Wprowadzenie Karty foniczne i wizyjne Historia kart dźwiękowych wykład z przedmiotu: Technika rejestracji sygnałów Konstrukcja karty dźwiękowej opracowanie na podstawie materiałów wykładowych
Zastosowania autorstwa mgr inż. Andrzeja Ciarkowskiego kart dźwiękowych
Kary graficzne mgr inż. Adam Kurowski, Katedra Systemów Multimedialnych
8 listopada 2016 Wprowadzenie
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych Przetwarzanie multimediów często wiąże się z znaczącymi wy- Konstrukcja karty maganiami dotyczącymi mocy obliczeniowej. dźwiękowej
Zastosowania kart Z tego względu w architekturze systemów komputerowych prze- dźwiękowych widuje się specjalne sprzętowe akceleratory wspomagające re- Kary graficzne jestrację, generowanie i przetwarzanie strumieni multimediów takich jak dźwięk, czy obraz. Historia IBM PC (1981) - Beeper
Wprowadzenie – Głośniczek oryginalnie montowany w komputerach PC Historia kart dźwiękowych - ”beeper”, ”buzzer” Konstrukcja – Często przetwornik piezoelektryczny karty dźwiękowej – Sterowany falą prostokątną o zadanej częstotliwości Zastosowania kart –” Najlepszy sposób na podniesienie jakości dźwięku to dźwiękowych odciąć kabelki ” Kary graficzne – Do generowania dźwięku i tworzenia muzyki używano przede wszystkim Atari ST, Amigi albo MAC-ów – Programowanie beepera – ”wyższa magia” (PWM, filtr dolnoprzepustowy) Covox Speech Thing (1986)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Covox Speech Thing (1986)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Prosty przetwornik 8-bitowy podłączany do portu dru- Konstrukcja karty karki dźwiękowej
Zastosowania – Drabinka rezystorowa + prosty filtr LP kart dźwiękowych – Szybkość próbkowania zależna tylko od wydajności Kary graficzne komputera – Niska cena, jakość ”przyzwoita” Prosty przetwornik DAC
Wprowadzenie
R g Historia kart MSB LSB dźwiękowych 2R R R R R R _ Konstrukcja f Vo karty + dźwiękowej 2R 2R 2R 2R 2R 2R C Zastosowania f kart dźwiękowych + Kary graficzne V cc _
Sn-1 Sn-2 Sn-3 Sn-4 Sn-5
MSB LSB n = 5 AdLib (1987)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne AdLib (1987)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Prosta karta oferująca syntezę FM, zastosowanie do ge- Konstrukcja nerowania muzyki karty dźwiękowej – Układ OPL2 Yamahy, powszechnie stosowany w najtań- Zastosowania kart szych keybordach dźwiękowych – Synteza do 9 głosów Kary graficzne – Brak możliwości odtwarzania dźwięku digitalizowa- nego (audio) Creative C/MS Game Blaster (1987)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Creative C/MS Game Blaster (1987)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja – Na scenie pojawia się Creative Labs karty dźwiękowej – 8-bitowe przetworniki ADC i DAC Zastosowania kart – 12-głosowa synteza FM dźwiękowych
Kary graficzne – Zaporowa cena: 400$ (C/MS) – Game Blaster – karta ”zrób to to sam” Roland LAPC-1
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Roland LAPC-1
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Karta MIDI (bez możliwości audio) Konstrukcja – 32-głosowa synteza wavetable karty dźwiękowej – Standardowy moduł ”syntezatorowy” Roland MT-32 Zastosowania kart – Interfejs szeregowy MPU-401 stał się standardem do dźwiękowych
Kary graficzne interfejsu MIDI na wiele lat – Karta adresowana dla muzyków – Wysoka cena (około 500$) TurtleBeach MultiSound 16 (1990)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Pierwsza 16-bitowa karta dźwiękowa dla PC
Konstrukcja karty – DSP Motorola 56001 (20MIPS) dźwiękowej – 18-bit DAC i ADC (sigma-delta 128x oversampling) Zastosowania kart – Syntetyzator wavetable Protheus XR/1 dźwiękowych Kary graficzne – SNR>89 dB (A) – Karta powszechnie wykorzystywana w rozgłośniach ra- diowych i studiach Sound Blaster Pro (1991)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Sound Blaster Pro (1991)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Wciąż próbkowanie 8-bitowe Konstrukcja karty – Nagrywanie i odtwarzanie stereo dźwiękowej
Zastosowania – 2 syntezatory OPL2 (kompatybilność z ADLib) kart dźwiękowych – Programowa kontrola głośności (mikser) Kary graficzne – ”gameport” – Karta skierowana do masowego odbiorcy Gravis Ultrasound (1991)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Gravis Ultrasound (1991)
Wprowadzenie Historia kart – Pierwsza karta z synteza wavetable dla masowego od- dźwiękowych biorcy Konstrukcja karty dźwiękowej – Audio z jakością CD Zastosowania – Możliwość ładowania własnych brzmień do pamięci pró- kart dźwiękowych bek Kary graficzne – Brak kompatybilności z Sound Blasterem – Stosunkowo niska cena (karta adresowana dla muzyków- amatorów, szczególnie upodobana na tzw. demo-scenie) Sound Blaster 16 (1992)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne Sound Blaster 16 (1992)
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Pierwsza 16-bitowa karta Creativa
Konstrukcja karty – Audio jakości CD (ale tylko przy odtwarzaniu) dźwiękowej – Brak trybu full duplex Zastosowania kart – Zastosowano 12-bitowe przetworniki ADC dźwiękowych Kary graficzne – Możliwość podłączenia modułu wavetable Wave Bla- ster – Brak kompatybilności z SB Pro AD 1848 (1994)
Wprowadzenie – Pierwszy masowo produkowany kodek dla kart dźwię- Historia kart dźwiękowych kowych Konstrukcja karty – Zaadaptowany przez Microsoft jako ”Windows Sound dźwiękowej System” Zastosowania kart – Jakość dźwięku rożna w zależności od producenta dźwiękowych
Kary graficzne karty, ale z reguły lepsza od SB16 – Sprzętowa obsługa kompresji A-law, u-Law i ADPCM – Podstawa specyfikacji MPC-2 – Wykorzystywany również w wielu kartach PCI Budowa karty dźwiękowej
Wprowadzenie
Sample Memory Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja Synthesizer karty dźwiękowej CODEC MIDI Zastosowania ADC kart DSP Analog Outs dźwiękowych BUS Effects Bus DAC MIXER Interface 3D Analog Ins Kary graficzne HW Mixing AC3 DTS Digital Outs S/PDIF Digital Ins
MIDI Game Interface Port CODEC
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – COder/DECoder Konstrukcja karty – Układ zawierający przetworniki ADC i DAC dźwiękowej – Standardem dla współczesnych kart są przetworniki 18- Zastosowania kart 24 bit typu sigma delta dźwiękowych
Kary graficzne – Dodatkowe układy typu koder AC3, DTS – Często zintegrowany ze wzmacniaczami sekcji analo- gowej, kontrolerem szyny i mikserem Przetworniki ADC i DAC
Wprowadzenie
Historia kart – W kartach profesjonalnych często umieszczane w zewnętrz- dźwiękowych nym module aby ograniczyć interferencje Konstrukcja karty – Oprócz rozdzielczości bitowej istotna jest liniowość prze- dźwiękowej tworników Zastosowania kart dźwiękowych – Przetworniki ze względu na analogowo-cyfrową strukturę
Kary graficzne wymagają specjalnej uwagi podczas projektowania płytki PCB – Jakość przetworników i ich umieszczenie w decydujący sposób wpływają na SNR karty Mikser
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Zestaw potencjometrów analogowych z cyfrowym ste- Konstrukcja rowaniem karty dźwiękowej – Typowo 127 lub 255 poziomów + Mute Zastosowania kart – Służy do sumowania sygnałów z rożnych kanałów (i dźwiękowych kontroli balansu) Kary graficzne – Typowo sterowanie poprzez interfejs I2C albo SPI – Analogowy mikser tylko w najtańszych kartach Syntezator
Wprowadzenie – Układ zamieniający kody MIDI na audio Historia kart dźwiękowych – W tej chwili rzadko stosowany Konstrukcja karty – Kiedyś – przede wszystkim synteza FM dźwiękowej
Zastosowania – Obecnie karty oferują sampling kart dźwiękowych – Często funkcję syntezatora pełni procesor DSP wyko- Kary graficzne rzystywany również do efektów i 3D – Szyna PCI umożliwiła wykorzystanie pamięci RAM kom- putera jako pamięci próbek (SB Live, Audigy) – Również synteza falowodowa (np. SB AWE64) DSP
Wprowadzenie – Odciąża CPU komputera Historia kart dźwiękowych – Stosowany w bardziej zaawansowanych kartach do imple- Konstrukcja karty mentacji efektów typu reverb, chorus, itp. dźwiękowej –”Sprzętowe miksowanie ” kanałów audio Zastosowania kart – Pozycjonowanie dźwięku w przestrzeni 3D dźwiękowych Kary graficzne – Interpolacja dźwięku – Obwiednia ADSR i pitch shifting w syntezatorach – Echo-cancellation w zastosowaniach VoIP – Kompresja/dekompresja dźwięku Cyfrowa transmisja audio
Wprowadzenie Format I2S: Historia kart dźwiękowych – rozszerzenie interfejsu I2C do transmisji dźwięku Konstrukcja karty – Jednokierunkowa magistrala szeregowa dźwiękowej – 3 linie (fizycznie) transmisyjne (zegar, wybór kanału, Zastosowania kart dane) dźwiękowych
Kary graficzne – Rozmiar słowa danych do 32 bitów – Dowolna częstotliwość próbkowania – Stosowany w profesjonalnych urządzeniach (np. do łączenia CODECów z DSP) Cyfrowa transmisja danych
Wprowadzenie Interfejs AC-link (AC97) Historia kart – 2-kierunkowa magistrala szeregowa dźwiękowych
Konstrukcja – Przesył zarówno danych jak i słów sterujących karty dźwiękowej – Słowo danych ograniczone do 20 bitów Zastosowania kart – Częstotliwość próbkowania max 48 kHz (wg. najnow- dźwiękowych szej specyfikacji 2.3 również 96 kHz) Kary graficzne – Możliwość połączenia do 4 kodeków stereo z 1 kontro- lerem magistrali – Sztywna specyfikacja ogranicza elastyczność – Stosowany w tanich kartach (głównie zintegrowanych) Karty ”ogólnego zastosowania”
Wprowadzenie Kodek AC97 Historia kart dźwiękowych – Standard opracowany przez Intela w 1997 r. Konstrukcja – Interfejs AC-link karty dźwiękowej – Najwyższa konfiguracja głośników 5.1, max. pasmo 11.5 Zastosowania kart Mb/s dźwiękowych – Powszechnie stosowany w kartach dźwiękowych na pły- Kary graficzne tach głównych – Układy AC97 różnych producentów są (powinny być) zgodne programowo Synteza MIDI tylko programowo Karty do gier/kino domowe
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Obsługa standardu DVD-Audio (format 24/96) Konstrukcja karty dźwiękowej – Obsługa standardów 5.1, 6.1, 7.1 i pozycjonowania
Zastosowania dźwięku w przestrzeni 3D kart dźwiękowych – Zaawansowane efekty dźwiękowe,”sprzętowe mikso- Kary graficzne wanie” – Wyposażone w procesor DSP Zaawansowane karty dźwiękowe
Wprowadzenie Intel High Definition audio Historia kart – ”Następca” AC97 dźwiękowych
Konstrukcja – 32 bity/ 192 kHz karty dźwiękowej – Konfiguracja 7.1 i więcej Zastosowania kart – Obsługa formatów Dolby Digital Surround EX i DTS dźwiękowych ES Kary graficzne – Przepustowość do 72 Mb/s – Sprzętowa obsługa beamformingu – Możliwość łączenia wielu urządzeń w celu zwiększenia możliwości Dźwięk przestrzenny
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – Standardy EAX 1.0 – EAX ADVANCED HD 4.0 (Cre- Konstrukcja karty ative SB Live!/Audigy) dźwiękowej
Zastosowania – Aureal A3D (technologia stosowana w symulatorach NASA) kart dźwiękowych – QSound3D – VIA Vinyl Audio (Procesor Envy24) Kary graficzne – OpenAL – standard analogiczny do OpenGL, oparty przede wszystkim na EAX (m. in. efekty 3D w Javie) Karty studyjne
Wprowadzenie – Format 24/96 – próbkowanie 96 kHz, rozdzielczość 24 Historia kart dźwiękowych bity – standard dla profesjonalnych nagrań studyjnych Konstrukcja – Wiele kanałów wejściowych i wyjściowych karty dźwiękowej –”Direct monitoring” – odsłuch wejścia bez opóźnień Zastosowania kart –”Bit accurate” – brak dodatkowych efektów, korektorów, dźwiękowych tłumików itp. w torze audio Kary graficzne – Karty MIDI – specjalizowane interfejsy pozwalające two- rzyć sieć MIDI w studio – ASIO – standard sterowników kart studyjnych oferujący minimalne opóźnienia (Steinberg) RME HDSP 9632
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne RME HDSP 9632
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych – 192 kHz/24 bit
Konstrukcja karty – SNR > 110 dB dźwiękowej – opcjonalna możliwość rozszerzenia o 4 symetryczne wej- Zastosowania kart ścia i wyjścia dźwiękowych
Kary graficzne – złącze ADAT – SPDIF (do 96 kHz), do 16 kanałów równocześnie – wejście i wyjście MIDI Karty dźwiękowe USB
Wprowadzenie – Klasa urządzeń USB Audio eliminuje konieczność two- Historia kart dźwiękowych rzenia sterowników dla urządzeń Konstrukcja – ”USB Speakers – karta dźwiękowa zintegrowana z gło- karty dźwiękowej śnikami Zastosowania kart – Układy USB ASIC – kodek zintegrowany zn kontrole- dźwiękowych rem USB w 1 chipie Kary graficzne – USB Streaming Controller – układ kontrolera pozwalający tworzyć rozbudowane konstrukcje w tym z DSP – Standard USB 2.0 umożliwił tworzenie wielokanało- wych interfejsów studyjnych EDIROL UA-101
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne EDIROL UA-101
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart dźwiękowych
Kary graficzne EDIROL UA-101
– szybkość próbkowania do 192 kHz (przy najwyższej: tylko Wprowadzenie 6 wejść/wyjść jest dostępnych) Historia kart dźwiękowych – 10 wejść i wyjść analogowych Konstrukcja karty – wejście i wyjście SPDIF dźwiękowej
Zastosowania – preamp mikrofonowy, zasilanie Phantom +48 V, 2 wej- kart dźwiękowych ścia symetryczne Kary graficzne – limiter – wejście i wyjście MIDI – wyjście słuchawkowe z regulacją głośności – możliwość sterowania mikserem z poziomu aplikacji na komputerze Karty graficzne
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych Cel stosowania kart graficznych jest analogiczny, jak dla Konstrukcja karty kart audio – wspomóc przetwarzanie i konwersję danych dźwiękowej wizyjnych. Zastosowania kart dźwiękowych Ze względu na charakter przetwarzanych sygnałów, jej bu- Kary graficzne dowa jest nieco bardziej skomplikowana, niż konstrukcje kart audio. Bloki funkcjonalne karty graficznej
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania kart O dźwiękowych
Kary graficzne
ś O ś O Bloki funkcjonalne karty graficznej
Wprowadzenie
Historia kart Procesor GPU – główna jednostka obliczeniowa, po- dźwiękowych zwala odciążyć CPU komputera. Wykonuje obliczenia gra- Konstrukcja karty fiki 2D/3D (przeliczenia współrzędnych, skalowanie, uru- dźwiękowej chamianie shaderów, teksturowanie, efekty, itp.) Zastosowania kart dźwiękowych Pamięć RAM – na niej operuje GPU, przechowuje prze-
Kary graficzne twarzane dane graficzne, jej wielkość determinuje liczbę wyświetlanych kolorów, czy jakość tekstur Konwerter RAMDAC – dokonuje konwersji sygnału cyfro- wego na sygnał analogowy Bloki funkcjonalne karty graficznej
Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty Magistrala wejścia/wyjścia – komunikacja z CPU i sys- dźwiękowej temową pamięcią RAM (szyny PCI, PCI Express, AGP, itd.) Zastosowania kart dźwiękowych BIOS – umożliwia działanie karty przed załadowaniem
Kary graficzne systemu operacyjnego Wprowadzenie
Historia kart dźwiękowych
Konstrukcja karty dźwiękowej
Zastosowania Dziękuję za uwagę! kart dźwiękowych
Kary graficzne