Адаптеры для мультимедийных систем

В специализированных и мультимедийных ПК видеоподсистема бывает дополнена разнообразными устройствами: графическими акселераторами и сопроцессорами, разгружающими центральный процессор и шины; аппаратурными MPEG-декомпрессорами (плеерами) для воспроизведения видеоинформации; цифровыми камерами и устройствами видеозахвата, применяемыми для видеозаписи и др.

Самая старая архитектура видеоадаптеров называется структурой с сохранением кадра изображения (frame-buffer technology). Она предполагает методику построения изображения, при которой видеоадаптер отвечает только за хранение и регенерацию статического кадра изображения. Сам же кадр строится исключительно усилиями программы и центрального процессора компьютера. Естественно, при таком подходе на центральный процессор ложится огромная нагрузка, поскольку он должен практически полностью управлять построением всех деталей изображения.

Для компьютеров, ориентированных на широкое использование графики применяется специализированный графический сопроцессор. Такая архитектура предполагает включение в состав видеоадаптера собственного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения. При этом центральный процессор почти полностью освобождается для выполнения рутинных задач обработки графики (например пересчет координат точек при поворотах и т.п.).

Существует промежуточный вариант архитектуры видеоакселератор (accelerator chip) с ограниченным набором функций. Такая архитектура, применяемая во многих видеоадаптерах, представленных на современном компьютерном рынке, предполагает, что электронные схемы видеоадаптера решают алгоритмически простые, но отнимающие много времени задачи. В частности, электронные схемы видеоадаптера выполняют построение графических примитивов — прямых линий, окружностей и т.п., а за центральным процессором компьютера остается конструирование изображения, разложение его на составляющие и пересылка в видеоадаптер инструкций на прорисовку элементов (линий и т.п.).

В современных графических системах применяется также процессоры трехмерной графики (3D-графики), они используются практически во всех видеоадаптерах, ориентированных на компьютерные игры, а также в большинстве наиболее распространенных видеоплат.

В мультимедийных системах особо важно обеспечить высокую пропускную способность шины процессор – видепамять. Современное системное новшество в области разработки шин — ускоренный графический порт (AGP). Это специально выделенная видеошина, разработанная Intel. Шина имеет максимальную пропускную способность, в четыре раза большую, чем у сопоставимой шины PCI. По существу, AGP является расширением шины PCI, причем предназначена она для использования только с видеоадаптерами. Указанная шина предоставляет им высокоскоростной доступ к оперативной памяти компьютера.

Кроме соответствующих файлов ПК носителями мультимедийной информации являются телевизионные и видеосигналы (последние получаются после детектирования телесигнала). Эти сигналы стандартизованы: NTSC (США, Япония); PAL, SECAM (Европа). Но они существенно отличаются от тех, что используемых в компьютерах.

Для их обработки и формирования требуются специальные устройства, которые выпускаются либо как встраиваемые платы, либо как отдельные устройства. По функциональному признаку они делятся на устройства формирования видеосигнала и устройства захвата изображения, либо совмещающие обе функции.

Устройства формирования видеосигнала. Такие устройства называются конверторами (TV-адаптерами). С помощью конвертеров VGA/NTSC можно просматривать созданные компьютером изображения на обычном телевизоре и записывать на видеомагнитофон. Конвертеры выпускаются либо как встраиваемые платы, либо как отдельные устройства. Такие внешние устройства не заменяют видеоадаптер, а подключаются к нему извне с помощью кабеля.

Устройства захвата изображения (видеозахвата). Источниками изображений могут быть телевизионные приемники, видеомагнитофоны и видеокамеры. Большинство из них использует аналоговые сигналы. Для работы с ними и создаются устройства захвата изображений. Основная задача, которую решает такое устройство – оцифровка аналогового сигнала и преобразование его к виду, необходимому для вывода на монитор или сохранения на диске. С помощью таких устройств можно просматривать изображения на мониторе, сохранить отдельные кадры для дальнейшего просмотра и редактирования, сохранять в файле " живое видео". Качество изображения довольно высокое, хотя и ограничено входным сигналом. Перехваченное изображение можно обработать в приложениях, редактировать, конвертировать файлы, вырезать фрагменты и пр.

Для получения изображения с цифровых источников (видеокамер) они оснащаются специальными разъемами (например, IEEE-1394, i.Link/FireWire), которые позволяют передать высококачественный цифровой видеосигнал непосредственно на компьютер, без необходимости выполнения аналого-цифрового преобразования.

Поскольку файлы с телепрограммами (и изображениями) занимают на диске очень много места, их следует сжимать. Сжатие используется при обработке как видео-, так и аудиоинформации. Сжатый файл занимает меньше места на диске, а кроме того, благодаря меньшему объему данных он проще в обработке. При воспроизведении файл распаковывается.

Существует два вида систем сжатия: с использованием аппаратных средств и с использованием только программных методов (аппаратно-независимые). Быстродействие первых обычно выше, но их применение связано с установкой дополнительных устройств (встраивается в платы видеозахвата или TV-тюнеры). Вторые представляют собой набор специализированных программ для сжатия и воспроизведения файлов, но их скорость ниже. Существует несколько основных алгоритма работы систем сжатия. Наибольшее распространение получили два.

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Изначально этот алгоритм был разработан для неподвижных изображений, но впоследствии оказалось, что он подходит для сжатия со скоростью, соответствующей телевизионной развертке (30 кадров в секунду). Согласно алгоритму JPEG исходный сигнал преобразуется в последовательность неподвижных изображений, которые затем можно отредактировать. При сжатии происходит частичная потеря информации. Избыточные данные из каждого кадра удаляются (внутрикадровое сжатие). Средняя степень сжатия — 30: 1 (от 20: 1 до 40: 1).

MPEG (Motion Pictures Experts Group). При этом скорость и качество изображения остаются высокими. При межкадровом сжатии записываются только различия между двумя последовательными кадрами (приращения — положительные или отрицательные).

Таким образом при воспроизведении или записи изображения на специализированном компьютере для мультимедиа понадобятся дополнительные программные и аппаратные средства. Видеоплата для преобразования изображений в цифровую форму, сжатия и воспроизведения больших видеофайлов и пакет программ для обработки изображений, например, QuickTime или Video for Windows. В качестве источников изображения может использоваться видеокамера, видеомагнитофон, TV-тюнер или лазерный проигрыватель.