Автоматизированные системы обработки информации и управления

4:3, кратное киноформату – 16:9.

Как вы уже заметили, разрешение телевизионного изображения и

графического изображения PC значительно отличаются друг от друга.

Перевод видеоданных в цифровую форму

Перевод видеоданных в цифровую форму можно выполнить с помощью

специальных устройств ввода видеосигналов и программ Media Player и Video

for Windows.

Прежде всего необходимы программные продукты. Видеоданные,

обработанные с помощью выше упомянутых программных средств, могут быть

отображены только в окне определенного размера – 160х120 точек изображения.

На стандартном мониторе с кинескопом размером 14" такое окно занимает всего

лишь 1/16 его полной величины. Хотя имеется возможность увеличивать размер

изображения, но при этом автоматически включается драйвер Windows Desktop и

выбирается более низкое разрешение. Этого может быть вполне достаточно для

того, чтобы составить общее представление о мультимедиа. Для серьезной же

работы все эти средства не пригодны.

В принципе, видеоклип всегда может быть воспроизведен с качеством, с

которым он был записан. Цифровая обработка делает возможной технику

увеличения размера окна (без потери качества), для чего необходимы только

соответствующие графические возможности системы.

Для создания окон более крупных форматов, например, размером 320х240

или 480х360 пикселов, необходимо несколько большее количество информации.

Карты типа Overlay, такие как Video Blaster Pro, miroMovie Pro,

ScreenMachine и т. п., обрабатывают входные видеосигналы от аналоговых

источников так, что эти сигналы могут преобразовываться в изображение на

экране монитора с помощью обычной графической карты PC.

Таким образом, большинство карт типа Overlay работает совместно с

обычной картой стандарта VGA, не подменяя ее. Обе карты связываются через

разъем Feature Connector VGA-карты или/и через внешние разъемы обеих карт.

Иногда электронные схемы, обеспечивающие функцию Overlay, интегрируются

непосредственно на карту VGA.

Устройства захвата видеосигнала

С момента появления первого видеобластера (Video Blaster) сингапурской

фирмы Creative Labs, ознаменовавшего начало эры массового распространения

устройств ввода телевизионных сигналов в PC. Подобные устройства должны

обеспечивать:

. Прием низкочастотного видеосигнала (от видеокамеры, магнитофона или

телевизионного тюнера) на один из выбираемых программно видеовходов

(не менее трех)

. Отображение принимаемого видео в реальном времени в масштабируемом

окне среды Windows (VGA-монитор можно использовать вместо

телевизора)

. Замораживание кадра оцифрованного видео

. Сохранение захваченного кадра на винчестере или другом доступном

устройстве хранения информации в виде файла в одном из принятых

графических стандартов (TIP, TGA, PCX, GIF и др.)

Эти видеоплаты называются захватчиками изображений, устройствами ввода

видео, ТВ-грабберами (grab – захватывать), имидж - кепчерами (image capture

– захват изображения), просто видеобластерами.

Обобщенная структурная схема этих устройств состоит из четырех базовых

элементов, реализованным соответствующими наборами микросхем (Рис. 4.1.13).

[pic]

Рис. 4.1.13. Обобщенная структурная схема видеобластера

Первым из них является видеодекодер, обеспечивающий прием сигнала с

одного из входов, его оцифровку, цифровое декодирование согласно

телевизионному стандарту и передачу полученных YUV-данных видеоконтроллеру.

Видеоконтроллер выполняет ключевую роль в организации потоков

оцифрованных данных между элементами видеоплаты. Он осуществляет

необходимые цифровые преобразования данных (например, YUV в RGB,

масштабирование), организует их хранение в буфере собственной памяти –

третьем элементе видеоплаты, пересылку данных по шине компьютера при

сохранении на винчестере, а также их передачу цифро-аналоговому

преобразователю (ЦАП) с VGA-выходом. Последний совместно с

видеоконтроллером участвует в формировании "живого" ТВ - окна на экране

монитора VGA. Он выполняет обратное аналоговое преобразование цифрового

захваченного изображения и в соответствии с ключевым сигналом,

вырабатываемым видеоконтроллером, осуществляет передачу VGA-сигнала от VGA-

адаптера, либо RGB-сигнала из буфера памяти на монитор,

Рассмотрим работу этих элементов более подробно. Наиболее важными

характеристиками видеобластера являются:

. Формат принимаемых низкочастотных видеосигналов

. Поддерживаемые телевизионные стандарты

. Частота и глубина оцифровки

. Возможность регулировки оцифрованного сигнала

Представление телевизионного сигнала

Как уже отмечалось, низкочастотный телевизионный видеосигнал является

композитным, то есть представляет собой результат сложения яркостного

сигнала Y, двух цветовых поднесущих, модулированных цветоразностными

сигналами U и V, которые образуют сигнал цветности С {Chroninance}, а также

синхроимпульсов. Причем, благодаря дискретной структуре спектра сигнала

яркости и определенному выбору частоты поднесущей, сигналы цветности

передаются в полосе частот сигнала яркости, обеспечивается так называемое

частотное перемещение спектров. Это делается с целью обеспечения

совместимости систем цветного и черно-белого телевидения, а также для

уплотнения спектра телевизионного сигнала. Эта мера приводит к

необходимости разделения сигналов яркости и цветности на приемной стороне

и, как следствие качества этого разделения, появлению перекрестных

искажений на изображении, вызванных взаимным влиянием этих сигналов друг на

друга.

Эффективное разделение этих сигналов возможно с помощью специальных

гребенчатых фильтров. Однако подобные фильтры весьма сложны и дороги, а

потому, в основном, используются в профессиональной аппаратуре высокого

разрешения,

В бытовых устройствах ограничиваются более простыми и дешевыми

полосовыми фильтрами, заметно снижающими четкость изображения. Так,

видеомагнитофоны и камеры форматов VHS {Video Home System} и Video-8

работают только с композитными видеосигналами, при этом разрешение

составляет не более 240 телевизионных линий (твл). Кроме того, даже полный

учет всех различий сигналов все равно не позволяет идеально разделить их.

Более эффективным оказывается использование не единого композитного

сигнала, а двух (Y/C): Y – сигнал яркости с синхроимпульсами, а С– сигнал

цветности. Такой сигнал называют S-Video, он применяется при

записи/воспроизведении на аппаратуре форматов S-VHS и Hi-8. При этом

обеспечивается разрешение около 400 твл.

Следующим шагом к повышению качества является переход к компонент ному

сигналу YUV, составляющие которого передаются раздельно. Он используется в

профессиональной аппаратуре формата Betacam и обеспечивает разрешение до

500 твл. И наконец, последним в этой череде является RGB - представление,

при котором отсутствуют какие-либо кодирование и модуляция, обеспечивается

наиболее простая и точная передача цвета. Тем не менее, достигаемое здесь

повышение качества изображения становится уже визуально неощутимо. Поэтому

подобное представление реально используется только в высокоточной научной

измерительной аппаратуре.

Входы видеобластеров

Ранние модели видеобластеров были основаны на декодере Philips SAA9051

и имели три композитных входа, в то время как в современных видеоплатах

нормой считается наличие одного S-Video и двух композитных входов,

поддерживаемых, например, декодером Philips SAA7110. Для S-Video он

обеспечивает параллельную оцифровку Y- и С - сигналов. Если SAA9051

"понимает" сигналы только стандартов PAL/NTSC, то SAA7110 позволяет

декодировать и SECAM. Более того, он имеет встроенную схему автоматического

распознавания системы кодирования сигналов цветности.

Полезной особенностью декодера является возможность регулировки

принимаемого видеосигнала по яркости, насыщенности, контрастности. Это

позволяет учитывать конкретные условия съемки и в определенных рамках

компенсировать недостатки изображения до его сохранения. При этом

визуальный контроль процесса настройки можно осуществлять по формируемому

видеоизображению в окне VGA-монитора.

Организация хранения элементов изображения

Хранение элементов изображения организовано в виде матрицы, например,

512х512, 1024х512 или 1024х1024, В зависимости от конкретного способа

кодировки размер буфера памяти может меняться от 256 Кб до 2 Мб (Таблица

4.1.1), и в то же время при одном и том же размере буфера эффективность

использования памяти может быть различной. Таким образом, даже если декодер

и обеспечивает оцифровку входного видеосигнала без ухудшения качества, но

объем памяти недостаточен, результирующее изображение окажется

некачественным (размытые детали, цветовые пятна и т. д.). Обратное также

верно. Например, если память организована как 1024х512 и достаточна для

размещения в ней 768 элементов строки, но частота оцифровки 13,5 МГц, то

результирующий размер изображения не может быть более 702х512. Впрочем,

качество видеосигнала многих бытовых видеокамер столь невысоко, что

возлагать вину за плохое качество захваченного изображения только на

видеобластер было бы несправедливым.

Таблица 4.1.1. Зависимость размера буфера памяти от способа кодировки

|Размер |Кодировка |Байт/элемент |Число |Организация |Размер |

|буфера | |изображения |цветов |памяти |кадра |

|памяти | | | | | |

|256Кб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |512х256 |512х256 |

|512Кб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |512х512 |512х512 |

|768Кб |RGB 8:8:8 |3 |16 млн. |512х512 |512х512 |

|1 Мб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |1024х512 |768х512 |

|1 Мб |YUV4:2:2 |2 |16 млн. |1024х512 |768х512 |

|1.5Мб |RGB 8:8:8 |3 |16 млн. |1024х512 |768х512 |

|2 Мб |YUV4:2:2 |2 |16 млн. |1024х1024 |768х576 |

Выбор видеобластера

При выборе видеобластера в первую очередь следует обращать внимание

на:

. Число поддерживаемых телевизионных стандартов (рекомендуется PAL/SECAM, 1

вход композитный, 1 S-Video)

. Точность оцифровки входного сигнала (рекомендуется YUV 4:2:2)

. Физическое разрешение изображения (рекомендуется 768х576х1б млн. цветов)

. Размер буфера памяти и ее организация (не менее 1 Мб при YUV 4:2:2;

. 1,5 Мб при RGB 8:8:8)

. Возможность подстройки входного сигнала

. Наличие ограничений на размер RAM компьютера, способ связи с

видеоадаптером (требование разъема Feature Connector)

. Поддерживаемое разрешение Windows (рекомендуется не хуже 800х600, 64 тыс.

цветовых оттенков)

. Визуальное качество оцифрованного изображения

8 Мультимедиа-ускорители

Под мультимедиа-ускорителями понимают совокупность программно-

аппаратных средств, которые объединяют базовые возможности графических

ускорителей с одной или несколькими функциями мультимедиа, требующими

обычно установки в PC дополнительных устройств. Например, к мультимедиа-

функциям относятся:

. Цифровая фильтрация и масштабирование видеоизображений (далее – видео)

. Аппаратная цифровая компрессия и декомпрессия видео

. Ускорение графических операций, связанных с ЗD-гpaфикoй

. Поддержка видео в реальном масштабе времени на экране монитора

. Формирование полного цветового видеосигнала для передачи его во внешние

устройства (видеомагнитофон, телевизор)

. Вывод телевизионного сигнала на монитор

В настоящее время большинство хороших графических карт-ускорителей в

состоянии выполнять ряд мультимедийных функций. В частности, сигнал

изображения из пространства RGB может преобразовываться в пространство YUV,

над ним могут выполняться такие операции, как сжатие, билинейное

масштабирование, линейная интерполяция, фильтрация и растрирование

(dithering). Многие современные видеопроцессоры ускоряют процессы

декомпрессии стандартных кодеков, включая, например, Indeo, Cinepak и MPEG-

1.

Мультимедиа-ускорители, как правило, представляют собой 32- и 64-

разрядные графические контроллеры с чередованием блоков памяти. Кроме того,

эти карты оснащаются объемом видеопамяти 2 Мб и более и характеризуются

поддержкой повышенных частот обновления изображения (100 Гц и более), новых

стандартов DPMS, DDC и DCI, поддержкой воспроизведения цифрового видео и

ускорением трехмерных (3D) графических операций.

Ускорители трехмерной графики

В настоящее время возникла необходимость в решении таких задач, когда

уровень развития существующих видеоадаптеров, даже "монстров" с объемом

видеопамяти 8 Мб и стоимостью свыше 1000 USD, уже не в состоянии с ними

справиться. Для решения этих задач требуются еще большие скорости по

генерированию многоугольников и просчету в реальном масштабе времени

трехмерных объектов. Это новейшие разработки в области виртуальной

реальности, профессиональные 2D- и ЗD - приложения CAD, компьютерное

моделирование, обработка трехмерных изображений и т. п. Кроме того,

появление программ ЗD - анимации и аппаратно-ориентированных игровых

приставок типа 3DO, Sony Plantation или Sega Saturn еще более стимулировало

развитие индустрии в области видео.

Среди передовых технологий, которые могут значительно ускорить процесс

внедрения 3D в мир PC, первой следует назвать Intel MMX (Multimedia

Extension).

Любая трехмерная операция в принципе может быть запрограммирована

обычными средствами без применения аппаратного ускорения или только при

помощи "двухмерных" функций. Однако даже современные высокопроизводительные

CPU Pentium и качественные программы далеко не всегда позволяют достичь

удовлетворительного соотношения между реалистичностью изображения и

частотой кадровой развертки монитора. При мощностях со временных

процессоров любое усложнение изображения или увеличение разрешения

неизбежно потребует либо применения аппаратного ускорения трехмерной

графики, либо снижения частоты кадров до неприемлемого уровня.

Все вышесказанное и послужило причиной появления аппаратных 3D-

ycкoрителей, или, как их еще называют, 3D-блacтеров, 3D-акселераторов.

3D-aкceлepaторы – это аппаратные средства, способные самостоятельно,

без участия процессора, рассчитывать взаимное расположение фигур в трех

мерном пространстве и в реальном масштабе времени отображать требуемую

двухмерную проекцию на мониторе PC.

Функции 3D-акселераторов

Для создания наиболее реалистичного изображения используются различные

методы.

Закраска Гуро выглядит реалистичнее простой плоской закраски,

получаемой при интерполяции значений цветов вдоль поверхностей

многоугольников. Отображение текстуры подразумевает наложение шаблонов,

представляемых битовыми картами на поверхности объектов с учетом эффектов

перспективы.

Функция сглаживания интерполирует цвета смежных пикселов для

устранения ступенчатости на границах объектов. Другие специальные приемы,

та кие как дымка, альфа-смешение цветов и пространственное упорядочение,

помогают улучшить правдоподобность изображения.

Функция Z-буферизации использует информацию о пространственном

положении каждого пиксела, чтобы определить, нужно ли выводить данный

пиксел или он закрыт более близким объектом,

Двойная буферизация обеспечивает более плавную анимацию путем

формирования следующего кадра во внутреннем буфере одновременно с выводом

на экран текущего кадра. Двойная и Z-буферизация иногда дополняются

механизмами быстрого вывода на экран и пространственного удаления. Шаблоны,

маски и информация об отсечении частей объекта или целых объектов,

невидимых в зависимости от ракурса, используются для определения атрибутов

каждого пиксела и сужения пространства графического вывода, а также

дополняют основные приемы визуализации.

Офисное оборудование

1 Телевидение

1 Телевизионные стандарты

Введение

Начало развития телевидения обычно относят к 1875–1877 гг., когда были

сформулированы основные принципы получения и передачи сигналов изображения

движущихся объектов. Это – разбивка его на отдельные элементы и поочередно-

последовательная их передача и воспроизведение. Они сохранились до наших

дней. Сам термин "телевидение" впервые был использован русским инженером-

электриком К. Д. Перским в 1900 г. в докладе "Электрическое телевидение" на

Международном конгрессе в Париже.

Неизменной сохраняется и структура тракта передачи: преобразователь

оптических изображений в электрические сигналы, каналы передачи сигналов

изображения и звукового сопровождения, устройства их приема и

воспроизведение изображения и звука у потребителя. Параметры сигналов и

звеньев тракта, а также используемые технические решения непрерывно

совершенствовались.

На первом этапе все технические решения в мире основывались на оптико-

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20