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1、精品学习资源第五章 多媒体运算机硬件及软件系统结构学习要点：1、多媒体个人运算机（MPC）的技术标准、产品升级方法、主要功能和应用领域；2、明白具有代表性的多媒体运算机系统结构（硬件、软件），如Intel/IBM公司研制的 DVI（数字视频交互式）多媒体运算机系统胜利和失败的体会教训，对于抱负的DVI 系统怎样设计实现；3、将多媒体功能集成到CPU芯片中，一类是以多媒体和通信功能为主，融合CPU芯片原有的运算机功能；另一类是以通用CPU运算机功能为主，融合多媒体和通信功能；4、把多媒体和通信功能集成到CPU芯片中的一些设计原就是：在设计时采纳国际标准；将多媒体和通信功能的单独解决变为集中解决；
2、体系结构的设计和算法相结合等；解决多媒体运算机综合处理声、文、图信息的问题，可以采纳下述三种方法：1 、选用专用芯片设计专用接口卡单独解决；2 、设计专用芯片和软件，组成多媒体运算机系统，综合解决声、文、图问题；3 、最终一种解决方案是把多媒体技术做到CPU芯片中；一、多媒体个人运算机（ MPC）1、MPC的技术标准多媒体个人运算机 Multimedia PC是在现有 PC机基础上加上一些硬件板卡及相应软件使其具有综合处理声、文、图信息的功能；交互式多媒体运算机协会IMA InteractiveMultimediaAssociation是多媒体产业供应商和最终用户组成；主要支持者是 Micro
3、soft、Tandy、NEC 等公司； 制定了 MPC平台标准， 主要解决了 两个问题： 1应用软件和工具软件在各种软、硬件平台上的兼容性；2数据交换的兼容性；MPC平台标准：（ 1）硬件平台欢迎下载精品学习资源CPU 80286/386/486以上RAM 2MB 较多 , 最好是 4MB 外存3.5 英寸 1.44M 软驱,30MB及大硬盘 ,光驱 传输速率不小于 150KB/s,视频 VGA16 色 ,彩色图形接口 256 色 ,音频子系统 -8bitA/D，采样频率 11.025kHz 或 22.05kHz- 8bitD/A，采样频率为 11.025kHz或 22.05kHz -拾音器输
4、入 - 具有 4-9 个乐器合成才能，音乐合成器, 内装模拟音频混频才能；输入 101 键盘 ,两按键的鼠标 ,I/O MIDI I/O接口 , 串行接口 , 并行接口 , 嬉戏杆接口2软件平台Microsoft公司的 Windows 3.1Microsoft公司的 MS-DOS 3.1版以上的操作系统与一般 PC相比： CD-ROM、数字音频子系统2、MPC产品及升级策略从以上介绍的 MPC的软、硬件平台可看到MPC系统与一般的 PC机相比，除了增加必要的音频信号处理卡，视频信号处理卡，CD-ROM驱动器以及必要的外部设备以外，并无特殊之处；（ 1） MPC系统在市场上最先推出的独立工作的M
5、PC系统是 Tandy公司的 4033LX Multim-edia；它由标准的 33MHz386运算机加上 Sound BlasterPro音频处理卡 , Super VGA 显示接口 ,Tandy的 CD-ROM驱动器和接口卡组成；(2) MPC 升级套件由 Creative Lab推出的 MPC 升级套件；包括 :一块 Sound Blaster Pro音频卡一个内装的CD-ROM 驱动器；最近又推出Video Blaster卡,它将使 PC机具有猎取视频图像、图形重叠和VGA显示中的视频 窗口等功能；(3) PC 软件开发工具MPC主要用于播放记录在CD-ROM上的各种电子出版物和用于电
6、子嬉戏等；对于公司、学校，可以用 MPC制作一些多媒体演示系统和公司介绍和教学演示等，需要多媒体著作工具；(4) 媒体的应用产品主要是指已录制在CD-ROM盘片上的各种电子出版物或电子嬉戏；欢迎下载精品学习资源(5) MPC 升级策略升级方法如下 : 自己购置组成 MPC的硬件和必要的软件 , 自己安装调试；请专业公司和专业人员帮助升级；购置多媒体升级套件；3、MPC的功能和应用MPC主要是面对个人和家庭用户；本节中我们将先介绍MPC系统的功能，然后在此基础上说明MPC的用途；MPC的功能：(1) 从它对音频、图形、图像和视频等各种媒体信息的处理和治理才能来评判a. 对音频信号的处理才能录入、
7、处理和重放声波信号；可以用MIDI （乐器数字接口）技术合成音乐；b. 图形功能； MPC有较强的图形处理功能；c. 图像处理功能； MPC通过 VGA接口卡和显示器可以逼真、生动的显示静止图像；d. 视频处理功能； MPC对视频图像的处理很有限；(2) 以下以我们多媒体演示和电子出版物为例来说明MPC在应用时的性能a.MPC的多媒体演示功能综合应用文本、图形、动画、音频和图像制作演示；空间位置编辑功能；供应定时表用于掌握屏幕部分的画面或音频信号的连续时间；完善的图形绘制和编辑工具；b. 多媒体电子出版物与印刷书籍相比的优点： 用交互式多媒体技术提高了信息沟通的效率；配有适当软件开发工具, 辅
8、以相应的硬件 , 用户可以用 MPC来自行开发演示或制作部分电子出版物, 或把已有的电子出版物编辑在一起；MPC的应用：(1) 训练培训(2) 信息询问(3) 商业服务a. 零售商品展现b. 产品操作手册c. 销售演示d. 家庭训练和消遣二、数字视频交互式（ DVI）多媒体运算机系统欢迎下载精品学习资源DVI 系统中的 视频音频引擎 AVE:在 1987 年 3 月其次次 MicrosoftCD-ROM会议上首次公布了DVI（ digital video in teractive）技术的讨论成果， 1989 年 10 月 Intel公司从 GE公司买来了 DVI 技术， 1989 年 Inte
9、l和 IBM 公司在国际市场上推出 DVI 技术的第一代产品Action Media 750， 1991 年又在美国 Comdex 展现会上推出了 DVI 技术的其次代产品 ActionMedia 750II ，它荣获了 Comdex 91 正确多媒体产品奖 （ Best MultimediaProduct ） 和正确展现奖（ Best ofShown ）； Comdex 的正确奖相当于运算机工业的奥斯卡（Oscars ）奖；与 I 型 DVI 系统相比，它有如下几点改进：(1) 性能指标高；(2) 使用了特地的门阵电路；(3) 将多块处理板变成一块处理板；1、视频子系统功能：视频信号的压缩编
10、码、视频信号处理和视频信号的显示；组成：主要由 82750 PB 像素处理器 82750 DB 显示处理器以及 VRAM组成；工作原理：视频 -PLV压缩算法（由像素处理器执行）-VRAM 里存放微程序；核心：视频算法和显示引擎VRAM存放全部 DVI 系统数据，包括：位映射数据、压缩编码数据、算法微码、掌握执行算法的数据结构以及掌握显示功能的寄存器集数据；像素处理器 82750PB可编程专用处理器 , 用微码执行视频图像 , 快速处理算法、视频绝技以及数字式运动图像和增进图像的压缩算法，以及解码算法；显示处理器82750DB是特别敏捷的显示处理器，他能够将不同的位映射数据变换成在监视器显示需
11、要的模拟的 RGB信号；(1) VRAM 结构可编程的 CRT-C并行通道连到像素处理器串行通道连到显示处理器(2) 82750PB像素处理器结构82750PB像素处理器直接连接到VRAM的随机或并行通道；a、82750PB 具有 48 位指令字长，处理才能强，可以同时执行多种操作，每秒可执行100M 操作（ 100MOP）S ；b、某些指令字段掌握的硬件结构特性，特殊适合于图像处理的运算操作；它包括两个分开并对称的内部 16 位数据总线，为 8 位像素运算特地分开的ALU操作；在解压缩时为运动补偿设计了像素插值器， 为说明压缩编码数据流设计了统计解码器; 为了同 DVI 的 VRAM传输数据
12、所设计的四个先进先出数据缓冲区（ FIFO）；欢迎下载精品学习资源c、一个微码块通常是一些循环指令, 它将重复执行给定的算法；微码表在VRAM中，至于有的时序信号都是 82750PB 负责产生 , 读字 VRAM的时序信号，而且适应不同的VRAM，它可以转变；(3) 82750DB显示处理器结构显示处理器连接到VRAM的串行通道；a、它是特别敏捷的显示处理器，可编程的显示处理器，通过寄存器 CRTC45MHZ适应 不同的监视器；输入和摄象机同步，输出和 VGA同步；b、它能将几种不同的位映射格式，说明成在监视器显示屏幕上所需要的模拟信号数据流；例如： YUN 信号 , 9bit , 每一行 求
13、一次 Y，每四行 求一次 U、V；它能完成从不同储备器取来，完成插值运算； YUV RGB，彩色空间转换；2、音频子系统功能：与视频子系统并行操作；组成： DSP音频信号处理器、数字到模拟转换和模拟滤波器等硬件组成；任务：主要执行音频信号的压缩和解压缩；数字信号到模拟信号的转换，最终送到音频放大器和音响系统进行播放；工作原理：音频压缩编码用 ADPCM核心部件：模拟设备公司生产的AD2105a. DVI系统采纳 ADPCM4E压缩算法b. 掌握音量c. 采样速度d. 从 VRAM中读语言的汇编码、解压缩编码，送到D/A 变换器；上述操作 DSP的编程码及 LUT，由音频门阵通过 DMA加载；
14、DSP在开头显示之前译 1-2 帧 位映射数据放在 FIFO 中；DSP的中断处理子程序：三种中断： 采样输出压缩编码 FIFO同步中断(1) 采样输出要向 DSP发中断恳求， DSP将采样数据从 FIFO 通过门阵音频输出寄存器，送到立体声、D/A 变换器、数据串行变化任务；欢迎下载精品学习资源(2) 缓冲区满 DSP中断猎取音频数据时 , 进行压缩编码 , 当输入缓冲区满时, 响应从门阵来的中断处理信号；(3) 在垂直消隐时，每个显示帧显现一次；目的是解决视频和音频同步；DSP和主机的通讯及 DVI 信息设备之间的通讯有两种通道：(1) 通过 VRAM的数据结构(2) 通过键连 / 音频门
15、阵中的MDVIR、DVI 信息寄存器及DSP信息寄存器；D/A 转换：单片 16 位， D/A 转换器滤波 模拟滤波 17kHz 截止频率最高输出频率可达44.1kHz有 5 个极点的滤波器音频子系统三个门阵主机接口门阵：VRAM / SCSI / Capture接口门阵82750 LA音频子系统门阵DVI 总线、视频音频总线：为了支持视频和音频子系统，大量的基本数据必需在DVI 的 VRAM及 DVI 的其余设备之间传递；它采 用具有多路开关功能的32 位数据和地址总线， 也称为 DVI 总线；该总线是由 VRAM并行通道数据信号组成，主机能够通过该总线与DVI 每个子系统通讯，而且子系统之
16、间可以通过总线终端；2、DVI 软件系统中的音频视频子系统AVSSDIV 软件系统中的音频视频子系统-AVSS （ Audio Video Support System）AVK-Audio Video Kernel 3、在窗口系统环境下开发的AVKAVSS/RTX的结构必需在特殊的DOS平台环境下执行， 而且不简洁移植到新的环境；调度各种任务采纳的 RTX技术必需重新考虑而找一个新的替代技术；AVK（ Audio/Video Kernel）系统能够用新的任务调度 机制满意上述两个需要，AVK系统能够在不同操作系统支撑环境下工作，而且为了实时响应它，能够最少的依靠于主机 CPU；三、将多媒体和通
17、信功能集成到CPU芯片中欢迎下载精品学习资源1、集成设计原就在这里集成的含义是指：在原有运算机体系结构结构中，如何增加下述新的功能： 多媒体数据的猎取多媒体数据的压缩和解压缩 多媒体数据的实时处理和绝技多媒体数据的输出和多媒体通信（ 1）采纳国际标准的设计原就标准化是产业胜利的前提，为了使新型的运算机增加多媒体数据的猎取，压缩和解压缩、实时处理和绝技、输出和通信等功能，设计时必需采纳国际标准；（ 2）多媒体和通信功能的单独解决变成集中解决运算机综合处理声、文、图信息和通信功能，过去的解决方法是设计专用接口卡分散单独解决，如使用类似声霸卡解决声音的输入输出和实时编码、解码及处理问题；使用类似视霸
18、卡解决视频信号的输入、显示输出及多窗口的彩色键连问题；使用视频信号压缩编码和解码卡解决视频信号压缩和解压缩问题，使用局域网和 ISDN 网接口解决局域网和远程网的通信问题；现在期望采纳微码引擎，设计制造合适的 DSP或阵列处理器通过微码编程综合解决上述问题；（ 3）体系结构设计和算法相结合要求处理器具有如下特点：A、快速敏捷的算术运算才能B、扩展的动态范畴C、多操作数的同周期提取D、件的循环缓冲E、多个二维查找表（ TD-LUT） F、无额外开销的循环和分支掌握(4) 把多媒体和通信技术做到CPU芯片中将多媒体和通信功能融合到CPU芯片中；融合方案分成两类：一类是多媒体和通信功能为主，融合CP
19、U芯片原有的运算功能； 另一类是以通用 CPU运算功能为主 , 融合多媒体和通信功能；2、Mpact 媒体处理器 及其 PCI 总线评判卡1996年世界上很多厂商推出了多媒体处理器, 其中佼佼者是 Chromatic Research公司的 Mpact , Philips公司的 Trimedia,MicroUnity的 Media Processor以及 NvidiaNVI 高度集成的多媒体加速器；Mpact 芯片的功能和工作原理欢迎下载精品学习资源3、Trimedia媒体处理器、参考板及其软件开发环境TM-1000是 Philips公司于 1996 年底推出的新一代媒体处理芯片（Media
20、Processor）；它是一款针对实时处理音频、视频、图像和通信数据流的通用微处理器，内部集成了一个极高性能的CPU，一些周边的 I/O 单元和协处理单元；综合运用内嵌DSP（ DigitalSignalProcessing ）的方案和通用 CPU的高度可编程特性，使它以极高的性价比实现了高性能的多媒体功能；因此它在消费类电子产品和PC产品中得以广泛应用；它有以下几个主要特点：在一块芯片上同时处理音频、视频、 图像和通信数据流；内部集成一个强大、通用的 VLIW（ Very Long Instruction Word）特别长指令字）的处理器内核，包含分别的数据和指令cache （高速缓冲储备器
21、）， 峰值运算速度达到40 亿次 / 秒；相互独立， DMA驱动的多媒体输入输出单元接受和输出格式化的数据，以及能实现特殊多媒体算法的多媒体协处理单元；指令集包括 RISC、多媒体、 DSP以及和 IEEE 兼容的浮点运算； TM-1000 内部和功能单元之间通过一个高性 能的总线和储备系统进行通信；利用高性能的软件开发工具和预先构造的库，使多媒体应用的开发基于c 或 C+语言；4、将多媒体和通信功能集成到CPU芯片中 Phenix 芯片和 MMX技术多媒体和通信功能集成CPU芯片内的另一类，是以通用CPU运算功能为主，融合多媒体和通信功能；它们的设计目标是与现有运算机系列兼容，融合多媒体和通
22、信功能，主要用在多媒体运算机中；（ 1） Motorola公司 Phenix 芯片Phenix芯片把可扩展的 Power PC 的核作为标量处理器和阵列处理器融合在一起, 第一代的产品称为向量通信处理器VEComP701；（ 2） Intel公司的 MMX技术1996年 3 月 5 日 Intel公司第一对外公布了MMX技术；MMX技术的设计思想：MMX 技术的开发者分析了大量多媒体和通信技术的应用软件，发觉虽然它们是不同的应用领域，但在数据类型和运算方法方面有共性，它们只有简洁的数据类型，定点的矩阵向量运算、局部的循环以及高度的并行性；另一个设计思想是使MMX技术与现有 Intel PC机的
23、操作系统和软件全兼容，因此，对MMX的设计不得不加上很多限制，所以设计者便用浮点寄存器作为MMX的寄存器组；Intel MMX的核心技术： 特点如下：1) 增加了新的数据类型；欢迎下载精品学习资源2) 扩充了饱和型运算方式；3) 扩充了 57 条新指令；4) 与 IA 结构的全兼容性；MMX技术与奔腾处理器体系结构：1) MMX 奔腾处理器是一个超标量的处理器, 它具有两个通用的流水线和一个可流水作业的浮点单元；2) P6系列处理器P6 系列的流水线由三部分构成：有序组织的前端, 乱序内核单元和有序的退出单元；3) 高速缓存 Cache数据的高速缓存由8 个按四字节边界交叉的储备体构成；4) 分支目标缓存5) 写缓存MMX开发工具和编程技巧：建议采纳下述工具和方法：采纳在高级语言中嵌入 MMX指令的方法；采纳 Intel 公司供应的 MMX标准函数库；采纳数据流描述方法；MMX主要编程技巧分述如下：1) 寻址方式的挑选2) 数据和代码的对准3) 有前缀的操作码4) Pentium Pro系列处理器中的寄存器部分堵塞5) 配对而且为了实时响应它，能够最少的依靠于主机CPU；欢迎下载