1、1,2,第二章 多媒体环境的建立从理论上，可以将建立多媒体环境分为建立多媒体硬件环境和建立多媒体软件环境。硬件环境的建立包括：声卡、CD-ROM、显示卡、视频卡等设备的安装。软件环境的建立包括：声卡驱动程序的安装、视频卡驱动程序的安装及多媒体应用软件的安装等过程。从应用的角度，建立多媒体环境包括建立多媒体音频、多媒体视频、支持多媒体的操作系统及其他多媒体外部设备等部分。,3,21多媒体音频211音频概述音频(Audio)是多媒体系统中使用较多的信息（人类从外部世界获取信息的l0是从听觉获得的）。声音携带信息量大，精细，准确。多媒体音频可按用途、来源和文件格式多种方式分类。(1)按用途分类音频可
2、分为语音(如解说词)、音乐(如配乐)和声效(如掌声)等。(2)按声音来源分类主要有以下三种来源：数字化声波，即利用声卡等专用设备将语音、音乐等波形信息转换成数字方式，并经编码保存起来，使用时再解码和转换成原来的波形。MIDI合成，即通过电子乐器的弹奏形成数字指令驱动音乐合成器，并借助于合成器产生的数字声音信号还原成相应的音乐或音效。利用声音素材库获取，但应有版权许可。 (3)按文件格式分类音频可分为波形音频(扩展名为.wav，用于Windows环境；扩展名为.voc，用于DOS环境)、MIDI音频(扩展名.mid)、 MPEG音频文件(扩展名为.mp1/.mp2/.mp3)、 Windows
3、Media Audio文件(扩展名为.wma)以及CD音频(CD Audio，用于CD唱盘，扩展名为.cda)等。,4,212 多媒体音频的关键技术多媒体音频的关键技术包括数字音频、音乐合成、MIDI与音效。1数字音频(1)数字化音频由物理学可知，代表声音的模拟信息是连续的量，它由许多不同振幅和频率的正弦波组成，叫做声波。声波不能直接由计算机处理，必须将其数字化才能被计算机接收。计算机获取声音信息的过程就是声音信号的数字化处理过程。,声音的 模拟信息,采 样,量 化,编 辑,声音的 数字信息,图211 声音信息的数字化,5,声音数字化分为两个步骤，第一步是采样；第二步是量化。采样 声音信号的数
4、字化，首先要对声波进行采样。声波是连续信号，是时间t的连续函数x(t)，计算机处理连续信号时，首先要按一定的时间间隔T对连续信号取值，叫做采样。采样得到离散信号x(nT) (n为整数)，T称为采样周期，lT称为采样频率(11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz) 。采样过程主要是由A/D转换器（模拟到数字的转换器）完成的，而当数字音频回放时由D/A转换器（数字到模拟的转换器）将数字音频转换成模拟音频。音频卡上的主要电路之一就是A/D转换器和D/A转换器量化 把某一幅度范围内的电压用一个二进制数字表示，称为量化。例如，用8位二进制数字可以表示28个不同的量化电平。,6,图212 声波
5、的数字化示意图（其中横轴表示时间，纵轴表示振幅）,7,影响数字化声音质量的因素主要有三个：采样频率、采样精度（量化位数）、通道个数。采样频率 提高采样频率，单位时间所得到的振幅值就会更多，显然，采样频率越高，对于原声音曲线的模拟就越精确。 采样精度（量化位数）采样精度决定了声音的动态范围，即声音高低之间的差值。采样精度越高，音质越好，当然数据量也就越大。 通道个数 声音通道（声道）的个数表明记录声音波形的个数，双声道（立体声）比单声道音色更加丰满，但需要两倍的存储空间。,8,(2)数字音频的压缩 对音频信号直接进行数字编码，需要采样频率足够高，量化位数足够多，这样就需要很大的存储空间，例如一张
6、650MB的CD盘片至多也只能存放1小时左右的音频数据。要使多媒体系统具有实时处理声音的功能，这样就需要很高的数据传输率。因此，必须采用数据压缩编码技术。压缩编码的依据有两个：一是声音信号中存在很大的冗余度；二是人的听觉具有强音能抑制一个同时存在的弱音的现象。这就给压缩编码提供了可能性。 最常用的压缩方法为自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)法。,9,t,X(t),脉冲编码调制(PCM) 直接对采样信号进行量化编码。自适应脉冲编码调制(APCM) 是一种根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术。差分脉冲编码调制(DPCM) 是利用样本与样本之间存在的信息冗余度来进行编码的一种数据
7、压缩技术。自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) ADPCM综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。,10,自适应脉冲编码调制(APCM)自适应脉冲编码调制(APCM)，是一种根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术。这种自适应可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是在较长时间周期里发生变化。改变量化阶大小的方法有两种：一种称为前向自适应，另一种称为后向自适应。前向自适应是根据未量化的样本值的均方根值来估算输入信号的电平，以此来确定量化阶的大小，并对其电平进行编码。后向自适应是从量化器刚输出的过去样本中来提取量化阶信息。差
8、分脉冲编码调制（DPCM）差分脉冲编码调制是利用样本与样本之间存在的信息冗余度来进行编码的一种数据压缩技术。差分脉冲编码调制是根据过去的样本估算下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信号的位数。它与脉冲编码调制(PCM)不同的是，PCM是直接对采样信号进行量化编码，而DPCM是对实际信号值与预测值之差进行量化编码，存储或者传送的是差值，而不是幅度绝对值，这就降低了传送或存储的数据量。,11,自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)ADPCM综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心
9、思想是：利用自适应改变量化阶的大小，使用小的量化阶去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值；使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。,12,（3）WAV文件（波形文件）以不同的量化位数(8位或16位)把采样点的值转换成二进制数，然后存人磁盘，就产生了声音的WAV文件（波形文件）。WAV文件是由采样数据组成的，所以它所需要的存储容量很大。用下列公式可以计算WAV文件所占存储空间：WAV文件的字节数/每秒=采样频率(Hz) 量化位数(位) 声道数/8 例如，用44.1kHz的采样频率对声波进行采样，每个采样点的量化位数用16位，则录制1秒的立体声波形
10、文件所需的存储容量为：44100162/8=176400(字节),13,2MIDI音效乐器数字化接口（Musical lnstrument Digital Interface 缩写为MIDI）是为了把电子乐器与计算机相连而制定的一个规范，是数字音乐的国际标准。MIDI声音与数字化波形声音完全不同，它不是对声波进行采样、量化和编码，而是将电子乐器键盘的弹奏信息记录下来，包括键名、力度、时值长短等，这些信息称为MIDI消息。当需要播放时，只需从相应的MIDI文件中读出MIDI消息，生成所需要的乐器声音波形，经放大后由扬声器输出。可见MIDI文件记录的不是乐曲本身，而是一些描述乐曲演奏过程的指令。由
11、于MIDI文件记录的是一系列指令而不是数字化后的波形数据，因此它占用存储空间比WAV文件要小很多。这为设计多媒体应用系统和指定何时播放音乐带来很大的灵恬性。但是MIDI文件的录制比较复杂，这要学习一些使用MIDI创作并改编作品的专业知识，并且还必须有专门工具，如键盘合成器。,14,22 音 频 卡音频卡是处理各种类型数字化声音信息的硬件，通常以插件的形式安装在 微机的扩展槽上，也有的与主板做在一起。音频卡又称声音卡，简称声卡。221 声卡的功能声卡的主要功能是：录制与播放、编辑与合成处理、MIDI接口三个部分。录制与播放 通过声卡，人们可将外部的声音信号录入计算机，并以文件形式保存，需要时只需
12、调出相应的声音文件播放即可。使用不同声卡和软件录制的声音文件格式可能不同，但它们之间可以相互转换。编辑与合成处理 可以对声音文件进行多种特技效果的处理，包括加入回声、倒放、淡入淡出，往返放音以及左右两个声道交叉放音等。MIDI接口 用于外部电子乐器与计算机之间的通信，实现对多台带MIDI接口的电子乐器的控制和操作。MIDI文件也能被编辑和播放，甚至可以在计算机上作曲，通过喇叭播放或控制电子乐器。声卡除了具有上述功能之外，还可以通过语音合成技术使计算机输出语音，通过采用语音识别功能，使计算机实现语音输入。,15,222 声卡的结构声卡的结构概括地讲可以分为：音效芯片芯片组、数字信号编解码器(CO
13、DEC)芯片、功率放大芯片和波表音色库等几部分。(1)音效芯片芯片组 是声卡的核心，它的功能是对数字化的声音信号进行处理。音效芯片能够处理的数字音源包括：普通音频信号(WAV文件、CD唱片)、由CODEC芯片或S/P DIF数字信号接口送来的信号、MIDI及其它的数据格式等。音效芯片的处理功能有两项：一是混音，即将多个不同的音频数据流合二为一，再通过CODEC变为音频播放出来；二是特殊音效的处理，例如简单的高低音调调节功能或较复杂的3D声像扩展功能。(2)CODEC芯片 是声卡的另一个重要组成部分，它负责将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转化为模拟信号，声卡音质的高低很大程度上取决于它的品质
14、。,16,(3)功率放大芯片 廉价声卡常常省去这部分。声卡上的功放一般功率都不太大(2W10W)，由于电源功率不足和空间、散热等的限制，音质不会太好。而高档声卡上的功放并不比普通有源音箱内的功放差。 (4)波表音色库 MIDI使用的波表音色库是可选部件，因为波表数据既可存在卡上，也可存在系统内存中。 223 声卡芯片的技术分类音频CODEC一般分为8位单声道、8位立体声、通常的16位立体声以及多通道16位立体声，将来还会有多通道24位立体声(DVD音频标准)。位数越多，采样频率越高，精度就越好。同样是16位CODEC，则由信噪比、动态范围以及比较专业的时钟抖动等数据来区分其档次。音效芯片能够处
15、理的数据位数自然也得与之互相配合。,17,音效芯片的技术指标包括：(1)声道数，即单声道、双声道和多声道等。(2)采用的总线形式，包括ISA、PCI总线等。(3)MIDI合成方式，分为从简单的用几个单音(正弦波)来模拟乐器声音的FM合成方式、软件波表合成方式，到由具有复杂频谱的接近真实乐器声音的硬件波表合成方式。(4)立体声(3D)音效。声卡系统的硬件实现方法也有很多。CODEC芯片是必不可少的，因为目前计算机处理的数字信号必须变成模拟信号才能从扬声器中播放出声音；音效芯片，最廉价可以用CPU代替。声卡采用专用芯片是较普遍的，这又分为两种，一种是由部分处理程序(如BIOS等)可升级的芯片，其核
16、心是较有灵活性的DSP（digital signal processor 数字信号处理器），另一种是全部程序基本固化，而核心是具有专门目的、专用连线的DSP，虽不甚灵活、但速度很快。,18,24 多媒体视频随着硬件的发展，多媒体节目中大量使用视频，视频(Video)是由一幅幅单独的画面或帧序列组成的，这些画面以一定的速率连续地播放，再加上人眼的视觉滞留效应便产生了连续运动的效果。使人看上去有活动影像的感觉。典型的帧率为每秒2430帧，这样的视频图像看起来才能达到连续的效果。 241 数字视频技术1模拟视频和数字视频模拟视频是基于模拟技术以及图像的广播和显示所确定的国际标准。模拟视频具有成本低和
17、还原度好等优点，但它的最大缺点是不论被记录的图像多么清晰，经过长时间的存放之后，视频质量将大为降低，或者经过多次复制之后，图像的失真就会很明显。而数字视频可以弥补这些缺陷，它不仅可以无失真地进行无限次复制，而且还可以对视频进行创造性的编辑，如特技效果等。,19,数字视频是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准。数字视频技术有两层含义，一是将模拟视频信号输入计算机进行数字化视频编辑，最后制成数字视频产品；二是指视频图像由数字摄像机拍摄下来，从信号源开始，就是无失真的数字视频，当输入计算机时不再考虑视频质量的衰减问题，然后通过软件编辑制成产品。这里所指的数字视频技术主要还是第一层含义，即模拟视
18、频的数字化处理和存储技术。 目前，国际上流行的视频制式标准主要有：NTSC制式、PAL制式等。美国、加拿大、日本和中国台湾等使用NTSC(National Television Standard Committee)制式，它规定每秒30帧，每帧525行，每行240400个像素点；德国、英国、中国和朝鲜等使用PAL(Phase Alternate Line)制式，它规定每秒25帧，每帧625行，每行240400个像素点。不同制式对彩色电视机视频信号的解码方式、色彩处理方式、屏幕扫描频率等有不同的规定，因此如果计算机系统处理视频信号的制式与其相连的视频设备制式不同，则会明显降低视频图像的效果，有的
19、甚至根本没有图像。,20,2视频信息数字化普通的视频，如标准NTSC和PAL制式视频信号都是模拟的，而计算机只能处理和显示数字信号，因此在计算机使用NTSC和PAL制式信号前，必须进行数字化(采样、量化)，并经模数转换和彩色空间变换等过程。视频信号数字化与音频信号数字化一样，是对视频信号进行采样或捕捉，其采样深度(采样深度是经采样后每帧所包含的颜色位)可以是8位、16位或24位，然后将采样后所得到的数据保存起来，以便对它进行编辑和处理。在使用时将数字化数据从存储介质中读出，并还原成图像信号加以输出或播放。3数字视频的优点(1)数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而模拟视频信号每转录一次，就会有
20、一次误差积累，产生信号失真。(2)可以用许多新方法对数字视频进行创造性的编辑，如字幕电视特技等。(3)使用数字视频可以用较少的时间和费用创作出用于培训教育的交互节目，可以真正实现将视频融进计算机系统中以及可以实现用计算机播放电影节目等。,21,242 视频数据压缩编码技术1视频数据压缩编码的可能性数字视频存在着数据量大的问题，为存储和传递数字视频带来一些困难。所以在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。视频数据压缩是完全可能的，这是因为原始信号数据具有冗余性，即在每一帧图像内存在着大量的多余信息(帧内冗余)，具有很大压缩潜力，一帧内 |颜色相同的块| 帧内压缩,22,同时在相邻的两帧图像之间也具
21、有很大的相关性(帧间冗余)，因此整体上数据的冗余度很大。另一方面，大多数图像含有的内容比视觉能分辨出来的要多，将图像中的一些像素去掉，人眼是分辨不出的，也就是说，人的视觉特性允许图像在还原时有一定的误差，只要这些误差所造成的图像失真视觉上难以觉察出来即可。 帧与帧之间不变化的只传送一个运动矢量帧间压缩,23,2.常用的压缩编码方法压缩编码方法的分类多媒体数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类。第一种，根据质量有无损失可分为无损失编码和有损失编码。无损压缩法，也称冗余压缩法或熵(数据压缩的理论极限是信息熵)编码，无损压缩法不会产生失真，常用于文本、数据的压缩，它能保证完全地恢复原始数据，但这
22、种方法压缩比比较低，一般在2:15:1之间，无损压缩算法主要采用哈夫曼编码、算术编码、行程编码等；有损压缩法，也称熵压缩法，有损压缩法由于允许一定程度的失真，可用于对图像、声音、动态视频图像等数据的压缩，其中动态视频图像数据的压缩比可达到100:1200:1，有损压缩算法主要包含预测编码、变换编码、子带编码、矢量量化编码、混合编码、小波编码等。第二种，按照其作用域在空间域或频率域上分为空间方法、变换方法和混合方法。第三种，根据是否自适应分为自适应性编码和非适应性编码。一般来说，每一个编码方法都有其相应的自适应方法。,24,哈夫曼(Huffman)编码哈夫曼(Huffman)编码是一种典型的熵编
23、码，它对于出现频率大的符号用较少的位数来表示，而对出现频率小的符号用较多的位数来表示。其编码效率主要取决于需编码的符号出现的概率分布，越集中则压缩比越高。哈夫曼编码的具体步骤归纳如下：1)概率统计(如对一幅图像,或m幅同种类型图像作灰度信号统计)，得到n个不同概率的信息符号；2)将n个信源信息符号的n个概率，按概率大小排序；3)将n个概率中最后两个小概率相加，这时概率个数减为n-1个。 4)将n-1个概率，按大小重新排序。5)重复(3)，将新排序后的最后两个小概率再相加，相加和与其余概率再排序。6)如此反复重复n-2次，得到只剩两个概率序列。7)以二进制码元(0，1)赋值，构成哈夫曼码字。编码
24、结束。,25,信息符号 概率 H编码 第1步 H编码 第2步 H编码 第3步 H编码 第4步 H编码 第5步 H编码X1 0.35 00 0.35 00 0.35 00 0.35 00 0.40 1 0.60 0X2 0.20 10 0.20 10 0.20 10 0.25 01 0.35 00 0.40 1X3 0.15 010 0.15 010 0.20 11 0.20 10 0.25 01X4 0.10 011 0.10 011 0.15 010 0.20 11X5 0.10 110 0.10 110 0.10 011X6 0.06 1110 0.10 111X7 0.04 1111,例
25、 哈夫曼(Huffman)编码,26,好的数据压缩技术有三个重要指标：一是压缩比要大，即压缩前后所需的信息存储量之比要大；二是实现压缩的算法要简单，压缩解压缩速度要快，尽可能地做到实时压缩解压缩；三是恢复效果要好，要尽可能地恢复原始数据。各种编码算法可以用软件来实现，也可以用硬件来实现，还可以用软、硬件相结合的方法来实现。在实际系统中，用户往往可根据具体要求灵活选择和控制图像压缩方法的有关参数，以求最佳效果。,27,25 显示系统251 显示系统简述显示系统是整个计算机系统中最重要的外部设备，也是用户与计算机进行交互的主要设备。计算机的显示系统由显示器和显示卡组成。主 机 显示卡 显示器总线扩
26、展槽 多芯视频信号电缆显示系统与主机的连接图 252 显示卡1显示卡的功能和发展显示卡又称显示适配器或显示接口卡，它是显示器与主机通信的控制电路和接口，用于将主机中的数字信号转换成图像信号并在显示器上显示出来。PC机的显示卡经历了由单色到彩色的过程，由MDA(单色显示卡)、CGA(彩色显示卡)、EGA(增强型图形显示卡)、VGA(视频图形阵列显示卡)到2D3D图形加速卡，总线接口由8位的PCXT总线显示卡、16位的ISA总线显示卡、32位的VESA局部总线显示卡、32位的PCI总线显示卡到目前流行的AGP接口的显示卡，由中低分辨率的显示卡到高分辨率的显示卡等一系列的发展过程。在PC中，显示卡是
27、除CPU外发展速度最快的部件，显示器必须配上显示卡才能正常显示出计算机的各种信息。,28,2 显示卡的基本结构无论何种类型的显示卡，都有着大致相同的结构。显示卡的结构是由显示芯片、显示内存、RAM DAC、VGA BIOS、总线接口等部件组成，此外还有一些连接插座和插针。(1)显示芯片(VGA Chip)显示芯片是显示卡的核心部件，它决定了显示卡的档次和性能，同时也是区分2D显示卡和3D显示卡的主要依据。2D显示芯片在处理图像和特效时主要依赖CPU的处理能力，故称为软加速。而3D显示芯片将三维图像和特效处理功能集中在显示卡内，减轻了CPU的负担，因此称为硬件加速。显示芯片是显示卡上最大的芯片，
28、通常带有风扇，还标有生产厂商等。 (2)显示内存(Video RAM)显示内存又称帧缓存，它是用来存放显示芯片处理后的数据。屏幕上的图像数据都是存放在显示内存中的，显示卡的分辨率越高，在屏幕上显示的像素点就越多，要求显示内存的容量也越大。例如在3D加速卡中，帧缓存和分辨率的关系是2MB640480、4MB800600、8MB1024768、16MB16001200，3D加速卡还有专门存放纹理数据或Z-Buffer(Z缓冲器)数据的显示内存。目前的显示内存主要是SDRAM和SGRAM。,29,(3)RAM DACRAM DAC(随机存取存储器数模转换器)是负责将显示内存中的数字信号转换成显示器能
29、够接收的模拟信号。RAM DAC是影响显示卡性能的主要因素，尤其是它的转换速度直接影响着显示卡的刷新频率和最大分辨率。RAM DAC的转换速度越快，在显示器上的刷新速度就越快，图像就越稳定。(4)VGA BIOSVGA BIOS又称为显示卡BIOS，主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，还存放有关显示卡的型号、规格等信息，开机时所显示的信息就是由此而来的。早期的VGA BIOS被固化在ROM中，不能被修改，现在多数显示卡都采用大容量的E2PROM，即Flash BIOS，可以通过专门的程序对显示卡BIOS进行修改或升级。(5)总线接口显示卡的总线接口类型主要有ISA、EISA、VESA
30、、PCI和AGP等几种，前三种已基本淘汰，目前流行的总线接口为PCI和AGP。随着3D图形加速卡的发展，AGP总线接口会逐渐成为主流。显示卡的工作过程大致是：首先由CPU向图形处理部件发出命令，显示卡将图形处理完成后送到显示内存，显示内存进行数据读取，然后将其送到RAM DAC中。最后RAM DAC将数字信号转化为模拟信号输出显示。,30,3显示卡的分类显示卡根据不同的分类标准可分为不同的类型。如按照图形处理的不同原理可分为普通显示卡、2D加速卡和3D加速卡。按照总线类型的不同可分为ISA显示卡、EISA显示卡、VESA显示卡、PCI显示卡和AGP显示卡。目前市场上可以看到的主要有PCI显示卡
31、和AGP显示卡两种，而且以AGP显示卡为主流。(1)PCI显示卡PCI总线接口显示卡采用了图形加速处理芯片，支持比较流行的图形加速功能，如DCI和Direct Draw等。这些图形加速功能在图像显示过程中能大大提高显示速度，在用软件解压播放MPEG视频时效果明显。PCI总线接口的时钟频率为33MHz，最大数据传输速率可达133MBs(兆字节每秒)，同时具有与处理器和存储器完全并行操作的能力。尽管如此，PCI总线仍有诸多不足之处，特别是在3D技术应用的过程中表现更为突出。例如，当显示102476816MB真彩色的3D图形时，纹理数据(从主存传送至显示卡)的传输速率在200MBs以上，显然，现有的
32、PCI总线的传输速率远远不能满足要求。,31,(2)AGP显示卡AGP(加速图形显示接口)是Intel开发的新一代显示卡接口标准，它是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范。其视频信号的传输速率可以从PCI的133MBs提高到266MBs或者532MBs。Intel在AGP中引入了DME(直接内存执行)技术，该技术提出让3D图形加速卡利用PC的主存作为显示内存来使用，这正是AGP规范中的核心技术，即利用AGP实现用廉价的主存充当大容量显示内存使用，从而能够极大地改善3D应用程序的三维视觉效果。,32,4显示卡的性能指标当前市场上的显示卡种类繁多，不同种类的显示卡都有其特定的性能指标。但无论那种显
33、示卡，都有三项最基本的指标，即分辨率、颜色数和刷新频率。(1)分辨率分辨率又称解析度，它是指在显示器屏幕上所能描绘的像素点数量，通常用水平像素点数垂直像素点数来表示。由于现在的绝大多数显示器屏幕横纵比是4：3，所以标准分辨率也是4：3的比例，例如640480、800600、1024768、16001200等。显示器分辨率的大小取决于显示卡的分辨率，由于显示器的屏幕大小不变，所以分辨率越高，可显示的内容就越多，当然在屏幕上显示的单个字符或图像会按比例缩小。,33,(2)颜色数 颜色数和颜色深度都是指显示卡在当前分辨率下能同屏显示的色彩数量，颜色数以多少种色来表示，颜色深度以多少位色来表示。颜色数
34、M和颜色深度d的关系为：M=2d，比如标准VGA显示卡在640480分辨率下的颜色为8位色，则可以在屏幕上显示出256种颜色。颜色位数一般设定为8位、16位、24位或32位不等。当然，颜色数的位数越高，用户所能看到的颜色就越多，屏幕上的图像质量就越好。但是当颜色数增加时，也增大了显示卡所要处理的数据量，随之而来的问题是速度的降低和屏幕刷新频率的降低。(3)刷新频率刷新频率是指图像在显示器上更新的速度，即屏幕每秒重新显示的次数。实际上刷新频率是RAM DAC向显示器传送的显示信号，使其每秒重绘屏幕的次数，它的单位是Hz。刷新频率越高，屏幕上图像闪烁感越小，图像的稳定性越高。刷新频率应大于75Hz
35、。,34,253 3D图形加速卡随着多媒体计算机的不断发展和家庭娱乐的需求，3D图形加速卡也越来越受到人们的关注。3D图形加速卡的性能是由卡上的3D显示芯片决定的，3D显示芯片除应具有一般2D显示芯片的功能(包括YUV-RGB、双线性缩放、图像缩放、插值、压缩等)外，还应能支持3D运算特性。一般来说，作为具有3D图形加速功能的芯片主要应具有以下几个特征：z缓冲器：在三维图形中，除了x轴和y轴外，还需要一个z轴。z参数为缓冲器中的像素提供实际坐标比较。颜色内插：使着色更准确，图形更具真实感和立体感。纹理映射：能在三维图形的表面贴上不同材质的花纹。浓度暂存：带有3D引擎的16位浓度暂存器，能用于消
36、除隐藏的线条和表面。雾化处理：能产生由近及远的层次感。边缘平滑处理：消除边缘锯齿效应，使图像之间过渡更加自然。透明色处理：调整花纹各部分的角度，大小比例，产生融合效果，提高透视效果。,35,除此之外，还可能包括透视校正、双缓存、着色技术、气氛效果和Alpha变换等。由于3D显示芯片档次不尽相同，因而功能强弱也有一定差别。3DAPI(3D应用程序接口)是许多程序的集合，它是架设在3D图形应用程序和3D图形加速卡之间的桥梁。一个3DAPI能让编程人员所设计的3D软件调用其API内的程序，从而让API自动与硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，从而大大地提高了3D程序设计的效率。
37、目前普遍应用的3DAPI主要有DirectX、OpenGL、Dlide和Heidi等。由于3D显示芯片功能日趋强劲，大大减轻了系统的负荷，使很多三维软件的潜力和功能得到充分发挥。在选购3D图形加速卡时，主要应考虑如下因素：3D图形显示控制芯片的性能，RAM DAC的位数和速度，显存的类型、容量和速度，显示BIOS的性能，接口总线类型及所支持的数据传输速度以及显示驱动程序是否完善等。,36,254 显示器1显示器的工作原理显示器的作用是将主机发出的信号经一系列处理后转换成光信号，最终将文字和图形显示出来。下面以CRT(阴极射线管)为例介绍显示器的工作原理。CRT是由电子枪、偏转线圈、荧光粉层、荫
38、罩和玻璃外壳五个部分组成。当显示器加电后，在电子枪和荧光粉层之间形成一个高达几万伏的直流电压加速场，当电子枪射出的电子束经过聚焦和加速后，在偏转线圈产生的磁场作用下，按所需要的方向偏转，通过荫罩上的小孔射在荧光屏上，荧光屏被激活就会产生彩色。当图像被显示在屏幕上时，它由许多小点组成，这些小点称为像素。每个像素都有自己的颜色，正是由各个像素的颜色构成一幅完整的彩色图画。,37,2显示器的分类(1)按显示颜色分类单色显示器：只能显示一种颜色。彩色显示器：可以显示高达1677万种颜色。(2)按显示器件材料分类阴极射线管显示器(CRT)：采用阴极射线管作为光电转换材料，它是目前的主流显示器。液晶显示器
39、(LCD)：最近这种显示器逐渐流行起来，它是利用液晶的分子排列对外界的环境变化(如温度、电磁场的变化)十分敏感，当液晶的分子排列发生变化时，其光学性质也随之改变，因而可以显示各种图形。等离子体显示器(PDP)：它的工作方式与液晶显示器类似，但是在两块玻璃之间夹着的材料不是液晶，而是一层气体，它将气体和电流结合起来激发像素，虽然分辨率较低，但图像明亮且成本比有源阵列LCD低，适合商业演示使用。发光二极管显示器(LED)：主要采用LED作为显示阵列，在一些大型的户外广告牌上经常使用。,38,(3)按显示屏幕形状分类球面屏幕：这类显像管是目前技术最成熟、使用最广泛的显像管。但它的缺点也很明显，就是随
40、着观察角度的改变，球面屏幕上的图像会发生歪斜，而且非常容易引起外部光线的反射，降低对比度。柱面屏幕：这类显像管的特点是从水平方向看呈曲线状，而在垂直方向则为平面。它采用了条形荫罩板和带状荧屏技术，透光性好、亮度高、色彩鲜明，适合对色彩表现要求高的场合。但是这种显像管的缺点是它采用的条栅状光栅抗冲击性能较差，不适合在工业场合应用。平面直角屏幕：平面直角显像管由于采用了扩张技术，使传统的球面管在水平和垂直方向向外扩张。因此，这种显像管比传统的球面显像管看上去要平坦很多，同时在防止光线的反射和炫光方面也有不少改进，加上比较低廉的价格，使其在15in(1in=254cm)以上的显示器中得到广泛的应用。
41、但从技术上讲，它还不是真正的平面显像管。纯平面屏幕：这种显像管在水平和垂直两个方向上真正做到了平面。因为越平的屏幕，人眼观看屏幕的聚焦范围就越大，图像看起来也就更逼真和舒服。但这种显像管的成本比较高。,39,3显示器的性能指标(1)屏幕尺寸屏幕尺寸是衡量显示器屏幕大小的技术指标，它用显像管对角线的距离来表示，单位一般用in(英寸)，目前常见的显示器有14in、15in、17in和21in等。实际显示器的可视范围要比屏幕尺寸小，如15in显示器的可视对角尺寸为138in。(2)点距点距是指显示器荧光屏上两个相邻的相同颜色磷光点之间的距离。点距越小，显示出来的图像越细腻。点距的单位为mm(毫米)，
42、用显示区域的宽和高分别除以点距，就得到显示器在水平和垂直方向最高可以显示的像素的个数。例如点距为028mm的14in显示器，它在水平方向最多可以显示1024个像素，在垂直方向最多可显示768个像素，因此其极限分辨率为1024768。目前，高清晰大屏幕显示器通常采用028mm、 027mm、026mm、 025mm的点距，有的产品甚至达到021mm。(3)分辨率分辨率是指屏幕上可以显示的像素的个数。分辨率越高，屏幕上能显示的像素数就越多，图像也就越细腻，显示的内容就越多。通常分辨率用水平方向像素的个数与垂直方向像素的个数的乘积来表示，例如，800600表示在水平方向有800个像素；在垂直方向有6
43、00个像素。显示器的分辨率受到点距和屏幕尺寸的限制，也与显示卡的性能有关。,40,(4)刷新频率刷新频率是指每秒刷新屏幕的次数，刷新频率可分为垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新频率又称场频，它指屏幕图像每秒从上到下刷新的次数，单位是Hz。垂直刷新频率越高，图像越稳定，闪烁感越小。显示器使用的垂直刷新频率在6090Hz之间，一般垂直刷新频率在72Hz以上。水平刷新频率又称行频，它指电子束每秒在屏幕上水平扫描的次数，单位为kHz(千赫)。行频的范围越宽，可支持的分辨率越高。例如15in彩色显示器的行频范围在3070kHz之间。(5)扫描方式扫描方式可分为两种：隔行扫描和逐行扫描。隔行扫描是电子枪
44、先扫描奇数行，后扫描偶数行，因为一帧图像分两次扫描，所以容易产生闪烁现象。逐行扫描是指逐行一次性扫描完并组成一帧图像。现在的显示器一般都采用逐行扫描方式，逐行扫描在垂直刷新频率低时也会感到闪烁。国际VESA协会认为，逐行扫描方式的垂直刷新频率达到75 Hz才能实现无闪烁，最近又提出了逐行扫描的最佳无闪烁标准是垂直刷新频率为85Hz。,41,(6)带宽带宽是显示器所能接收信号的频率范围，单位是MHz(兆赫)。带宽是评价显示器性能的重要参数，不同的分辨率和刷新频率需要不同的带宽，带宽越宽，表明显示控制能力越强，显示效果越好。可接受带宽=水平像素垂直像素刷新频率系数(取15)。(7)辐射和环保长时间
45、在显示器前工作，会受到显示器的辐射，它直接影响到用户的视力及身体健康。国际上关于显示器电磁辐射量的标准有两个；即瑞典的MPR-标准和更高要求的TCO标准。目前达到MPR-标准的显示器较多，达到TCO标准的显示器在市场上较少，只有一些名牌产品才有TCO的认证标志。显示器带有EPA(能源之星)标志的具有绿色功能，在计算机处于空闲状态时，自动关闭显示器内部部分电路，使显示器降低电能消耗，以节约能源和延长显示器的使用寿命。,42,255 液晶显示器液晶显示器LCD是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。随着液晶显示技术的不断进步，LCD显示器在笔记本电脑市场占据多年
46、的领先地位后，开始逐步地进入台式机系统。与传统的CRT显示器相比，LCD显示器具有占用空间小、重量轻、低功耗、低辐射和无闪烁等优点。1液晶显示器的工作原理液晶显示器是以液晶材料作为主要部件的一种显示器。液晶是一种具有透光特性的物质，它同时具备固体与液体的某些特征。从形状和外观看液晶是一种液体，但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态，光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列决定，这是固体的一种特征。在研究过程中，人们发现给液晶加电时，液晶分子会改变它的方向。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性，给液晶加电时让光线通过，不加电时则阻止光线通过，从而在屏幕上显示出黑白的图像和文字。彩色液晶显示器是在液晶
47、材料与光源之间加入RGB三色滤光片，当文字和图像信号经过显示卡进入显示器时，文字和图像信号变成控制信号，通过显示器内的发光管发出的光线通过偏光板射向液晶，当每一颗液晶单元受到不同大小的电压时，其分子排列方式就会发生改变，使得液晶单元产生不同的透光度，当不同的透光经过RGB三色滤光片时，屏幕就会因为不同的透光程度形成各种色彩的文字和图像信号。TFT-LCD(薄膜晶体管LCD)是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上主流显示设备。,43,2液晶显示器的性能指标(1)屏幕尺寸如前所述，显示器的屏幕尺寸就是显示屏对角线的长度，以in为度量单位。对于液晶显示
48、器也是采用同样的测量标准。目前常见的液晶显示器的主要有12.1in、13.3in、14.1in、15in等。(2)可视角度可视角度分为水平可视角度和垂直可视角度，140以上的水平可视角度和120以上的垂直可视角度已成为基本指标。可视角度可以通过从不同角度观察来衡量，当画面亮度变暗、颜色改变、文字模糊等现象出现时，就说明超过了它的可视角度范围。通常LCD显示器的可视角度达到120就可以满足一般要求，当然可视角度越大，看起来会更轻松一些。(3)响应时间响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需的时间。响应时间短则看运动画面时就不会出现拖影的现象。而当响应时间较
49、长时，在纯白全屏幕下快速移动鼠标时，会有残影的现象，这是因为LCD反应太慢，来不及改变亮度所致。,44,(4)亮度亮度是一台LCD显示器中较重要的指标，单位是cd/m2，即每平方米的烛光数量。液晶显示器的亮度值最好在200cd/m2以上，目前市场上的LCD液晶显示器的亮度值一般在150350cd /m2之间。(5)对比度对比度是表示液晶显示器能显示的色阶的参数，对比度越高，还原的画面层次感就越好。目前市场上的LCD的对比度普遍在150:1到400:1，一般200:1的产品就可以满足普通用户的要求。(6)显示颜色TFT-LCD一般有16位65536种色彩和24位16777216种色彩，由于亮度和对比度高，彩色十分鲜艳。,
