Karty Foniczne I Wizyjne
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
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 Vcc _ 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