Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Московский Государственный Институт Электронной Техники

(Технический университет)

Реферат по дисциплине: Инженерные методы в технике телекоммуникаций

На тему: Средства мультимедиа

Выполнил: Куликов И.Н. МП-39

Проверил: Баринов В.В.

Москва 2002

Введение

Мультимедиа -- область компьютерной технологии, связанная с использованием информации, имеющей различное физическое представление (текст, графика, рисунок, звук, анимация, видео и т. п.) и/или существующей на различных носителях (магнитные и оптические диски, аудио- и видеоленты и т. д.).

Мультимедиа (multimedia -- многосредовость) средства -- это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию.

Мультимедиа предоставляет пользователю потрясающие возможности в создании фантастического мира (виртуальной реальности), интерактивного общения с этим миром, когда пользователь выступает не в роли стороннего пассивного созерцателя, а принимает активное участие в разворачивающихся там событиях; причем общение происходит на привычном для пользователя языке -- в первую очередь, на языке звуковых и видеообразов.

Рассмотрим понятие виртуальная реальность немного подробнее, поскольку оно часто встречается в литературе, иногда не очень обоснованно. Термин этот предложил Jaron Lanier (Ланье), который определил его как «иммерсивную и интерактивную имитацию реалистических и вымышленных сред». Иммерсивность означает полное погружение человека в мир виртуальной реальности, где он должен чувствовать свою принадлежность к нему. Интерактивность означает возможность человека взаимодействовать с находящимися в мире виртуальной реальности объектами в реальном времени.

Иными словами, виртуальная реальность -- это некий иллюзорный мир, в который погружается и с которым взаимодействует человек. Система виртуальной реальности -- это совокупность имитационных программных и технических средств, обеспечивающих эти погружение и взаимодействие. Для полного погружения необходимо оградить человека от информации, поступающей из внешнего мира; необходимо ввести стимулы, побуждающие человека пребывать в виртуальном мире. Для обеспечения интерактивности необходимо, чтобы система виртуальной реальности воспринимала управляющие воздействия человека. Побуждающие стимулы и управляющие воздействия должны быть многомодальными, то есть зрительными, звуковыми, осязательными и одоральными (использующими запахи). Для реализации таких требований в современных системах используются разнообразные звуковые и видеотехнологии, в частности объемные звуковые и видеосистемы, а также головные дисплеи -- шлемы и очки-дисплеи, «нюхающие» мыши, управляющие перчатки, кибернетические жилеты и другие экзотические устройства, уже существующие сегодня. И все это в совокупности с беспроводными интерфейсами.

Если исключить редкие «экзотические» устройства, то реально к средствам мультимедиа можно отнести:

* устройства аудио (речевого) и видеоввода и вывода информации;

* высококачественные звуковые (sound-) и видео (video-) платы;

* платы видеозахвата (video grabber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК;

* высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами;

* широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки);

* высококачественные принтеры.

С большим основанием к средствам мультимедиа можно отнести и внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических и цифровых видеодисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Требования к мультимедиа сегодня

К средствам мультимедия предьявляются некоторые требования как к програмному обеспечению,так и к оборудованию.С каждым годом планка поднимается всё выше и выше,так как современного пользователя уже трудно чем-нибудь удивить и, к примеру, заставить ломать глаза у 14-ти дюймового монитора, получать из принтера чёрно-белые картинки низкого качества.И современный PC фактически является домашним кинотеатром с расширенными возможностями.

Требования к аппаратной части PC:

* Персональный компьютер, работающий на микропроцессоре не ниже PIII-600

* Оперативная память (RAM) не менее 128 mb

* Накопитель на жестком диске емкостью не менее 20 Gb.

* Дисковод для компакт-дисков CDRW(а лучше DVD) с большими скоростями записи и чтения

* Манипулятор типа "мышь" с кнопкой «скролл»

* Клавиатура, разработанная для использования с набольшим КПД

* Плоский 17ти дюймовый True Color дисплей с разрешением 1024 х 768 точек

* Видеоадаптер,поддерживающий 3D графику

* Цветной струйный принтер с возможностью фотопечати

*Цветной сканер с глубиной цвета 48bit и разрешением 600dpi

* Высококачественный аудиоадаптер и мощная акустическая система(+микрофон)

* По крайней мере один LPT и один USB порт

* Инфракрасный порт для подключения беспроводных устройств

Требования к программному обеспечению:

Должна использоваться современная OS, к примеру Windows 9x или XP. В програмных средствах ужесточаются требования к количеству ошибок, расширении словарей с увеличением числа поддерживаемых языков при распознавании(синтезе) речи и текста. Увеличены возможности конвертирования файлов в различные форматы. Возникли мощные продуктивные системы кодирования и сжатия информации.Удобные программы видеозахвата, видео и аудиовоспроизведения(видео и аудио плеер).Существует множество программ для прожига, а так же копирования лицензионных CD.Впрочем написана куча нужных и ненужных(для юзеров с изощрёнными запросами ) программ так или иначе имеющих отношение к мультимедиа.При чём развитие этих программ идёт с бешеными темпами так, что еле успеваешь обновлять soft.

Системы речевого ввода и вывода информации

Существует две технологии речевого общения с компьютером:

* системы распознавания речи;

* системы синтеза речи.

Системы распознавания речи

В системах распознавания речи выполняется оцифровка звуковой информации, ее идентификация с кодами, содержащимися в электронных тезаурусных (иногда многоязычных) словарях, необходимая автоматическая коррекция кодов и генерация соответствующих им символов, слов и предложений, возможный вывод текстов на экран для ручной их коррекции (иногда звуковое воспроизведение) и запись текстов в память машины либо исполнение «услышанных» команд.

По характеру распознаваемой речи системы речевого ввода можно разделить на:

* системы, ориентированные на распознавание отдельных слов, команд и вопросов;

* системы распознавания предложений и связной речи;

* системы идентификации по образцу речи.

Системы, ориентированные на распознавание отдельных слов, команд и вопросов

Системы, ориентированные на распознавание отдельных слов, команд и вопросов часто называют системами речевого управления, поскольку их основная задача -- обеспечить выполнение компьютерной системой действий, задаваемых голосом.

Наибольшее распространение такие системы получили в автоматических телефонных службах. В них можно ввести голосом номер телефона вызываемого абонента или его имя; можно задать простой вопрос автоматической справочной службе.

Наиболее разработаны системы распознавания чисел, которые можно отнести к средствам распознавания первого поколения. В развитых системах такого рода человек сначала говорит свой числовой пароль, затем свой числовой идентификатор и только после этого может назвать число, кодирующее сущность запроса.

К средствам распознавания второго поколения относятся системы распознавания имен. Основаны эти системы на использовании ключевых слов (имен), хранимых, естественно, в базе данных системы. Множество хранимых слов и ограничивает возможные имена (при вызове телефонного абонента, например) и распознаваемые команды и вопросы. Система Voice Writer компании Curzvail позволяет распознавать около 10 000 слов английского языка, которые после идентификации преобразуются в соответствующие ASCII-последовательности и либо исполняются машиной (если это команды), либо заносятся в файл. Система компании Charles Schwab & Co., специализирующейся на предоставлении брокерских услуг участникам фондового рынка, при обработке более 10 тыс. названий и десятков видов ценных бумаг обеспечивает при распознавании 95%-ю точность (это, конечно, очень слабо, но количество клиентов этой справочной службы не убывает).

Существенно сложнее системы третьего поколения, строящие диалог с пользователем с помощью системы голосовых меню. Такие системы основаны на идее обучения: в течение некоторого времени система обучается на большом количестве типовых речевых диалогов (включающих, кстати, и слова-паразиты). В ходе этого обучения строится рабочий словарь и база данных отношений между отдельными словами. Примером системы третьего поколения может служить Natural Dialogue System фирмы Philips, используемая швейцарской железнодорожной компанией Swiss Railwais для справочной системы, обслуживающей не только железнодорожные, но и автобусные маршруты, и паромные переправы.

Системы распознавания предложений и связной речи

Системы этой группы делятся на системы раздельной диктовки и системы распознавания связной речи.

Системы раздельной диктовки проще в разработке и технической реализации, но они требуют от пользователя не совсем естественного произнесения фраз -- с короткой паузой перед каждым следующим словом. К таким системам относятся, например, ViaType корпорации IBM, Dragon Dictate фирмы Dragon System. Последняя система позволяет, наряду с прочим, непосредственно надиктовывать текст в программы Word, Word Perfect, Internet Explorer, Netscape Navigator и т. д. Активный словарь системы насчитывает десятки тысяч слов и может пополняться пользователем, скажем, по его профессиональной тематике. В системе дополнительно анализируются спектральные (частотные) характеристики каждой буквы, выделяются и хранятся ее отдельные фонемы (элементы спектра). На основе этого анализа создаются фонетические модели букв и формируемых из них слов. Точность распознавания достигает 90 %, а после проверки по словарю еще значительно повышается.

Наиболее сложные проблемы возникают при распознавании связной речи. При произнесении связной речи больше сказывается эмоциональная составляющая вводимой информации, и при слитном произношении слов несколько изменяется их звучание -- все это, безусловно, затрудняет распознавание. Наиболее продвинутыми системами распознавания слитных текстов можно считать системы распознавания речи: Naturally Speaking Delux компании Dragon System, Via Voice корпорации IBM и WildFire фирмы Wildfire Communication, Voice Xpress фирмы Lernoute&Hauspie SpeechProducts. Названные системы позволяют обычно после длительной «тренировки» программы надиктовывать «своим» ПК тексты и отдельные команды, иногда даже разным операторам. Так, система ViaVoice позволяет многие виды работ на компьютере выполнять в речевом режиме. Можно надиктовывать текст (письма, отчеты, статьи) непосредственно в Windows-приложения, открывать и закрывать компьютерные файлы, ориентироваться в пределах рабочего стола. Такие речевые команды, как «file save, fale print, scroll up, scroll down» безошибочно выполняются компьютером. Скорость ввода текста достигает 140 слов в минуту, что намного больше средней скорости ввода-информации с клавиатуры.

Системы идентификации по образцу речи

Идентификация по образцу речи относится к биометрическим технологиям идентификации человека по его уникальным физическим признакам, таким как отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаз. Речь, подобно подписи, характеризуется множеством постоянных физических параметров (которые, кстати, существенно меньше меняются со временем, чем внешность человека). Цель систем идентификации по образцу речи -- идентифицировать конкретного известного системе пользователя и выявить самозванца. Взаимодействие пользователя с системой идентификации состоит из трех этапов:

* регистрации пользователя с целью запоминания особенностей его голоса и формирования для него речевой модели;

* тестирования, во время которого выполняется сравнение поступившего образца речи с запомненной речевой моделью пользователя, а также возможное выявление модели самозванца из базы моделей голосов множества прочих людей;

* допуска к работе в системе, если тестирование прошло успешно и пользователь назвал верный пароль.

Механизм распознавания речи

Механизм распознавания речи состоит обычно из четырех основных блоков:

препроцессора;

экстрактора;

компаратора;

интерпретатора.

Препроцессор или модуль сбора данных обеспечивает приведение речевого сигнала к наиболее качественному виду (производится автоматическая регулировка усиления, подавление эхо-сигнала, фиксация наличия или отсутствия речи и интонационного конца фразы ).

Экстрактор выполняет спектральный анализ сигнала. Акустическо-фонетический поток звуков разбивается на короткие кадры (длительностью примерно по 10 мс) и выявляются спектральные характеристики каждого кадра. Компаратор выполняет акустическое сравнение выявленных характеристик каждого кадра с имеющимися акустическо-фонетическими образцами. Сравнение производится на уровнях выявления контекстно-независимых фонем, контекстно-зависимых фонем и моделей слов.

Интерпретатор решает задачу наилучшего разбиения полученного компаратора «алфавитного» потока на слова и фразы.

Системы синтеза речи

Системы речевого вывода информации базируются либо на выборке из словаря готовых оцифрованных звуковых последовательностей, либо на синтезаторах речи. Самым простым вариантом является выборка готовых звуковых последовательностей (как в автоответчике), но ввиду большого размера «звуковых» файлов, вывод большого числа слов в этом случае практически невозможен. В таких простых системах часто используются меню, по которым пользователь может выбрать те высказывания, которые он бы хотел услышать. При наличии нужных записей в базе данных их текст озвучивается. Такие системы используются, например, в будильниках, в автомобильных навигационных системах.

Формирование речевого вывода более функционально полными синтезаторами речи выполняется в несколько этапов.

Задачей первого этапа является отфильтровать шумовые символы текста (знаки препинания, кавычки, тире, скобки). Эта задача решается модулем нормализации, который также обрабатывает контекстно-зависимые сокращения, форматы дат, времени, денежных единиц.

Модуль преобразования на втором этапе переводит текст из орфографического в фонетический формат (из букв в звуки). Для некоторых языков, например для английского, это непростой процесс, ибо многие слова читаются не по буквам, а по особым правилам произношения отдельных буквенных сочетаний.

Модуль анализа выполняет одновременно лексикографическую и синтаксическую обработку для выбора варианта произношения, ритма и интонации.

Фонетический модуль, получив от модуля анализа фонетическое представление исходного текста, обогащает звучание речи дифтонгами, трифтонгами, четырехзвучиями и другими полезными составляющими.

Модуль обработки звука преобразует фонетические данные в звуковые сигналы: генерируемые волновые последовательности (с частотой порядка 10 кГц) модулируются фонетическим потоком. На этой стадии выполняется управление громкостью, скоростью речи, тембром голоса.

Среди программ синтеза речи можно назвать шведскую систему Infovox, систему Monologue английской фирмы First Byte, систему Pro Verbe компании Elan Informatique и др.

Компьютерные средства обеспечения звуковых технологий

Звуковые платы

Звуковые платы (sound blaster) используются для создания, записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: музыки, речи, шумовых эффектов. В режиме создания звука плата действует как музыкальный инструмент. Звук, создаваемый с помощью звуковой платы, называют «синтезированным».

В режиме записи звука плата производит оцифровку звуковых сигналов для последующей их записи в память компьютера.

В режиме воспроизведения звука плата работает аналогично цифровому аудиоплейеру, преобразуя считанные из памяти цифровые сигналы в аналоговые звуковые.

Функционально плата содержит несколько модулей:

модуль для записи и воспроизведения звука;

модуль синтезатора звука;

модуль интерфейсов.

Модуль записи и воспроизведения звука использует для оцифровки звука аналого-цифровые преобразователи (АЦП), а для обратного преобразования -- цифро-аналоговые преобразователи. На качество звука и в том и в другом случае существенно влияет разрядность преобразователей.

Как происходит оцифровка? Аналоговый звуковой сигнал в АЦП измеряется через строго определенные последовательные интервалы времени (интервалы дискретизации), измеренные значения его амплитуды квантуются по уровню (заменяются близлежащими дискретными значениями сигнала) и идентифицируются соответствующими двоичными кодами. Разрешающая способность АЦП равна наименьшему изменению аналогового сигнала, приводящему к изменению цифрового кода, то есть определяется разрядностью преобразователя, так как чем больше разрядность кода, тем больше разных дискретных значений сигнала и, соответственно, меньшие интервалы амплитуды аналогового сигнала можно отобразить этим кодом.

Таким образом, качество оцифровки, а соответственно, и последующего звучания оцифрованной аудиоинформации, при прочих равных условиях, зависит от разрядности преобразования и частоты дискретизации:

разрядность преобразования определяет динамический диапазон сигнала;

частота дискретизации -- верхнюю границу диапазона частот звукового сигнала.

Оцифрованный сигнал (его двоичный код) записывается в память машины. При воспроизведении оцифрованного звука в ЦАП двоичные коды заменяются соответствующими им дискретными значениями сигнала для последующего их усиления и воспроизведения через акустическую систему.

Разрядность преобразователей (и соответственно, звуковых плат) бывает разная -- наиболее распространены 8- и 16-разрядные. Образно выражаясь, 8-разрядные платы обеспечивают качество звучания, характерное для средненьких кассетных магнитофонов, а 16-разрядные -- для аудиосистем на компакт-дисках. Модуль синтезатора звука. Для синтеза звукового сигнала используется два основных метода:

синтез с помощью частотной модуляции, или FM-синтез;

синтез с использованием таблицы волн (Wave Table), или табличный WT-синтез.

FM-синтез звука осуществляется с использованием специальных генераторов сигналов, называемых операторами. В операторе можно выделить два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор определяет частоту (высоту) тона, а генератор огибающей -- его амплитуду (громкость). Амплитуда сигнала у разных музыкальных инструментов различна. Например, у фортепьяно при нажатии произвольной клавиши амплитуда сигнала сначала быстро возрастает (attack), затем несколько спадает (decay), после чего следует сравнительно короткий равномерный участок (sustain) и, наконец, происходит достаточно медленный спад амплитуды (release). Вышеназванные фазы сигнала реализуются именно генератором огибающей, который по первым буквам английских терминов этих фаз часто называют генератором ADSR. В общем случае, для воспроизведения голоса одного инструмента достаточно двух операторов:

* первый генерирует колебания несущей частоты, то есть основной тон;

* второй -- модулирующую частоту, то есть обертоны.

Но современные звуковые платы способны воспроизводить несколько голосов, например, синтезатор с 18 операторами может имитировать 9 разных голосов. Правда, многие 16-разрядные звуковые платы используют 4-операторные синтезаторы (например, Yamaha OPL3). Звук, синтезированный FM-методом, имеет обычно некоторый «металлический» оттенок, то есть не похож на звук настоящего музыкального инструмента.

WT-синтез обеспечивает более качественное звучание. В основе этого синтеза лежат записанные заранее и хранящиеся в памяти образцы звучания музыкальных инструментов (MIDI-файлы). Синтезаторы этого типа (например, Yamaha OPL4) создают музыку путем манипулирования образцами звучания инструментов, «зашитыми» в ПЗУ платы или хранящимися на диске ПК. Лучшие звуковые платы позволяют хранить и использовать до 8 Мбайт выборок. При использовании выборок, загружаемых с диска, хорошая плата должна иметь ОЗУ емкостью не менее 1 Мбайт. Выпускаются также табличные расширители, позволяющие увеличить массив используемых MIDI-файлов.

Модуль интерфейсов включает в себя интерфейс музыкальных инструментов, обычно MIDI (Musical Instrument Digital Interface), и средства воспроизведения звука в соответствующем формате. Кроме того, в него могут входить интерфейсы одного или нескольких дисководов CD-ROM. Через этот модуль можно проигрывать

CD-ROM, разговаривать через модем и воспроизводить свою собственную компьютерную музыку.

В состав многих звуковых плат, кроме названных трех модулей, включаются:

* устройство смешения сигналов от различных источников -- микшер; управление амплитудой смешиваемых сигналов выполняется обычно программным способом;

* модемный и игровой порты, последний обеспечивает качественное звуковое сопровождение компьютерных игр;

* усилители мощности сигнала с регулятором громкости (такие платы имеют два выхода: линейный -- до усилителя и конечный -- после усилителя).

Сейчас выпускается огромное количество самых разных звуковых карт и расширителей MIDI-файлов. Современные качественные звуковые платы соответствуют стандарту Basic General MIDI, предусматривающему поддержку 128 инстру-1йентов и многотонального исполнения -- как минимум 16 каналов одновременно. Рекомендовать какую-либо плату однозначно не представляется возможным, можно высказать лишь общие соображения:

* среди недорогих одноплатных звуковых карт заслуживает внимание Sound Galaxy Waverider фирмы Aztech;

* для более требовательных музыкантов рекомендуется расширитель DB50XG с любой 16-битной платой, например Sound Blaster Value;

* для особых ценителей качества звучания рекомендуется плата Turtle Beath NBS-2000.

Акустические системы

Акустическая система (колонки) является не обязательным, но желательным компонентом мультимедийной системы -- при ее использовании восприятие звуковой информации существенно улучшается.

Компьютерные акустические системы, как правило, уступают специализированным Hi-Fi-системам, но качество воспроизведения у них вполне приличное.

Акустические системы бывают пассивные и активные.

Пассивные не содержат встроенного усилителя и могут подключаться к звуковым платам, имеющим собственный усилитель (обычно 4-ваттный, по 2 Вт на канал) и регулятор громкости.

Активные акустические системы оборудованы усилителем и могут подключаться как к линейному выходу звуковой платы, так и к выходу ее усилителя. Источником питания для встроенного в колонки усилителя может являться внутренний аккумулятор или блок питания, который, в свою очередь, может быть и внутренним, и внешним. Кроме регулятора громкости активные колонки имеют обычно и 3-полосный эквалайзер.

Следует иметь в виду, что к линейному выходу звуковой платы может быть подключен линейный вход усилителя бытового аудиокомплекса.

Компьютерные средства обеспечения видеотехнологий

Видеоконтроллеры

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифроаналоговый преобразователь.

Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операции, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой. Основными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 2D-ускорителя, ядро 3D-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле видеоконтроллера.

Поясним некоторые компоненты.

2D-ускоритель -- устройство, осуществляющее обработку графики в двух координатах на одной плоскости.

3D-ускоритель -- устройство, осуществляющее построение и обработку трехмерных (3D) изображений. В процессе формирования 3D-изображения аппаратный 3D-ускоритель взаимодействует с программным обеспечением.

Сам же процесс имеет несколько этапов:

* определение состояния объектов;

* определение соответствующих текущему состоянию геометрических трехмерных моделей;

* разбиение этих моделей на простые элементы -- графические примитивы, в качестве которых чаще используют треугольники (именно на этом этапе подключается аппаратный ЗD-ускоритель);

* преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с которыми работают аппаратные компоненты;

* закраска примитивов и финальная обработка.

Основные аппаратные элементы ЗD-ускорителя: геометрический процессор, механизм установки и механизм закраски примитивов. Характеристиками ускорителей являются максимальная пропускная способность (треугольников в секунду), максимальная производительность закраски (точек в секунду), скорость (кадров в секунду).

Важная характеристика -- емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.

Под разрешающей способностью здесь (так же как и для мониторов) понимается то количество выводимых на экран монитора пикселов, которое может обеспечить видеоконтроллер. При разрешении 1024 х 768 на экран должно выводиться 786 432 пиксела, а при разрешении 2048 х 1536 -- 3 145 728 пикселов. Для каждого пиксела должна храниться и его характеристика -- атрибут.

Количество воспроизводимых цветовых оттенков (глубина цвета) зависит от числа двоичных разрядов, используемых для представления атрибута каждого пиксела. Выделение четырех битов информации на пиксел (контроллеры CGA) позволяло отображать 24=16 цветов, 8 бит (контроллеры EGA и VGA) -- 28 = 256 цветов,

16 бит (стандарт High Color), 24 и 25 бит (стандарт True Color в контроллерах SVGA), соответственно, 216 = 65 536, 224 = 16 777 216 и 225 = 33 554 432 цвета. В стандарте True Color для отображения каждого пиксела обычно используется 32 бита, из них 24 или 25 для характеристики цветового оттенка, а остальные для служебной информации.

Необходимую емкость видеопамяти для работы с графикой можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселов, выводимых на экран. Например, в стандарте True Color при разрешающей способности монитора 1024 х 768 пикселов емкость видеопамяти должна быть не менее 2,5 Мбайт, а при разрешении 2048 х 1536 -- не менее 9,5 Мбайт. При работе с текстом необходимая емкость видеопамяти существенно меньше.

Скорость вывода изображения на экран зависит от скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифроаналоговым преобразователем и, в несколько меньшей степени, с центральным процессором. Для увеличения скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифроаналоговым преобразователем используются:

* увеличение разрядности и тактовой частоты внутренней шины видеоконтроллера (вплоть до 256 разрядов и 600 МГц);

* новейшие быстродействующие типы оперативной памяти. В качестве видеопамяти в контроллерах могут использоваться различные типы памяти DRAM, как универсальные: SDRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, так и особенно быстрые специализированные: SGRAM (синхронная графическая), VRAM и WRAM (двухпортовые типы видеопамяти), 3D RAM (трехмерная).

Скорость обмена данными с центральным процессором определяется пропускной способностью шины, через которую осуществляется обмен. В современных компьютерах вместо шины PCI используется более скоростная шина AGP (в частности, AGP 4х).

Поскольку в мониторы необходимо подавать аналоговый видеосигнал, для преобразования цифровых данных, хранимых в видеопамяти, в аналоговую форму, в видеоконтроллере предусмотрен цифроаналоговый преобразователь RAMDAC. Он отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе. RAMDAC преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от видеопамяти, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующие электронные пушки трубки монитора -- красную, зеленую и синюю. Помимо цифроаналоговых преобразователей для каждого цветового канала (красного, зеленого, синего), RAMDAC имеет встроенную память для хранения данных о цветовой палитре и т. д. Такие характеристики RAMDAC, как его частота и разрядность, непосредственно также определяют качество изображения.

От частоты зависит, какое максимальное разрешение и при какой частоте кадровой развертки монитора сможет поддерживать видеоконтроллер. Разрядность определяет, сколько цветов может поддерживать видеоконтроллер. Наиболее распространено 8-битное представление характеристики пиксела на каждый цветовой канал монитора (суммарная разрядность 24).

В видеоконтроллере имеются микросхемы ПЗУ двух типов:

* содержащие видео BIOS -- базовую систему ввода-вывода, используемую центральным процессором для первоначального запуска видеоконтроллера;

* содержащие сменные матрицы знаков, выводимых на экран монитора.

Многие видеокарты имеют электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись информации пользователем под управлением специального драйвера, часто поставляемого вместе с видеоадаптером. Таким образом, можно обновлять и видео BIOS, и экранные шрифты.

*основные характеристики видеоконтроллера:

* режимы работы (текстовый и графический);

* воспроизведение цветов (монохромный и цветной);

* число цветов или число полутонов (монохромный);

* разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселов по горизонтали и вертикали);

* емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц -- это число запоминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе);

* размер матрицы символа (количество пикселов в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора);

* разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной и т. д.

Общепринятый стандарт формируют следующие видеоконтроллеры:

* Hercules -- монохромный графический адаптер;

* MDA -- монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter);

* MGA -- монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter);

* CGA -- цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter);

* EGA -- улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter);

* VGA -- видеографический адаптер (Video Graphics Adapter), иногда его называют видеографической матрицей (Video Graphics Array);

* SVGA -- улучшенный видеографический адаптер (Super VGA);

* PGA -- профессиональный графический адаптер (Professional GA).

В настоящее время практически используются видеоконтроллеры только типа SVGA.

Современные SVGA-видеоконтроллеры поддерживают разрешение до 2048 х 1536, число цветовых оттенков более 16,7 млн (наиболее продвинутые 32-разрядные -- более 33 млн), имеют емкость видеобуфера до 64 Мбайт.

Видеоконтроллер устанавливается на материнской плате как видеокарта в свободный разъем AGP или PCI. Некоторые видеокарты имеют вход для подключения телевизионной антенны (TV-in) и тюнер, то есть позволяют через ПК просматривать телепередачи, видеофильмы с видеомагнитофона и видеокамеры; ряд видеокарт имеют разъем для подключения телевизора (TV-out), для просмотра видео.

Плата видеозахвата

Плата видеозахвата (video grabber, видеограббер) выполняет захват кадров видео, их преобразование (в то числе и оцифровку) и запись в память компьютера.

Платы видеозахвата бывают двух типов:

* грабберы кадров (frame grabber) предназначены для захвата неподвижных изображений;

* платы захвата (capture board) могут захватывать целые видеофильмы. Они позволяют получать с видеокамеры или видеомагнитофона, а при наличии тюнера и с антенны отдельные телевизионные кадры и их связанные последовательности для дальнейшей обработки в компьютере и вывода на принтер или обратно на видео.

При оцифровке видеосигнала формируются огромные массивы информации. Поэтому возникают серьезные проблемы с динамикой процесса, ибо для пересылки одного 256-цветного полноэкранного изображения с разрешающей способностью 1024 х 760 пикселов необходимо передать около 1 Мбайт данных, что может потребовать до 10 с и более. Даже при слабом разрешении 640 х 480 пикселов объем данных все равно велик -- чуть меньше 0,5 Мбайт.

В связи с этим размеры кадров платами видеозахвата уменьшаются: например, при разрешающей способности всего экрана 640 х 480 кадр имеет размер 80 х 60,160 х 120 (одна шестнадцатая часть экрана, используемая обычно для видео в среде Windows 98), 240 х 180 или 320 х 240 (в пикселах). Существуют высококачественные платы (Creativ Lab Video Blaster и т. д.), которые могут воспроизводить видеокадры в полный экран, но и они, как правило, не могут осуществлять полноэкранный захват.

Ввиду большого объема видеофайлов, они при передаче и записи в память сжимаются (выполняется компрессия видеоданных); при воспроизведении картинки выполняется обратная процедура -- декомпрессия. В настоящее время существует несколько методов сжатия данных, реализуемых как программно, так и аппаратно. Средства сжатия данных обычно называют КОДЕКами (CODEC -- Compressor-DECompressor). Широкое распространение получили, например КОДЕКи: Motion JPEG-INDEO, Cinepak и т. д.

Платы видеозахвата второго типа, несмотря на указанные трудности, открывают широкие перспективы по созданию и обработке динамических изображений в реальном масштабе времени -- живого видео.

Видеотерминальные устройства

Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы -- это внешние устройства ПК. Видеомонитор, дисплей или просто монитор -- устройство визуализации информации на экране. В стационарных ПК пока еще чаще всего информация визуализируется на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в портативных ПК -- на плоских индикаторах. Видеоконтроллер предназначен для преобразования данных в сигнал, отображаемый монитором, и для управления работой монитора.

Видеомониторы на базе ЭЛТ

В состав монитора входят:

* электронно-лучевая трубка;

* блок разверток;

* видео усилитель;

* блок питания и т. д.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, CRT, Cathode Ray Tube, катодно-лучевая трубка) представляет собой запаянную вакуумную стеклянную колбу, дно (экран) которой покрыто слоем люминофора, а в горловине установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью формирующей и отклоняющей систем поток электронов модулируется для отображения нужного символа и направляется на нужное место экрана. Энергия, выделяемая попадающими на люминофор электронами, заставляет его светиться. Светящиеся точки люминрфора формируют изображение, воспринимаемое визуально.

В компьютерах применяются монохромные и цветные мониторы.

Монохромные мониторы

Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отобразить десятки оттенков «серого цвета», менее вредны для здоровья человека. Поэтому многие профессиональные программисты предпочитают именно их.

Наибольшую разрешающую способность с хорошей передачей полутонов из применяемых в настоящее время мониторов имеют монохромные композитные мониторы с черно-белым изображением типа «paper white» (используемые часто в настольных издательских системах); их разрешающая способность при совместной работе с хорошим видеоадаптером превышает 1600 х 1200 пикселов.

Цветные мониторы

В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах. Каждая пушка отвечает за один из трех основных цветов: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), путем смешивания которых создаются все остальные цвета и цветовые оттенки, вплоть до 16 млн разных оттенков, предусмотренных стандартом True Color. Люминофор цветной трубки содержит мелкие группы точек, в каждой из которых имеются три вида элементов (отсюда и название группы из люминофорных элементов -- триады), светящихся этими основными цветами, а поток электронов от каждой электронной пушки направляется на соответствующие группы точек. Такие мониторы иногда называют RGB-мониторами, по первым буквам названия основных цветов, формирующих спектр.

Электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия, используется специальная маска, структура которой зависит от типа кинескопов разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения.

ЭЛТ можно разбить на два класса:

с дельтаобразным расположением электронных пушек;

с планарным расположением электронных пушек.

Часто ЭЛТ (трубки) с планарным расположением электронных пушек называют также ЭЛТ с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля земли на три планарно расположенных луча практически одинаково, и при изменении положения трубки относительно этого поля не требуется производить дополнительные регулировки. В этих трубках применяются маски двух типов:

* «Shadow Mask» (теневая маска);

* «Slot Mask» (щелевая маска).

Теневая маска -- это самый распространенный тип масок для CRT-мониторов. Теневая маска состоит из металлической сетки перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке обеспечивают точное попадание луча только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется dot pitch (шаг точки). Теневая маска применяется во многих современных мониторах, в частности фирм Hitachi, Panasonic, Daewoo, LG, Nokia, ViewSonic.

Щелевая маска состоит из параллельных металлических проводников перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Щели между проводниками обеспечивают точное попадание луча на требуемые полосы экрана. Люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы фактически разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch (щелевой шаг). Щелевая маска используется, помимо мониторов фирмы NEC (разработчика данной технологии), в мониторах фирм Panasonic с плоской трубкой PureFlat и LG с плоской трубкой Flatron.

Фирма Sony разработала плоские трубки с апертурной решеткой (Aperture Grill), которые более известны как трубки Trinitron. Апертурная решетка представляет из себя металлическую решетку из вертикальных линий. Вместо эллиптических ячеек экран содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов трех основных цветов, выстроенных в виде вертикальных полос. Такая система дает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony, а также СТХ, Mitsubishi, ViewSonic, представляет собой тонкую фольгу, на которой прорезаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (в больших мониторах -- на нескольких) проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire.

Минимальное расстояние между двумя одноцветными нитями на экране называется шагом полосы (strip pitch). В качестве цветных мониторов используются также композитные цветные мониторы, обеспечивающие и цвет и графику, но с довольно низкой разрешающей способностью.

RGB-мониторы являются более качественными, обладающими высокой разрешающей способностью и графики и цвета, используют для каждого из основных цветовых сигналов свой провод (в композитных -- все три цветовых сигнала идут по одному проводу). RGB-мониторы работают совместно с цветным графическим контроллером.

Три типа видеомониторов: CD (Color Display), ECD (Enhanced CD) и PGS (Professional Grafics System) определяли стандарт цветных мониторов широкого применения, но в настоящее время заслуживают внимания только последние из них.

Видеомониторы на плоских панелях

Видеомониторы на плоских панелях (ВМПП) весьма разнообразны. Сейчас применяются:

* мониторы на жидкокристаллических индикаторах (LCD - Liquid Cristal Display);

* плазменные мониторы (PDP - Plasma Display Panels);

* электролюминесцентные мониторы (FED - Field Emission Display);

* самоизлучающие мониторы (LEP - Light Emission Plastics).

монитр видеотехнология компьютерный звуковой

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Насладитесь плоским экраном

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт).Время идет, цены падают, а ЖК мониторы становятся все лучше и лучше. Теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ-мониторов на жидкокристаллические. Раньше жидкокристаллические технологии были медленнее, они не были настолько эффективными, и их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает множество черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как ЖК технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. Отметим, что на ЭЛТ-мониторах при плохом сведении лучей пиксели, из которых состоит изображение, размываются.

Существует два вида ЖК мониторов:

DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием)

TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Как работает ЖК монитор

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Почему именно ЖК

Жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы.

Сравните 15-дюймовый ЭЛТ-монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг. Преимущества таких мониторов понятны. Они не такие громоздкие, не имеют проблем с фокусировкой, а их четкость облегчает работу на высоких разрешениях экрана, пусть даже его размер не так велик. Например, даже 17-дюймовый жидкокристаллический монитор прекрасно показывает в разрешении 1280х1024, тогда как даже для 18-дюймовых ЭЛТ-мониторов это предел. К тому же, в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК - цифровые. Это означает, что графической карте с цифровым выходом не придется производить цифроаналоговые преобразования, какие она производит в случае с ЭЛТ-монитором. Теоретически, это позволяет более тщательно передавать информацию о цвете и о местоположении пикселя. В то же время, если подключать ЖК монитор к стандартному аналоговому VGA выходу, придется проводить аналого-цифровые преобразования (ведь ЖК-панели - это цифровые устройства). При этом могут возникнуть различные нежелательные артефакты. Теперь, когда приняты соответствующие стандарты и все большее количество карт обеспечивается цифровыми выходами, ситуация значительно упростится.

Преимущества ЖК мониторов

ЖК мониторы более экономичные;

нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;

не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;

легкие и не такие объемные;

большая видимая область экрана.

Среди других отличий:

Разрешение: ЭЛТ-мониторы могут работать на нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, когда ЖК монитор может работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768 при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Измерение диагонали: размер диагонали видимой области ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ-мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора более дюйма.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

...