第四章——多媒體輸入輸出設(shè)備2014

1、n 本章主要內(nèi)容n多媒體輸入輸出設(shè)備n光存儲(chǔ)設(shè)備n 多媒體輸入設(shè)備n鼠標(biāo)n光筆nCD-ROM驅(qū)動(dòng)器n觸摸屏n掃描儀n數(shù)碼相機(jī)n攝像機(jī)n數(shù)碼攝像機(jī)n 多媒體輸出設(shè)備n彩色顯示器n打印機(jī)n 多媒體顯示系統(tǒng)n顯示系統(tǒng)組成：顯示器顯示適配器n彩色顯示標(biāo)準(zhǔn)nCGA：4種顏色，320200（Color Graphics Adapter）nEGA：16色，640350（Enhanced Graphics Adapter）nVGA：16色，640480（Video Graphic Array）nSVGA：800600, 1024768（Super VGA）nXGA：16.8M色（Extended Graphi

2、cs Array） 24216777216顯示器的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程： 單色16色256色highcolortruecolor 24位色以上都是truecolor（24bit，32bit）n 多媒體顯示系統(tǒng)n顏色的多少是由RAMDAC（Random Access MemoryDigital-to-Analog Converter）決定的nRAMDAC由兩部分組成: SRAM (Static Random Access Memory) + DACsn我們所說(shuō)的緩存就是指SRAM的大小，現(xiàn)在流行的是128M。n而DAC負(fù)責(zé)將一個(gè)數(shù)字量，轉(zhuǎn)換為表示顏色的模擬量（實(shí)際上是三個(gè)模擬電壓值）。n 多媒體顯

3、示系統(tǒng)n彩色顯示器分類n球面顯示器：水平、垂直都彎曲，失真反光n平面直角：四個(gè)角為直角，屏幕仍有弧度n柱面：水平方向有弧度n純平：完全意義的平面n液晶顯示器n 多媒體顯示系統(tǒng)n彩色顯示器相關(guān)技術(shù)色溫n色溫（Color Temperature）：是通過(guò)溫度來(lái)描述發(fā)光物體的色彩。n顯示器的色溫是指在純白色狀態(tài)下的結(jié)果，常見(jiàn)的色溫有5000k、6500k、9300k等。n色溫越高，顏色越偏藍(lán)(冷)，而色溫越低，顏色偏紅(暖)。n選擇什么樣的色溫不僅和個(gè)人喜好有關(guān)，還同人的生理特點(diǎn)息息相關(guān)。比如，白種人往往要選擇低一些的色溫設(shè)置以平衡他們本身偏藍(lán)色、綠色的視覺(jué)，而黃種人通常選擇較高的色溫，否則會(huì)感覺(jué)顏

4、色太紅。 n 多媒體顯示系統(tǒng)n彩色顯示器相關(guān)技術(shù)OSDnOSD（on screen display）是指調(diào)節(jié)顯示器的各種參數(shù)時(shí)，把狀態(tài)信息在屏幕上顯示出來(lái)。n1996年以后開始普遍采用這種技術(shù)的。n顯示器多采用菜單式osd顯示，使調(diào)節(jié)過(guò)程直觀、方便。n 多媒體顯示系統(tǒng)n彩色顯示器相關(guān)技術(shù)遮罩板nCRT的種類按照蔭罩板的類型可分為點(diǎn)狀蔭罩板(invar shadow mask)、柵格式蔭罩板(aperture grille mask)和溝槽蔭罩板(slotmask)。n球面管顯示器通常采用點(diǎn)狀蔭罩板。n這種蔭罩板是在一塊金屬板上開有幾十萬(wàn)個(gè)圓孔，紅、綠、藍(lán)三個(gè)電子束同時(shí)從一個(gè)圓孔中穿過(guò)，在熒光屏

5、上投射出呈三角形分布的三種顏色的亮斑，由此組成一個(gè)像素。n由于像素分布都是呈三角形，這種顯像管的點(diǎn)距有水平點(diǎn)距和點(diǎn)距之分，水平點(diǎn)距比點(diǎn)距更小。點(diǎn)狀蔭罩板顯像管可以顯示出效果很好的斜線和銳利的邊緣效果，文本顯示效果突出。n 多媒體顯示系統(tǒng)n彩色顯示器相關(guān)技術(shù)遮罩板n柵格式蔭罩板(aperture grille mask)n柵格式蔭罩板是由許多相互平行的豎直的細(xì)絲組成的柵格。電子束透過(guò)細(xì)絲間的空隙轟擊到熒光屏上產(chǎn)生圖像，鉆石瓏和特麗瓏采用的都是這種結(jié)構(gòu)，如右圖。n由于這些細(xì)絲剛度有限，容易受力、受熱變形，必須加入一條或兩條水平方向的加固線，一些人對(duì)加固線造成的視覺(jué)缺陷十分敏感，這成為蔭柵板的最大缺

6、陷。n但是，與點(diǎn)狀蔭罩結(jié)構(gòu)相比，蔭柵結(jié)構(gòu)的電子透過(guò)率明顯高許多，在亮度、對(duì)比度和色彩還原方面有明顯優(yōu)勢(shì)，適合圖形顯示。n 多媒體顯示系統(tǒng)n彩色顯示器相關(guān)技術(shù)遮罩板n溝槽式蔭罩板(slotmask)n溝槽式蔭罩板綜合了上述兩種蔭罩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。n采用溝槽代替點(diǎn)狀蔭罩板中的圓孔，從理論上講可以在水平和垂直方向上都獲得良好的解像力，同時(shí)保持高對(duì)比度、高亮度的畫面效果。n這種結(jié)構(gòu)最早是由NEC公司開發(fā)的，LG公司的純平面顯示器也采用了類似的技術(shù)。n 多媒體顯示系統(tǒng)n參數(shù)n垂直刷新頻率（場(chǎng)頻）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)屏幕刷新次數(shù)（72Hz后人眼感覺(jué)不到）n水平掃描頻率（行頻）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水平掃描次數(shù)垂直分辨率垂直刷新

7、頻率n隔行/逐行掃描n認(rèn)證標(biāo)志nEPA: Environmental Protection Agency，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署，能自動(dòng)進(jìn)入睡眠，節(jié)能70n 多媒體顯示系統(tǒng)n認(rèn)證標(biāo)志nMPR-II: 瑞典國(guó)家測(cè)量測(cè)試局（90年），國(guó)際公認(rèn)顯示器電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)nTCO: 瑞典的低電磁輻射和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際公認(rèn)最高標(biāo)準(zhǔn)nCCIB: China Commodity Inspection Bureau, 中國(guó)進(jìn)口商品安全質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)志n 液晶顯示器（LCD）工作原理n液晶的物理特性n當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有序，使光線容易通過(guò)。不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過(guò)。n液晶面板包含兩片非常精致的無(wú)納玻璃素材，中間夾著一層液晶

8、。n單色液晶顯示器工作原理nLCD（Liquid Crystal Display）技術(shù)是將液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間，這兩個(gè)平面相互垂直。位于兩個(gè)平面之間的分子被迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。當(dāng)液晶加電時(shí)，分子會(huì)重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。n 液晶顯示器（LCD）工作原理n單色液晶顯示器工作原理n玻璃板和液晶材料之間是透明的電極，通過(guò)改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)。n液晶本身不發(fā)光，需要在顯示屏兩邊設(shè)有作為光源的燈管。液晶顯示屏的背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜。nLCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾層的過(guò)濾

9、在屏幕上顯示出來(lái)。n 液晶顯示器（LCD）工作原理n彩色LCD顯示器工作原理n設(shè)有專門處理彩色顯示的色彩過(guò)濾層。n彩色LCD面板中，每個(gè)像素由三個(gè)液晶單元格構(gòu)成，每個(gè)單元格前面都有紅/綠/藍(lán)三基色過(guò)濾器。這樣通過(guò)不同單元格的光線就在屏幕上顯示不同的顏色。nLCD不存在聚焦問(wèn)題，每個(gè)液晶單元都是單獨(dú)開關(guān)的。LCD也不關(guān)心刷新頻率和閃爍！但液晶顯示器很容易出現(xiàn)瑕疵（短路對(duì)應(yīng)“亮點(diǎn)”，斷路對(duì)應(yīng)“黑點(diǎn)”）。n 觸摸屏n組成n觸摸傳感器：檢測(cè)觸摸動(dòng)作和位置n觸摸控制卡：將位置信號(hào)數(shù)字化送入計(jì)算機(jī)n驅(qū)動(dòng)程序：應(yīng)用程序與觸摸屏的連接n按工作原理分類 n 按安裝方式分類n紅外線觸摸屏外掛式觸摸屏n電阻式觸摸屏

10、內(nèi)置式觸摸屏n電容式觸摸屏整體式觸摸屏n表面聲波觸摸屏投影式觸摸屏n矢量壓力觸摸屏n 觸摸屏n紅外線觸摸屏n原理：紅外對(duì)射n響應(yīng)時(shí)間：30300msn分辨率：1616，3232，4032，6363，7963n電阻式觸摸屏n原理：多層復(fù)合電阻膜n響應(yīng)時(shí)間： 1020msn分辨率：10241024，40964096n 觸摸屏n電容式觸摸屏n原理：導(dǎo)電絕緣膜，電容變化n響應(yīng)時(shí)間：1524msn分辨率： 10241024n表面聲波觸摸屏n原理：超聲波對(duì)射n響應(yīng)時(shí)間：10msn分辨率：40964096無(wú)觸摸波形觸摸波形n 智能手機(jī)和平板電腦采用的觸摸屏技術(shù)niPhone和iPadn雙層薄膜貼合型電容式觸

11、控技術(shù)niPhone 5nIn-Cell技術(shù)（觸摸面板功能嵌入到液晶像素中）niPad Minin薄膜型電容觸控技術(shù)nNexus(Google)/平板計(jì)算機(jī)Windows 8nOGS（ One glass solution ）單片式觸控技術(shù)n 掃描儀n分類n根據(jù)掃描方式n手持掃描儀：小巧，幅面窄n平面掃描儀：非透明原稿，低價(jià)格，普通用戶n膠片掃描儀：透明原稿n滾筒掃描儀：專業(yè)使用n按幅面nA4、A4加長(zhǎng)、A3、A0n按接口：SCSI, USB, 1394n 掃描儀n分類：n按光電傳感器nCCD（Charge Coupled Device）: 光電耦合器件nCIS: 接觸圖像傳感器，發(fā)光器件和光

12、敏原件集成在一個(gè)器件中，無(wú)專門的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)備體積小但精度等指標(biāo)低n 掃描儀n基本工作原理反射原稿光源計(jì)算機(jī)放大器A/D通道接口掃描控制器步進(jìn)電機(jī)n 掃描儀n雙平臺(tái)掃描儀反射原稿反射托架透射托架透射原稿冷陰極管冷陰極管n 掃描儀(Cont.)n技術(shù)指標(biāo)n光學(xué)分辨率：傳感器象素/最大掃描寬度(dpi)n縱向分辨率：步進(jìn)電機(jī)的精度決定n最高分辨率：用軟件補(bǔ)償后的分辨率n灰度等級(jí)：?jiǎn)紊珤呙鑳x有白色到黑色層次變化能力， 8位、10位等n色彩精度：彩色掃描儀分辯色彩的能力，24位，36位等n動(dòng)態(tài)范圍：捕獲各種色調(diào)的能力，高檔掃描儀的參數(shù)n 數(shù)碼相機(jī)n基本工作原理面陣CCD線陣CCDCMOSCMOS: C

13、omplementary Metal Oxide Semiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CCD: Charge Coupled Device：電荷耦合裝置n 數(shù)碼相機(jī)nCCD的工作原理CCD感光單元RGB濾色鏡n 光強(qiáng)度由CCD量化，每個(gè)CCD感光單元都會(huì)有一個(gè)輸出數(shù)值n 精度由CCD量化精度決定，可以是8bit，10bit或12bitn CCD本身不能識(shí)別顏色，需要借助RGB濾色鏡。n 數(shù)碼相機(jī)nCCD的工作原理n 由于人眼對(duì)綠色敏感，為增加綠色信噪比，在CCD中放置了雙倍的綠色單元，因此CCD中4個(gè)“像素”(紅、綠、綠、藍(lán)4 個(gè))才是我們通常意義上的1個(gè)“像素”。 n 對(duì)于一個(gè)分辨

14、率為130萬(wàn)像素（12801024）的CCD上，有325000（640 x512 ）個(gè)像素感應(yīng)紅色，325000個(gè)像素感應(yīng)藍(lán)色，650000 （640 x1024 ）個(gè)像素感應(yīng)綠色。n 每個(gè)像素的真實(shí)色彩就是它與周圍像素相混合的平均值。 1個(gè)像素點(diǎn)n 數(shù)碼相機(jī)n技術(shù)指標(biāo)n分辨率：常用象素表示，800600需要48萬(wàn)象素n色彩深度：24位/36位n相對(duì)感光度：衡量CCD傳感器的感光靈敏度n存儲(chǔ)介質(zhì)n內(nèi)存(16M),CF(Compact Flash),SM(Smart Media),MS(Memory Stick), 磁盤n 多媒體計(jì)算機(jī)接口SCSIUSBIEEE1394標(biāo)準(zhǔn)制定早期的輸入/輸出設(shè)

15、備標(biāo)準(zhǔn)94年，Intel, Microsoft, COMPAQ串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)Apple提出的串行標(biāo)準(zhǔn)，高速傳輸速度SCSI: 2.5MB/sSCSI-II: 10MB/sUltra3SCSI:160MB/sUSB1.11.5, 12Mb/s USB2.0 480Mb/s最高400Mb/s應(yīng)用光盤、硬盤、掃描儀等通用的外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用數(shù)碼攝像機(jī)、照相機(jī)、數(shù)字電視、視頻電話、SCSI：Small Computer System Interface 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口USB：Universal Serial Bus 通用串行總線n CD (Compact Disk)簡(jiǎn)歷n20世紀(jì)70年代，Phi

16、lips公司開始研制利用激光來(lái)記錄和重放信息n1972年9月， Philips公司向全世界展示了長(zhǎng)時(shí)間播放電視節(jié)目的光盤系統(tǒng)，78年LV (Laser Vision，光盤播放機(jī))正式投放市場(chǎng)n1982年，Philips和Sony將CD投放市場(chǎng)，稱為CD-DA (Compact Disk-Digital Audio)，并制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“Red Book”標(biāo)準(zhǔn)n1985年，誕生CD-ROMn CD (Compact Disk)系列產(chǎn)品nCD系列所有產(chǎn)品大小、重量、制造工藝、材料、制造設(shè)備等都相同，只是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型不同。nCD-DA存儲(chǔ)數(shù)字化的音樂(lè)節(jié)目nCD-G存儲(chǔ)靜止圖像和音樂(lè)節(jié)目nCD-V存儲(chǔ)模

17、擬電視圖像和數(shù)字化聲音nCD-ROM存儲(chǔ)數(shù)字化的文、圖、聲、像等nCD-I存儲(chǔ)數(shù)字化的文圖聲像（靜態(tài)）、動(dòng)畫等nCD-I FMV存儲(chǔ)數(shù)字化的電影、電視節(jié)目n卡拉OK-CD 存儲(chǔ)數(shù)字化的卡拉OK節(jié)目n CD (Compact Disk)系列產(chǎn)品CD-DA(1981)CD-G(1986)CD-V(1989)CD-ROM(1985)CD-I(1986)CD-I FMV(1992)卡拉OK-CD(1992)Video-CD(1993)n 部分CD產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱盤名播放時(shí)間顯示圖像紅皮書CD-DA74min黃皮書CD-ROM650M數(shù)據(jù)動(dòng)畫、靜態(tài)圖像，動(dòng)態(tài)圖像綠皮書CD-I760M數(shù)據(jù)動(dòng)畫、靜態(tài)圖像橙

18、皮書CD-R讀/寫文圖聲像等多媒體節(jié)目白皮書Video CD70min數(shù)字影視，MPEGI質(zhì)量紅皮書CD-Video56min電視20min聲音模擬電視圖像數(shù)字聲音CD-BridgePhoto CD靜態(tài)圖像藍(lán)皮書LD存儲(chǔ)影視節(jié)目200min模擬電視圖像n CD盤的結(jié)構(gòu)15mm46mm50mm116mm117mm120mm導(dǎo)出區(qū)聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)導(dǎo)入?yún)^(qū)n 光盤存儲(chǔ)器的分類n只讀型光盤CD-ROMn一次寫入型光盤WO-RMn可擦除重寫光盤(Rewrite、Erasable 或E-R/W)n相變型光盤PCD(Phase-Changed Disk)n磁光型光盤MOD(Magnetic Optical Di

19、sk)n 光盤存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)n存儲(chǔ)容量n格式化容量n用戶容量n平均存取時(shí)間n平均尋道時(shí)間：光頭沿徑向移動(dòng)全程1/3長(zhǎng)度所需時(shí)間n平均等待時(shí)間：盤片旋轉(zhuǎn)半周時(shí)間n前二者讀寫光頭穩(wěn)定時(shí)間n 光盤存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)n數(shù)據(jù)傳輸速率：光頭定位后，單位時(shí)間內(nèi)從光盤的光道上讀出的數(shù)據(jù)位數(shù)。由光盤轉(zhuǎn)速、位密度和道密度決定。n單速光驅(qū)：150KB/sn二速光驅(qū)：300KB/sn四速光驅(qū)：600KB/sn40速光驅(qū)：6000KB/sn48速光驅(qū)：7200KB/sn 光盤存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)n誤碼率和平均無(wú)故障時(shí)間n誤碼率n新光盤：3104n有指紋污染的： 6104n輕微劃傷的：5103n在光道中插入EDC(Error De

20、tection Code)、ECC(Error Correction Code)、CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)，誤碼率能降低到10161012nMTBF (Mean Time Between Failure) 平均無(wú)故障工作時(shí)間）：25000小時(shí)n 光盤物理結(jié)構(gòu)商標(biāo)面漆保護(hù)層鋁反射層聚碳酸酯襯底CD-ROM物理結(jié)構(gòu)商標(biāo)面漆保護(hù)層染料層聚碳酸酯襯底預(yù)刻槽金反射層CD-R物理結(jié)構(gòu)n CD盤數(shù)據(jù)讀取原理光學(xué)讀出頭的基本結(jié)構(gòu)CD盤的讀出原理凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，凹坑和非凹坑的長(zhǎng)度代表“0”的個(gè)數(shù)。100001001n 光盤刻錄系統(tǒng)示意圖n DVD（數(shù)字電視光盤）簡(jiǎn)介n原名為DVD (Digital Video Disc)，與VCD區(qū)別n在實(shí)際應(yīng)用中，DVD不僅僅用來(lái)存放電視節(jié)目，也可以存儲(chǔ)其他類型數(shù)據(jù)。因此又更名為Digital Versatile Disc。n為解決MPEG-II Video節(jié)目的存儲(chǔ)問(wèn)題而產(chǎn)生的n單面單層DVD盤片可存儲(chǔ)4.7GB數(shù)據(jù)（133min），質(zhì)量等同于電視。n單面雙層DVD盤片可存儲(chǔ)8.5GB數(shù)據(jù)n主要特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大，最高可達(dá)17GB，相當(dāng)于25片CD-ROM，而且尺寸與CD相同n DVD系列及其標(biāo)準(zhǔn)nDVD-ROM Book A CD-ROM nDVD-Video Book