電腦聲卡的工作原理.doc

電腦聲卡的工作原理 聲卡的工作原理很簡單，麥克風和喇叭所用的都是模擬信號，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號，聲卡的作用就是實現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負責將麥克風等聲音輸入設備采到的模擬聲音信號轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負責將電腦使用的數(shù)字聲音信號轉(zhuǎn)換為喇叭等設備能使用的模擬信號。聲卡主要有兩種：內(nèi)置獨立聲卡和內(nèi)置集成在主板上的軟聲卡。音樂合成有兩種方法。一種是調(diào)頻（FM）合成法，F(xiàn)M合成方式是將多個頻率的 簡單聲音合成復合音來模擬各種樂器的聲音。FM合成方式是早期使用的方法，用這種方法產(chǎn)生的聲音音色少、音質(zhì)差。另一種是波形表（Wavetable）合成法。這種方法是先把各種真正樂器的聲音錄下來，再進行數(shù)字化處理形成波形數(shù)據(jù)，然后將各種波形數(shù)據(jù)存儲在只讀存儲器中。發(fā)音時通過查表找到所選樂器的波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)過調(diào)制、濾波、再合成等處理形成立體聲送去發(fā)音。存儲聲音樣本的ROM容量的大小對波表合成效果影響很大?；煲羝鞯淖饔檬菍碜砸魳泛铣善?、CDROM、話筒輸入（MIC）等不同來源的聲音組合在一起再輸出，混音器是每種聲音卡都有的。數(shù)字聲音效果處理器是對數(shù)字化的聲音信號進行處理以獲得所需要的音響效果（混響、延時、合唱等），數(shù)字聲音效果處理器是高檔聲卡具備的功能。模擬聲音輸入輸出功能 主要是A/D、D/A轉(zhuǎn)換。一般聲音信號是模擬信號，計算機不能對模擬信號進行處理。聲音信號輸入后要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再由計算機進行處理。由于揚聲器只能接受模擬信號，所以聲卡輸出前要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。常用于表示聲卡性能的兩個參數(shù)是采樣率和模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后的數(shù)據(jù)位數(shù)（簡稱量化位數(shù)）。采樣率決定了頻率響應范圍，對聲音進行采樣的三種標準以及采樣頻率分別為：語音效果（11 kHz）、音樂效果（22 kHz）、高保真效果（44。1 kHz），目前聲卡的最高采樣率為44。1KHz。對聲波每次采樣后存儲、記錄聲音振幅所用的位數(shù)稱為采樣位數(shù)，16位聲卡的采樣位數(shù)就是16。量化位數(shù)決定了音樂的動態(tài)范圍， 量化位數(shù)有8位和16位兩種。8位聲卡的聲音從最低音到最高音只有256個級別，16位聲卡有65536個高低音級別。聲卡處理的聲音信息在計算機中以文件的形式存儲。Windows使用的標準數(shù)字音頻文件稱為波形文件，擴展名為WAV；擴展名為VOL的聲音文件主要 用于DOS程序；擴展名為MID的文件用于存儲MIDI類聲音信息；它比WAV文件更節(jié)省空間。聲音文件的存儲量等于采樣頻率采樣位數(shù)聲道數(shù)。聲卡使用的總線有ISA總線和PCI總線。聲卡工作應有相應的軟件支持，包括驅(qū)動程序、混頻程序（mixer）和CD播放程序等。 聲音卡的技術(shù)指標1采樣頻率和量化位 衡量聲音卡錄制和重放聲音質(zhì)量的主要參數(shù)。一般聲卡采用44。1kHz采樣頻率下對立體聲源進行16位數(shù)字化錄音和重放。 為什么采用44。1kHz的采樣頻率呢？ 因為人類所能聽到的最高頻率為22kHz，而數(shù)字錄音時，如果恢復為逼真的模擬信號，采樣頻率必須時希望恢復的最高頻率的2倍，所以采用44。1kHz的采樣頻率可以獲得完美逼真的聽覺感受。2分辨率 采樣過程中，需使用分辨率來描述數(shù)字化聲音。采樣頻率越高，每一聲音波形采用的比特數(shù)越多，分辨率就越高，保真度也越好。3動態(tài)范圍 音樂、語言和音響效果千變?nèi)f化、豐富多彩。多媒體節(jié)目要求音響效果與視覺效應有機地融合在一起,這就要求聲卡的聲音處理有足夠大的動態(tài)范圍。但動態(tài)范圍不是越大越好,因為過大不但影響處理速度,而且對音效改善也起不了多大作用。分辨率的比特數(shù)決定了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。4信噪比 是音頻或視頻信號的幅度與噪聲強度的比值。信噪比的單位是dB（ 分貝 ），通常是負分貝，負的數(shù)值越大就越好。5合成器 運用合成器，可以得到樂聲，它能模仿不同的樂器,這就是合成音樂。最早的合成器是控振蕩器 （VCO），幾乎可以在任意頻率產(chǎn)生振蕩。振蕩回路的輸出可以被放大,推動喇叭產(chǎn)生聲音。6數(shù)字信號處理器 數(shù)字信號處理器 （DSP） 芯片它可以減輕 CPU 的負擔。使用數(shù)字信號處理器可以通過編程來完成一些特定的任務，例如高質(zhì)量聲音、圖像和視頻信號的處理等。聲頻板上的數(shù)字信號處理器芯片用來處理音頻信號 ,它可以加快處理的速度，并可用于音樂合成以及加強一些特殊的數(shù)字聲音效果。7IRQ號 IRQ 表示中斷請求優(yōu)先級。當一個外設使用中央處理器時，它會發(fā)出中斷請求信號 ,要求中央處理器暫停當前的工作來響應中斷處理。與計算機相連的許多外設都有中斷請求優(yōu)先級，當中央處理器同時收到多個中斷請求時,先處理 IRQ 號最低（優(yōu)先級最高）的設備。8DMA 通道 DMA 是直接存儲器訪問的縮寫，其作用是建立一條不經(jīng)過中央處理器，直接溝通存儲器和外設的通道。9PORT 聲音卡中的 PORT 是輸入/輸出端口地址，中央處理器與聲音卡的數(shù)據(jù)通信是通過該端口進行讀寫的。端口地址一般用 16 進制數(shù)字表示，例如，Sound Blaster音頻卡的端口地址是220H。聲音卡接口及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1聲音卡的I/O接口聲卡接口介紹位于卡內(nèi)的插口和接口： CD-ROM數(shù)據(jù)接口：可與CD-ROM驅(qū)動器的數(shù)據(jù)接口相連。 CD音頻數(shù)據(jù)接口：與CD-ROM音頻線相連，音頻卡接上揚聲器后就可播放CD-ROM光盤上的聲音數(shù)據(jù)。位于音頻卡后面板上的插口和接口： 線性輸入插口（Line In Jack）：可與盒式錄音機、唱機等相連，進行播放或錄音。 話筒輸入插口（Mic In Jack）：可與話筒相連，進行語音的錄入。 線性輸出插口（Line out Jack）：可跳過音頻卡的內(nèi)置放大器，而連接一個有源揚聲器或外接放大器進行音頻的輸出。 揚聲器輸出插口（Speaker Out Jack）：從音頻卡內(nèi)置功率放大器連接揚聲器進行信號輸出，該插口的輸出功率一般為2-4瓦。 游戲棒/MIDI接口（Joystick/MIDI connect）：可將游戲棒或MIDI設備如MIDI鍵盤連接到音頻卡上。2聲音卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖聲音卡的工作原理聲音卡的關(guān)鍵部件是數(shù)字信號處理器、混合信號處理器、音樂合成器。1數(shù)字化聲音處理芯片（DSP）DSP原理圖結(jié)構(gòu)介紹 聲頻卡用數(shù)字信號處理器芯片管理所有聲音輸入輸出和 MIDI 操作。它的芯片帶有自己的 RAM 和 EPROM，用來存放聲音處理 （VO） 、 ADPCM 編碼/譯碼程序和中間運算結(jié)果。 聲頻卡的數(shù)字化聲音接口有兩種傳送方式：一種是直接傳送方式，即聲音數(shù)據(jù)由應用程序直接通過數(shù)字信號處理器輸入輸出，數(shù)據(jù)是 8 位或 16 位脈沖編碼調(diào)制 PCM 數(shù)據(jù);另一種方式是 DMA 傳送方式，采用 DMA 方式將聲音數(shù)據(jù)輸出到數(shù)字信號處理器或從數(shù)字信號處理器中輸入聲音數(shù)據(jù)，除 8 位或 16 位 PCM 數(shù)據(jù)外，聲音輸入輸出時也支持壓縮數(shù)據(jù)格式 ADPCM。DMA 是直接存儲器訪問的縮寫，其作用是建立一條不經(jīng)過中央處理器，直接溝通存儲器和外設的通道。DSP處理過程模擬聲音（ 音頻信號 ）經(jīng)過前置放大器放大后，由程序可控制的放大器進一步對輸入信號的幅度進行控制，一般控制級數(shù)是 4 位 16 擋?？够鞛V波器根據(jù)采樣頻率濾除可能引起混疊噪聲的頻率。經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）電路和采樣保持（S/H）電路，得到 8 位或 16 位數(shù)字化聲音數(shù)據(jù)。模數(shù)（ AD）轉(zhuǎn)換器 聲音是連續(xù)的模擬信號，要在計算機中處理就必須將它轉(zhuǎn)變成為數(shù)字的形式。聲卡上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)聲音的數(shù)字化。數(shù)模（DA）轉(zhuǎn)換器 同樣，要讓人能夠聽懂這些在計算機中用0、1表 示的聲音就必須把它轉(zhuǎn)換回模擬的信號輸出。聲卡上的數(shù)模（DA）轉(zhuǎn)換器把數(shù)字聲音轉(zhuǎn)換成模擬的送到揚聲器或是其它輸出設備。數(shù)字信號處理器可以對聲音數(shù)據(jù)進行 ADPCM 壓縮，以 DMA 傳送接口方式，通過 PC總線，把數(shù)據(jù)存儲到計算機磁盤上。聲音輸出的過程與輸入相反，從磁盤讀入編碼的數(shù)字聲音數(shù)據(jù)，用DMA方式傳送到數(shù)字信號處理器，經(jīng)解碼和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換（D/A）電路變成模擬信號，再由重建濾波器進行低通平滑（sim/x）濾波，用戶程序可以進一步控制聲音輸出的電平，最后聲音經(jīng)過功率放大器輸出到揚聲器。2混音器 聲頻卡上的混音器（mixer）芯片可以對以下音頻源進行混合：數(shù)字化聲音（DAC）調(diào)頻 Fm 合成音樂（FM）CD-Audio 音頻 CDROM）線路輸入（AUX）話筒輸入（MIC）PC揚聲器輸出（SPK）混音器允許通過軟件來控制音頻源的音量。對于FM合成音樂可以設置左右聲道。通過地址和數(shù)據(jù)端口可對混音器的各種功能進行編程設置。3合成器 多媒體PC機平臺通過內(nèi)部合成器或外界到計算機MIDI端口的外部合成