Реферат: Автоматизированные системы обработки информации и управления

Упорядочить состояние дел в этой сфере трудно еще и потому, что видеосигналы, используемые в качестве источника для дискретизации, имеют различные системы кодирования цвета и различные параметры сигналов синхронизации. Общим является лишь то, что в качестве источника видео - сигнала всегда выступает аналоговое устройство – телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокамера и т. п.

Цифровое видео – новой вид искусства. Но чтобы им заниматься на PC, необходимы специальные аппаратные средства. Видеозапись до сих пор ос тается аналоговой, поэтому перед тем, как вы сможете сделать хоть что-нибудь с видеофрагментом, вы должны его оцифровать.

Для этого нужны карты ввода/вывода, принимающие входящий аналоговый видеосигнал и оцифровывающие его в реальном времени, затем эти данные надо сохранить на жестком диске. Для этого необходимы накопители, обеспечивающие скорость чтения 3–9 Мбит/с, как правило, с интерфейсом SCSI.

Как только видео оцифровано и сохранено, можно приступать к редактированию и наложению эффектов, но огромный объем данных означает, что процесс создания окончательной версии видеофрагмента высокого качества будет очень медленным.

Работа с цифровым видео сродни работе с цифровыми изображениями или звуком: оригиналы могут быть многократно использованы, клипы в электронном виде могут храниться длительное время в отличие от аналогового видео на магнитной ленте или кинопленке. А главное, целый ряд дополни тельных возможностей становится доступным, как только данные попадают в компьютер.

В настоящее время применяются два способа формирования изображения на экране монитора: построчная и чересстрочная развертки. В телевизионной технике используется чересстрочный способ, когда за первый цикл сканирования электронным лучом экрана формируется изображение нечетных строк, а за второй – четных. В результате чего полный кадр изображения формируется из двух полукадров (полей), т. е. 625 строк развертываются за 1/25 с (при частоте полей 50 Гц для систем PAL и SECAM). Применение такого способа формирования телевизионного изображения обусловлено необходимостью сужения спектра телевизионного сигнала. Однако чересстрочность развертки приводит к заметному мерцанию изображения, даже несмотря на инерционные свойства человеческого глаза и относительно высокую частоту полей (50/60 Гц).

Разрешение графических карт стандарта VGA: 640х480, 800жб00, 1024х600 и 1024х768 точек. В телевидении существуют свои стандарты. Задумывались ли вы, почему при демонстрации американских фильмов по европейскому телевидению изображение заполняет не весь экран по вертикали, а сверху и снизу видны темные полосы. Это связано с тем, что американская система цветного телевидения NTSC (National Ю System Commile) предусматривает только 525 строк и кадровую частоту 60 Гц, а в Европе принята система PAL (Phase Alternation Line) 625 строк и частота кадров 50 Гц. Телевидение будущего – HDTV (High Definition Television) – использовать совсем другое раз решение. Здесь размер изображения имеет соотношение ширины к высоте 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).

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 буфера памяти	Кодировка	Байт/элемент изображения	Число цветов	Организация памяти	Размер кадра
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

4.1.8. 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)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23