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第3章輸入/輸出及其控制,3.1外部設(shè)備3.2輸入/輸出中的傳送控制3.3接口3.4I/O設(shè)備管理習(xí)題,,3.1外部設(shè)備,3.1.1外部設(shè)備分類及其發(fā)展3.1.2字符設(shè)備3.1.3圖形/圖像設(shè)備3.1.4語音處理設(shè)備3.1.5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)3.1.6調(diào)制解調(diào)器3.1.7流通領(lǐng)域用外部設(shè)備,輸入輸出系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外界交換信息時(shí)需要的硬、軟件設(shè)備的總稱，簡(jiǎn)稱I/O系統(tǒng)。一般說來，I/O系統(tǒng)的硬件由以下幾個(gè)方面組成：(1)外部設(shè)備：圍繞主機(jī)而設(shè)置的各種信息媒體轉(zhuǎn)換和傳遞的設(shè)備。(2)設(shè)備控制器與接口：控制主機(jī)與外部設(shè)備之間的信息格式轉(zhuǎn)換、交換過程以及外部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的硬、軟件，也稱設(shè)備適配器，它與外部設(shè)備的特性有關(guān)。(3)I/O總線：主機(jī)與外部設(shè)備之間的信息傳送通路。本章主要介紹輸入/輸出設(shè)備及其控制技術(shù)。I/O總線在第4章介紹。,3.1.1外部設(shè)備分類及其發(fā)展,1.外部設(shè)備及其分類“外部設(shè)備”也稱為外圍設(shè)備。它們是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除主機(jī)以外，直接或間接與計(jì)算機(jī)交換信息、改變信息媒體或載體形式的裝置。從使用的角度，把外部設(shè)備大致分為如下3類：(1)人-機(jī)交互設(shè)備人-機(jī)交互設(shè)備，就是人和計(jì)算機(jī)間交流信息的設(shè)備，其功能是把人的五感可以識(shí)別的信息媒體，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的信息；或者把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果信息，轉(zhuǎn)換為人的五感可以識(shí)別的信息媒體。(2)機(jī)-機(jī)通信設(shè)備機(jī)-機(jī)通信設(shè)備就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)或別的系統(tǒng)之間通信的設(shè)備。(3)計(jì)算機(jī)信息的駐在設(shè)備計(jì)算機(jī)信息的駐在設(shè)備，即計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)設(shè)備。,2.人-機(jī)界面技術(shù)的進(jìn)步計(jì)算機(jī)作為擴(kuò)展與延伸人的大腦的智力工具，主要還是由人直接使用?，F(xiàn)在，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，人-機(jī)界面是除硬件和軟件之外組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的第三大要素。迄今為止，計(jì)算機(jī)人-機(jī)界面技術(shù)已經(jīng)形成符號(hào)界面技術(shù)—圖形界面技術(shù)—多媒體界面技術(shù)—虛擬現(xiàn)實(shí)界面技術(shù)等多層次的系列技術(shù)。(1)符號(hào)界面技術(shù)(2)圖形界面技術(shù)(3)多媒體界面技術(shù)(4)虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreality）技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概括為三個(gè)基本特征，即三“I”：Interaction(交互性)；Imagination(幻覺性)；Immersion(沉浸感)。,3.綠色計(jì)算機(jī)目前，計(jì)算機(jī)世界正醞釀著另一場(chǎng)革命，是綠色計(jì)算機(jī)浪潮。綠色是人類生存和健康的象征，綠色計(jì)算機(jī)是科技與環(huán)保相結(jié)合的經(jīng)典之作。對(duì)它的具體要求大致有如下幾個(gè)方面：(1)節(jié)能(2)低污染(3)易回收(4)符合人體工程學(xué),3.1.2字符設(shè)備,1.鍵盤字符輸入設(shè)備的實(shí)質(zhì)是將要輸入的字符轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的0，1碼。目前，鍵盤是最重要的字符輸入設(shè)備。鍵盤的基本組成元件是按鍵開關(guān)。它的種類很多，一般可分為觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式兩大類。觸點(diǎn)式借助金屬把兩個(gè)觸點(diǎn)接通或斷開以輸入信號(hào)，無觸點(diǎn)式借助霍爾效應(yīng)開關(guān)(利用磁場(chǎng)變化)和電容開關(guān)(利用電流或電壓變化)產(chǎn)生輸入信號(hào)。從編碼的功能上，鍵盤又可以分為全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。全編碼鍵盤通過識(shí)別鍵是否按下，以及所按下鍵的位置，由全編碼電路產(chǎn)生唯一對(duì)應(yīng)的編碼信息（如ASCII碼）。非編碼鍵盤是利用簡(jiǎn)單的硬件和一套專用鍵盤編碼程序來識(shí)別按鍵的位置，然后由CPU將位置碼通過查表程序轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的編碼信息。非編碼鍵盤的速度較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且通過軟件能為某些鍵的重定義提供極大的方便。目前應(yīng)用比較廣泛。,由于鍵盤中的按鍵排成行、列矩陣格式，因而可以用硬件或軟件對(duì)行、列分別掃描，以確定被按下的鍵的位置。在對(duì)鍵盤位置進(jìn)行掃描的過程中所產(chǎn)生的用以確定按鍵位置的碼，稱為鍵盤的掃描碼。確定了掃描碼之后，進(jìn)一步可以用查表的方法找到相應(yīng)的內(nèi)碼——ASCII碼等。因按鍵時(shí)會(huì)使鍵產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)，為防止因此造成的錯(cuò)誤判斷，在鍵盤控制電路中都含有硬或軟的消除抖動(dòng)影響的機(jī)制。2.字符發(fā)生器字符發(fā)生器的作用是將字符的字形數(shù)字化。字形數(shù)字化的基本方法是將字符字形分割成點(diǎn)陣圖像。圖3.2為字母“E”的三種不同（77，229，2215）的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。顯然，組成字符的點(diǎn)陣數(shù)越多，輸出的字形越細(xì)膩、美觀。一個(gè)字符由一個(gè)mn的點(diǎn)陣形成，描述其點(diǎn)陣的碼稱為該字符的點(diǎn)陣碼。所有字符的點(diǎn)陣碼組成字庫(kù)，又稱字符發(fā)生器。不同的字體組成不同的字庫(kù)。字符發(fā)生器一般存在ROM中（也有軟字庫(kù)）。,輸出時(shí)先將內(nèi)碼變換為字符發(fā)生器的地址碼，取出相應(yīng)的點(diǎn)陣碼，控制輸出設(shè)備按點(diǎn)陣方式輸出相應(yīng)字體的字符圖形。由于漢字字形復(fù)雜，為減少存儲(chǔ)容量，可以采用漢字形壓縮方法。點(diǎn)陣漢字字庫(kù)的字形缺乏美觀性，為此出現(xiàn)了采用一組有序的筆畫信息構(gòu)成漢字字形信息的向量漢字字庫(kù)。還有一種是曲線字庫(kù)。這樣對(duì)漢字進(jìn)行放大、旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)換時(shí)，可以達(dá)到美觀的漢字。3.打印設(shè)備打印設(shè)備是一種硬拷貝設(shè)備，作用是將輸出信息打印在紙上，產(chǎn)生永久性記錄。打印設(shè)備種類繁多，有多種分類方法。(1)按印字原理分類擊打式：打印頭要撞擊紙?？煞譃榛钭质胶忘c(diǎn)陣式打印。非擊打式：采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符，打印過程紙不被撞擊。(2)按工作方式分類：串行打印機(jī)和行式打印機(jī),圖3.3為點(diǎn)陣式打印機(jī)的工作原理框圖。當(dāng)打印機(jī)啟動(dòng)后，接收計(jì)算機(jī)傳送來的信息，并將接到的信息(內(nèi)碼形式)送到RAM暫存起來，同時(shí)發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)各電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，使機(jī)械系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。字符發(fā)生器將內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成打印機(jī)的點(diǎn)陣狀態(tài)，通過驅(qū)動(dòng)器送至打印頭。字符識(shí)別器用來識(shí)別是打印信息，還是控制命令。若是前者則送到緩存中暫存后打?。蝗羰呛笳邉t應(yīng)立即執(zhí)行操作。4.字符顯示設(shè)備顯示設(shè)備是將各種電信號(hào)變?yōu)橐曈X信號(hào)的一過性設(shè)備，是目前計(jì)算機(jī)給人傳送信息的有效設(shè)備之一。(1)顯示方法顯示字符的方法有：點(diǎn)陣法、向量法和特殊法。圖3.4為顯示器的工作原理框圖雷同。,(2)顯示設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的顯示設(shè)備，按顯示器件可分為陰極射線管（CRT）、等離子顯示板（PDP）、發(fā)光二極管（LED）、場(chǎng)致發(fā)光板和液晶顯示（LCD）等。目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用最廣泛的是CRT和LCD。(3)顯示器的分辨率顯示器一般采用光柵掃描方式，即電子束從左向右、自上向下作水平掃描和垂直掃描，電子束撞擊顯示屏上的眾多的熒光粉點(diǎn)而使其發(fā)光，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)就是一個(gè)象素。顯示屏幕上相鄰兩個(gè)象素中心點(diǎn)之間的距離稱為顯示器的點(diǎn)距(dotpitch)。點(diǎn)距越小圖像的清晰度越高。顯示屏幕的象素點(diǎn)數(shù)目稱為該顯示器的空間分辨率。它是與點(diǎn)距和屏幕大小都有關(guān)的一項(xiàng)指標(biāo)，表示了顯示器的相對(duì)清晰度。同樣的屏幕，點(diǎn)距越小，分辨率越高：同樣的點(diǎn)距，屏幕越大，分辨率越高。,一個(gè)顯示屏的分辨率可以用軟的或硬的方法在一定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置。在最高分辨率下，一個(gè)發(fā)光點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)象素。如果設(shè)置低于最高分辨率則一個(gè)象素可能覆蓋多個(gè)發(fā)光點(diǎn)距越小，分辨率越高：同樣的點(diǎn)距，屏幕越大，分辨率越高。每個(gè)象素可以有不同的灰度和顏色?；叶群皖伾卜Q顯示器的顏色分辨率，要用二進(jìn)制碼控制。如，用1位二進(jìn)制碼控制，只能控制該象素為黑或白用4位二進(jìn)制碼控制，則能控制該象素為16種不同的灰度或顏色；用8位二進(jìn)制碼控制，就能控制該象素為256種不同的灰度或顏色；用2個(gè)字節(jié)(16位)的二進(jìn)制碼控制，則能控制該象素64K種不同的灰度或顏色；用3個(gè)字節(jié)(24位)的二進(jìn)制碼控制，則能控制該象素為16M種不同的灰度或顏色，這時(shí)的色彩已基本上表達(dá)了大自然的所有人眼所能辨的顏色，看上去與高清晰照片相差無幾，故稱為真彩色。為了表達(dá)顯示器的空間分辨率和顏色分辨率，就要求有一定的顯示存儲(chǔ)量。如理論上對(duì)1024768的空間分辨率，用3位二進(jìn)制碼表示的顏色等級(jí)，需要的顯示存儲(chǔ)器為10247683=230.4KB。,3.1.3圖形/圖像設(shè)備,圖像與圖形是兩個(gè)具有聯(lián)系又不相同的概念。圖形是用計(jì)算機(jī)表示和生成的圖(如直線、矩形、橢圓、曲線、平面、曲面、立體及相應(yīng)的陰影等)，稱為主觀圖像是基于繪圖命令和坐標(biāo)點(diǎn)的存儲(chǔ)與處理；圖像處理的對(duì)象多半來自客觀世界，是基于象素點(diǎn)的存儲(chǔ)與處理，如由攝像機(jī)攝取的存入計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖，這種圖像稱為客觀圖像。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及圖形和圖像技術(shù)的成熟，圖形、圖像的內(nèi)涵日益接近并相互融合。1.繪圖儀繪圖儀與圖形顯示器相似而又不同，不同處在于它是輸出永久性圖形的設(shè)備，而圖形顯示器是輸出一過程圖形的設(shè)備，并且它們的結(jié)構(gòu)元件不同；相似之處在于，它們形成圖形的原理相似，即按形成圖形的元素，繪圖儀也可以分為向量繪圖儀和點(diǎn)陣?yán)L圖儀兩類。,(1)向量繪圖儀向量繪圖儀又稱筆繪圖儀，構(gòu)成向量圖形的基本元素是直線段。目前的向量繪圖儀的組成大體都是圖3.5所示的結(jié)構(gòu)。圖中，控制器用以與主機(jī)交換數(shù)據(jù)并為操作人員提供一個(gè)控制臺(tái)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)用以驅(qū)動(dòng)繪圖筆進(jìn)行X，Y兩個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)，在圖紙上畫出一段段的組成圖形的小直線段。由于受傳動(dòng)系統(tǒng)的限制，只能使筆在ΔX，ΔY兩個(gè)方面進(jìn)行單向或同時(shí)移動(dòng)。曲線和斜線，只能用階梯形的折線代替。所謂插補(bǔ)計(jì)算，是根據(jù)所繪圖形的基本數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量加減運(yùn)算，計(jì)算出圖形逼近折線中一段段小直線端點(diǎn)的位置，一邊計(jì)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出各個(gè)走向的脈沖信息。插補(bǔ)計(jì)算的方法很多，最常用的有逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。(2)點(diǎn)陣?yán)L圖儀點(diǎn)陣?yán)L圖儀又稱無筆繪圖儀，組成點(diǎn)陣圖形的基本元素是點(diǎn)，或稱象素。屬于點(diǎn)陣?yán)L圖機(jī)的有靜電繪圖儀、噴墨繪圖儀、熱敏繪圖儀和激光繪圖儀等。,2.攝像機(jī)和掃描儀(1)攝像機(jī)攝像機(jī)是最直接的圖像輸入設(shè)備，它能把所攝圖像經(jīng)數(shù)字量化后變成數(shù)字圖像存入磁帶、磁盤或光盤，以備放映。(2)掃描儀掃描儀是能夠全面而快速輸入數(shù)據(jù)、文字和圖形以及圖像的輸入設(shè)備。根據(jù)工作方式的不同，掃描儀大體上可分為手動(dòng)掃描儀和自動(dòng)掃描儀兩類。手動(dòng)掃描儀的最大掃描寬度為100mm左右，分辨率為400dpi，結(jié)構(gòu)小巧、成本低、使用靈活、方便，多用于文字、符號(hào)和微小幅面的圖形輸入。自動(dòng)掃描儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，多用于A4幅面以上的大型圖形的自動(dòng)掃描輸入。,自動(dòng)掃描儀從結(jié)構(gòu)原理上可分為兩大類，一類是CCD(charge-coupleddevice,電荷耦合器件)作為光敏元件，另一類是以光導(dǎo)纖維作為光的傳導(dǎo)元件。由光導(dǎo)纖維作為光傳導(dǎo)元件的掃描儀結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。光導(dǎo)纖維的一端以線陣列排列，而另一端以面陣列排列。其面陣列的排列方法是把光導(dǎo)纖維的線陣列分成幾等份，第一等份作為面陣列的第一行，依次類推，第幾等份就是面陣列的第幾行。由線陣列敏感圖像信息，并將此信息傳送到面陣列端，經(jīng)彩色攝像機(jī)攝入，經(jīng)分色后輸出到圖像處理器，在該處理器中又將面陣列信息還原為線陣列信息；不同之處只是分為三元色。每色的灰度為256級(jí)，故每個(gè)象素必須用3個(gè)字節(jié)表示。掃描儀的分辨率高，掃描的幅面大，對(duì)A0幅面，大約需要800多兆B。如此龐大的數(shù)據(jù)量對(duì)存儲(chǔ)器的要求過高，所以，掃描輸出前，要壓縮數(shù)據(jù)。,3.圖形及圖像顯示器(1)圖形顯示器圖形顯示是指用計(jì)算機(jī)通過一定的算法產(chǎn)生點(diǎn)、線、面、陰影、色彩等。也就是說，顯示的圖形是由圖形程序產(chǎn)生的。圖3.8是光柵掃描圖形顯示器組成框圖。程序緩沖存儲(chǔ)器用以存放由主機(jī)送來的顯示文件和交互式圖形操作命令。交互式圖形操作命令用以接收由輸入設(shè)備指定的對(duì)圖形的操作性質(zhì)和操作位置，如圖形的局部放大、平移、旋轉(zhuǎn)、比例變換及圖形檢索等。刷新存儲(chǔ)器用以存放一幅圖形的形狀信息，用以不斷刷新屏幕，使輸出連續(xù)。DDA部件用以進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)，其作用是把顯示文件換為象素信息。插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)（象素信息）存入刷新存儲(chǔ)器用于刷新顯示。(2)圖像顯示器圖像顯示器除了能存儲(chǔ)從計(jì)算機(jī)輸入圖像并在屏幕上顯示外，還具有灰度變換、窗口技術(shù)、真彩色和偽彩色顯示等圖像增強(qiáng)技術(shù)功能以及圖像放大、分割和滾動(dòng)等幾何處理功能。,圖3.9是一種簡(jiǎn)單的圖像顯示器，它僅顯示由主機(jī)送來的數(shù)字圖像，圖像處理操作在主機(jī)中完成，顯示器不做任何處理。其中的I/O接口、圖像存儲(chǔ)器（刷新存儲(chǔ)器）、A/D與D/A變換等組成單獨(dú)的一個(gè)部分，稱作圖像輸入控制板或視頻數(shù)字化儀。圖像輸入控制板的功能是實(shí)現(xiàn)連續(xù)的視頻信號(hào)與離散的數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。圖像輸入控制將接收攝像機(jī)模擬視頻輸入信號(hào)，經(jīng)A/D變換為數(shù)字量存入刷新存儲(chǔ)器用于顯示，并可傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理操作。處理后的結(jié)果送回刷存，經(jīng)D/A變換成模擬視頻輸出，由監(jiān)視器進(jìn)行顯示輸出(監(jiān)視器只包括掃描、視頻放大等與顯示有關(guān)的電路及顯像管)，也可以接入電視機(jī)的視頻輸入端來代替監(jiān)視器。顯然，通用計(jì)算機(jī)配置一塊圖像板/卡和監(jiān)視器就能組成一個(gè)圖像處理系統(tǒng)。(3)IBMPC系列微型機(jī)的顯示系統(tǒng)MDA標(biāo)準(zhǔn)、CGA標(biāo)準(zhǔn)、EGA標(biāo)準(zhǔn)和VGA標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)慣上，將MDA，CGA稱作PC機(jī)的第一代顯示標(biāo)準(zhǔn)，EGA是第二代，VGA是第三代。,4.定位及拾取設(shè)備定位/拾取設(shè)備通過指點(diǎn)來讀?。ㄎ挥谄聊换驁D表、圖形上的）坐標(biāo)，以畫出或修改圖形。按所拾取的坐標(biāo)可分為兩類：拾取絕對(duì)坐標(biāo)，如光筆和數(shù)字化儀；拾取相對(duì)坐標(biāo)，如鼠標(biāo)器、跟蹤球、操縱桿等。(1)光筆光筆是一種輸入設(shè)備，用來檢測(cè)信號(hào)，因?yàn)橥庑蜗裰ЧP，所以叫光筆。其前端裝有光敏器件，后端用導(dǎo)線接到計(jì)算機(jī)上。當(dāng)光敏端的筆尖接觸屏幕時(shí)，產(chǎn)生的光電信號(hào)向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷脈沖信號(hào)，此瞬間顯示存儲(chǔ)器的地址就是光筆所指位置，計(jì)算機(jī)按操作人員的命令作出響應(yīng)或畫圖、編輯和修改。(2)觸摸屏觸模屏是一種能對(duì)物體的接觸或靠近產(chǎn)生反應(yīng)的定位設(shè)備。根據(jù)采用技術(shù)之不同，觸摸屏分為5類：電阻式、電容式、表面超聲波式、掃描紅外線式和壓感式。,總之，任何一種觸摸屏，都是通過一種物理現(xiàn)象測(cè)試人手指觸及的屏幕上點(diǎn)的位置，進(jìn)而通知CPU對(duì)此作出反應(yīng)。由于物理原理不同，而體現(xiàn)出不同的應(yīng)用特點(diǎn)和適用環(huán)境。(3)數(shù)字化儀數(shù)字化儀是計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的輸入設(shè)備。當(dāng)畫筆接觸到其圖形板上的某一位置時(shí)，會(huì)將畫筆位置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)，隨著畫筆的運(yùn)動(dòng)，可以把一個(gè)圖形輸入計(jì)算機(jī)中。它是把圖紙變?yōu)殡娮訄D形的有效手段之一，已成為各種圖形工作站和CAD系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。數(shù)字化儀的種類較多，按測(cè)量坐標(biāo)的原理，大體上可分為機(jī)電式、超聲波式、磁致伸縮式和電磁感應(yīng)式4種。(4)鼠標(biāo)器、跟蹤球和操縱桿鼠標(biāo)器、跟蹤球（也稱軌跡球）和操縱桿，是與屏幕相配合拾取光標(biāo)的相位坐標(biāo)的輸入設(shè)備。鼠標(biāo)器按拾取的物理方式可分為機(jī)械式與光電式兩種。圖3.11為機(jī)械式鼠標(biāo)器的基本結(jié)構(gòu)。,3.1.4語音處理設(shè)備,音頻技術(shù)是多媒體技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，它包括語音識(shí)別、語音合成及語音翻譯多種技術(shù)。1.語音的輸入與識(shí)別(1)語音識(shí)別的困難毋容置疑，實(shí)現(xiàn)語音輸入將會(huì)把計(jì)算機(jī)的輸入變得極為輕松、自然、簡(jiǎn)單。但是，這項(xiàng)技術(shù)的本身卻是極其復(fù)雜的。語音輸入的實(shí)質(zhì)是語音識(shí)別，就是讓計(jì)算機(jī)能正確識(shí)別、準(zhǔn)確理解自然語言，它涉及如下一些問題：①認(rèn)人與不認(rèn)人的識(shí)別人類的語言種類繁多，不同的人有不同的聲調(diào)。要讓機(jī)器識(shí)別非特定人的聲音比識(shí)別特定人的聲音要困難得多。②單呼與連呼的識(shí)別連呼時(shí)，相鄰語音會(huì)相互影響，給音節(jié)判斷帶來困難。③字表(單詞量)大小,(2)語音識(shí)別系統(tǒng)的組成一般語音識(shí)別系統(tǒng)組成如圖3.12所示。傳聲器將聲音換成電信號(hào)（音頻信號(hào)）。隨著語音的進(jìn)程，各頻率成份也隨著時(shí)間不斷地發(fā)生變化；頻譜分析用來分析音頻信號(hào)中某一短時(shí)間內(nèi)的各頻率成份，模數(shù)轉(zhuǎn)換是把模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理指的是語音起始點(diǎn)和終點(diǎn)的判定、原始語音參數(shù)的進(jìn)一步加工（如時(shí)域、幅度的規(guī)整，進(jìn)一步提取參數(shù)等），最后得到一個(gè)語音參數(shù)矩陣。人員訓(xùn)練時(shí)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果送往參考樣本；識(shí)別時(shí)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果送給待識(shí)別語言框內(nèi)。比較運(yùn)算的功能是將待識(shí)別語音跟參考樣本作比較處理，求出相應(yīng)樣本的一套差距和相似性；在判定部分進(jìn)行識(shí)別判定，除輸出識(shí)別結(jié)果外，反饋到參考樣本內(nèi)進(jìn)行文法控制，即根據(jù)已有的識(shí)別結(jié)果限定后繼語音的可能范圍，減少可能的參考樣本，從而控制識(shí)別搜索范圍。,2.語音的合成與輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)語音輸出有兩種途徑：一種是預(yù)先錄好成百上千的單詞和短語，用計(jì)算機(jī)代碼的形式存儲(chǔ)起來，然后用程序按需要對(duì)它們進(jìn)行檢索輸出。另一種辦法是人工合成語音——語音合成。語音合成技術(shù)是計(jì)算機(jī)音頻技術(shù)的重要部分，進(jìn)行語音合成的音頻器件稱為碼聲器。,3.1.5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),一個(gè)計(jì)算機(jī)VR系統(tǒng)，可以分解為三個(gè)獨(dú)立的、但又相互聯(lián)系的感覺引導(dǎo)子系統(tǒng)：視覺子系統(tǒng)、聽覺子系統(tǒng)和觸覺動(dòng)覺子系統(tǒng)。這三個(gè)子系統(tǒng)由虛擬環(huán)境產(chǎn)生器進(jìn)行控制、協(xié)調(diào)，如圖3.13所示。1.虛擬環(huán)境產(chǎn)生器虛擬環(huán)境產(chǎn)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)包括虛擬世界數(shù)據(jù)庫(kù)的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包含了虛擬環(huán)境中對(duì)象的描述以及對(duì)象的運(yùn)動(dòng)、行為及碰撞作用等性質(zhì)的描述。虛擬環(huán)境產(chǎn)生器的另一作用是生成圖像。這些圖像的生成必須在最短的時(shí)間延遲內(nèi)考慮參與者頭部的位置和方向。虛擬環(huán)境產(chǎn)生器內(nèi)的任何通信延遲都必將表現(xiàn)為視覺的滯后。如果這種滯后可以感知，在某種條件下就會(huì)使參與者產(chǎn)生暈弦的感覺。,2.觸覺/動(dòng)覺子系統(tǒng)為了增強(qiáng)虛擬環(huán)境中身臨其境的感覺，必須給參與者提供一些諸如觸覺等方面的生理反饋。觸覺反饋是指VR系統(tǒng)必須提供所能接觸到的物體的觸覺刺激，如物體表面紋理甚至包括觸摸的感覺等。參與者感覺到物體的表面紋理等時(shí)，同時(shí)也感覺到運(yùn)動(dòng)阻力。當(dāng)然，毫無疑問VR系統(tǒng)中的觸覺/動(dòng)覺反饋是很難實(shí)現(xiàn)的。一旦實(shí)現(xiàn)，將極大地增強(qiáng)虛擬存在的感受。目前觸覺/動(dòng)覺系統(tǒng)中一個(gè)重要的部分是手跟蹤和手勢(shì)跟蹤。3.視覺子系統(tǒng)人類的視覺，是一個(gè)具有雙眼坐標(biāo)定位功能自然序列：人的兩只眼睛同時(shí)看到周圍世界的同一個(gè)窗口，但由于兩眼位置上的差別，在視網(wǎng)膜上各自生成略有差別的圖像，這兩個(gè)圖像通過大腦，被綜合成一個(gè)含有景物深度的立體圖像。VR體視顯示技術(shù)用以下兩種方案解決這一問題：一種是用兩套主機(jī)分別計(jì)算并驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)左右眼的兩個(gè)顯示器；另一種是用一套主機(jī)分時(shí)地為左右兩眼產(chǎn)生相應(yīng)的圖像。,4.聽覺子系統(tǒng)聽覺子系統(tǒng)主要由聲音合成、3D聲音定域和語音識(shí)別組成，以給虛擬環(huán)境中的用戶一個(gè)真實(shí)的聲音環(huán)境。(1)聲音合成盡管聽覺系統(tǒng)以比視覺系統(tǒng)低得多的頻帶寬度工作，但人的聽覺系統(tǒng)很善于在眾多的聲音中挑取特定的聲音，作為對(duì)視覺攝取信息的補(bǔ)充。因此，在VR系統(tǒng)中加入聲音合成裝置是十分必要的。當(dāng)視覺系統(tǒng)處理某一事件時(shí)，聽覺系統(tǒng)同時(shí)在后臺(tái)工作。(2)3D聲音定域?yàn)樵斐杀普娴穆曇舡h(huán)境，就要使參與者能通過兩耳因位置不同，所接受的聲波的時(shí)差等，分辨出聲源與自己的相對(duì)位置；即使參與者在頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)，也能感覺這種聲音保持在原處不變。為了達(dá)到這種效果，虛擬環(huán)境產(chǎn)生器要為聲音定域裝置提供頭部的位置和方向信號(hào)。(3)語音識(shí)別,3.1.6調(diào)制解調(diào)器,1.概述目前使用的計(jì)算機(jī)一般都是數(shù)字計(jì)算機(jī)，即在計(jì)算機(jī)中處理的是數(shù)字信號(hào)，而普通電話線上傳輸?shù)氖且纛l信號(hào)。用普通電話線傳輸數(shù)字信號(hào)的效率是很低的。為了能用普通電話線進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信，應(yīng)當(dāng)把要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)先調(diào)制(modula)成音頻信號(hào)，送到目的地后再解調(diào)(demodula)成數(shù)字信號(hào)。完成這一功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器MODEM(modulator/demodulator)。由于一臺(tái)計(jì)算機(jī)既要接收信號(hào)，又要發(fā)送信號(hào)，所以調(diào)制解調(diào)器既有調(diào)制功能，又有解調(diào)功能。調(diào)制解調(diào)器是目前利用電話線路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的重要設(shè)備。圖3.16為采用調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信的示意圖。采用MODEM的另一好處是可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，即把多路信號(hào)調(diào)制在一起，同時(shí)在一條線路上傳送，到目的地后，通過解調(diào)將所需的信號(hào)分離出。,2.調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)性能與通信標(biāo)準(zhǔn)(1)傳輸速率傳輸速率是衡量調(diào)制解調(diào)器性能好壞的最重要的指標(biāo)。所謂傳輸速率，是指調(diào)制解調(diào)器發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速度，通常稱為波特率(baudlrate)，其單位是。(2)調(diào)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)一般可分為3種：調(diào)制技術(shù)、差錯(cuò)控制和數(shù)據(jù)壓縮。其中調(diào)制技術(shù)是最重要的。在通信過程中，通信雙方使用的調(diào)制技術(shù)必須具有相同的標(biāo)準(zhǔn)。在眾多的調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中，占主流的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。(3)差錯(cuò)控制標(biāo)準(zhǔn)差錯(cuò)控制是通信雙方通過協(xié)議檢測(cè)傳送的信息，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行重發(fā)并保證不會(huì)多次接收同一個(gè)信息。通信雙方的調(diào)制解調(diào)器，必須支持相同的差錯(cuò)控制標(biāo)準(zhǔn)。(4)數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn),3.1.7流通領(lǐng)域用外部設(shè)備,1.條碼閱讀器(1)條形碼條形碼是一種計(jì)算機(jī)輸入技術(shù)，它由一組黑白相間、寬窄不同的平行線條按照一定規(guī)則排列組成，用以表示一組數(shù)據(jù)的符號(hào)。這組數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、字母或特殊符號(hào)。(2)條碼閱讀器條碼閱讀器是利用光學(xué)和光電轉(zhuǎn)換原理識(shí)別條碼數(shù)據(jù)的裝置。2.字符閱讀器字符閱讀器通過掃描和機(jī)器識(shí)讀，提供數(shù)字、字符等符號(hào)的快速輸入。按原理，字符識(shí)別有兩種方法：樣板匹配法和特性提取法。樣板匹配法是將掃描到的字符與庫(kù)中的樣板進(jìn)行比較，以所匹配的庫(kù)樣板的編碼作為其編碼。特性提取法是根據(jù)構(gòu)成字的元素及其結(jié)構(gòu)來識(shí)別一個(gè)字。實(shí)際采用的方法是兩者之一或兩者的結(jié)合并向ICR（智能字符識(shí)別）方向發(fā)展。,3.磁卡和IC卡磁卡的使用主要通過磁卡讀寫機(jī)和其他讀卡設(shè)備（如ATM）等。只要將磁卡在讀卡設(shè)備上輕輕擦過，磁條上的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)就能快速、準(zhǔn)確地輸入。4.自動(dòng)現(xiàn)金取款機(jī)自動(dòng)現(xiàn)金取款機(jī)CD（cashdispenser）是一種機(jī)械電子設(shè)備，是銀行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的終端設(shè)備。CD的主要工作過程如下：檢查磁卡的合法性—檢查密碼（磁卡使用者的合法性）—取款檢查（取款數(shù)，當(dāng)日取款次數(shù)等)—放款并輸出提款傳票。5.自動(dòng)柜員機(jī)——ATM系統(tǒng)ATM(automatictellermachine)是在CD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它不僅能完成現(xiàn)金自動(dòng)取款，還能辦理存款、支票、轉(zhuǎn)賬、掛失查詢等業(yè)務(wù)。6.收款機(jī)收款機(jī)是用于商業(yè)零售業(yè)、餐廳等部門處理零售業(yè)務(wù)的一種多功能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,虛擬環(huán)境產(chǎn)生器,聽覺子系統(tǒng),視覺子系統(tǒng),觸覺/動(dòng)覺子系統(tǒng),,,,,,,命令,數(shù)據(jù),頭及眼跟蹤,圖形圖像,手跟蹤,數(shù)據(jù),圖3.13VR系統(tǒng)一般組成,返回,返回,