。它通过RS232串行接口与计算机相连接,可以将拍摄到的图像显示在显示器屏幕上,并把数字化的图像信号存储在计算机内的硬盘上。

音频的输入常用的设备为麦克风、录音机和CD机。麦克风常用于语音的输入,如果要求录制高保真度的声音,可选用高质量的麦克风。音乐的输入一般使用CD机,在计算机上使用光盘机(CDROM驱动器)来播放CD。

操纵杆是一种提供位置信息的输入设备,能支持其他定点输入设备(如触摸屏、数字化仪、光笔等),将它们输入的位置和按键信息提供给应用程序。在多媒体计算机上,操纵杆常用作游戏控制器,用来操纵电子游戏,因此俗称游戏杆,通常与声卡的MIDI接口相连接。操纵杆可以以模拟信号方式工作,也可以以数字信号方式工作,并可兼容各种游戏模式。目前,游戏操纵杆的常见类型有游戏摇杆、游戏手柄和三维控制器等多种。

2.3.2多媒体输出设备

1.显示器

显示器(Monitor)又称监视器,是计算机最常用的输出设备。它也是多媒体显示输出的主要设备。显示器可分为CRT显示器和平板式显示器两类,在这里主要介绍CRT显示器。

1)显示系统

显示系统由显示器和显示适配器(Adaptor)组成。显示器必须在显示适配器的支持下才能正常工作。显示器由阴极射线管(CRT)和控制电路组成。显示适配器俗称显示卡,由寄存器、视频存储器和控制电路三部分集成在同一块板上组成。在一般情况下,显示器应与显示适配器配套使用,不同的显示器应配置不同的显示适配器,这主要是因为显示适配器的工作频率与显示器的扫描频率相同时,系统才能稳定工作。

2)显示器的工作原理

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