多媒体信息获取、处理与呈现的硬件体系结构

摘要

多媒体技术是一种使数字计算机或其它处理器能够处理声音、图像、视频等能力的技术，而多媒体信息处理系统硬件平台指多媒体信息处理系统所依赖的硬件支撑环境。这里的“处理”包含了信息的获取、处理、呈现和传输等过程。本文结合作者完成的7项多媒体相关参考设计，从理论、技术和工程实践三个方面对多媒体信息处理系统的硬件体系结构进行了深入的剖析，提出了适用于多媒体信息处理系统的经典体系结构，并论述了经典体系结构在软件化和便携化两个方向的演化过程。 本文首先研究了多媒体信息处理系统及其硬件平台的特点、现状及发展，从中总结出适用于大部分多媒体信息处理系统的经典硬件体系结构。 然后针对该体系结构从单元到整体对其理论、技术和工程实践三个方面进行了深入的探讨，以7个参考设计为例说明了多媒体信息处理系统的硬件实现方法，以性能设计为目标介绍了高性能存储器、高性能FPGA以及PCI总线等先进硬件结构的实现方法。 接下来探讨了经典硬件体系结构在软件化和便携化这两个领域的拓展和演化，并总结出便携式多媒体信息处理系统的设计方法。 最后探讨了多媒体信息处理系统用于工程实际应特别注意且很难掌握的两种设计方法：信号完整性设计以及电磁兼容性设计。 本文所提出的观点均经过了实践检验和样机测评，具有很强的健壮性。

目录

文摘

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第1章引言

1.1多媒体的定义与关键技术

1.1.1定义

1.1.2类型

1.1.3技术特殊性

1.2多媒体硬件平台

1.3经典体系结构

1.3.1通用数字信号处理硬件体系

1.3.2多媒体信息获取、处理和呈现的硬件体系

1.4参考设计

1.4.1光纤光谱分析仪

1.4.2双通道大容量采集卡

1.4.3 DSP高速模拟处理器

1.4.4数字荧光示波器

1.4.5手持概念仪器

1.4.6中波软件无线电电台

1.4.7 100MSa/s数字余辉示波表

1.5小结

第2章媒体传感器

2.1传感器概述

2.2视觉传感器

2.2.1 CCD传感器

2.2.2 CMOS传感器

2.2.3 CIS传感器

2.2.4参考设计

2.3听觉传感器

2.3.1电动式声传感器

2.3.2电容式声传感器

2.3.3驻极体声传感器

2.3.4压电声传感器

2.3.5声传感器阵列

2.3.6参考设计

2.4嗅觉传感器

2.4.1半导体气体传感器

2.4.2电化学气体传感器

2.4.3接触燃烧式气体传感器

2.4.4高分子气体传感器

2.4.5集成复合型气体传感器

2.4.6参考设计

2.5触觉传感器

2.5.1温度传感器

2.5.2触摸传感器

2.6味觉传感器

2.6.1离子传感器

2.6.2光纤表面等离子体共振传感器

2.7小结

第3章人机接口

3.1键盘

3.1.1按键开关

3.1.2键盘

3.1.3 PC键盘接口

3.2鼠标、轨迹球与数字化仪

3.3操纵杆和触摸屏

3.4眼动仪

3.5动作捕捉器

3.6显示器

3.6.1 LCD显示器

3.6.2 CRT显示器

3.6.3 OLED显示器

3.6.4 DLP显示器

3.7扬声器

3.7.1电动式扬声器

3.7.2压电式扬声器

3.7.3静电式扬声器

3.8小结

第4章经典体系结构的硬件实现

4.1电压量变换调理器

4.1.1电压-电压变换器

4.1.2电流-电压变换器

4.1.3阻抗-电压变换器

4.1.4运算放大器

4.2模数转换器及接口组件

4.2.1采样

4.2.2ADC的性能指标

4.2.3 ADC的结构和实现方式

4.2.4 ADC的接口

4 2.5模数转换芯片

4.3存储器

4.3.1存储器的分类

4.3.2多媒体信息处理系统中的存储器

4.3.3高性能半导体存储器

4.3.4 SDR SDRAM[4.40]

4.3.5 DDR SDRAM[4.41]

4.3.6源同步技术与数据捕获[4.42-4.43]

4.3.7 DDR SDRAM存储控制器的参考设计

4.4处理核心

4.4.1参考设计1

4.4.2参考设计3

4.4.3参考设计5

4.4.4参考设计2、4

4.5数模转换器

4.5.1参考设计6

4.5.2参考设计3

4.6 FPGA

4.6.1 Xilinx

4.6.2 Altera

4.6.3 Lattice

4.6.4其他公司的FPGA

4.6.5性能比较[4.58-4.59][4.61-4.63][4.65]

4.6.6设计输入

4.7小结

第5章高性能多媒体信息处理系统

5.1高精度DAQ系统

5.1.1精度的定义

5.1.2参考设计5：DMM系统

5.1.3参考设计1：CCD信号采集器

5.2高速大容量DAQ系统

5.2.1参考设计2：高速大容量DAQ卡

5.2.2功能模块

5.2.3软件及测试结果

5.3数字荧光示波器

5.3.1技术背景[5.15-5.17]

5.3.2参考设计的创作目的

5.3.3性能指标及特点

5.3.4整机结构

5.3.5 PCI总线控制器

5.3.6 IMAGINE数字荧光成像引擎

5.3.7 PC系统

5.3.8测试实例

5.4小结

第6章经典体系的演化

6.1软件化

6.1.1虚拟仪器

6.1.2软件无线电[6.3][6.4]

6.2便携化

6.2.1小型化设计

6.2.2低功耗设计

6.2.3高可靠性设计

6 3小结

第7章多媒体信息处理系统的工程实现

7.1信号完整性设计[7.1]

7.1.1信号完整性的基本理论

7.1.2传输线的基本理论

7.1.3数字电路的信号完整性与串扰

7.1.4 PCB布线端接

7.1.5工程实例

7.1.6阻抗匹配与信号完整性

7.2电磁兼容性设计[7.2]

7.2.1电磁兼容的基本理论

7.2.2 EMI的抑制

7.2.3 EMI滤波器

7.2.4工程实例

7.3小结

第8章总结

8.1本文的主要贡献

8.2对今后工作的展望

参考文献

作者简介

鸣谢