Аппаратные средства создания проекта

Для построения мультимедиа системы необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио и видео сигналов в цифровой эквивалент и обратно, видеопроцессоры для преобразования обычных телевизионных сигналов к виду, воспроизводимому электронно лучевой трубкой дисплея, декодеры для взаимного преобразования телевизионных стандартов, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и так далее. Все оборудование отвечающее за звук объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты. Дальше рассматривается подробно и в отдельности об устройстве и характеристиках звуковых карт, видео карт и CD-ROM приводах.

Аппаратные средства мультимедиа:

• · Средства звукозаписи;
• · Звуковоспроизведении;
• · Манипуляторы;
• · Средства «виртуальной реальности» ;
• · Носители информации (CD-ROM);
• · Средства передачи;
• · Средства записи;
• · Обработки изображения;
• · Звуковые карты.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компактдиски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта. Любители игр будут удовлетворены новыми возможностями объемного звучания.

Для звуковых карт IBM совместимых компьютеров прослеживаются следующие тенденции:

Во-первых, для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable) или WT синтез, сигнал полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FM синтезе. Используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, то есть восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты.

В более дешевых платах чаще реализован частотно модулированный синтез с использованием синусоидальным колебаний, что в результате при водит к не совсем точному звучанию инструментов, отражение звука и рева, характерных для последнего поколения игр в игровых залах. Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов. Достигаемые результаты очевидны, музыкальные записи получаются более убедительны, а азартные игроки более впечатлительны.

Во-вторых, это совместимость звуковых карт. За сравнительно не долгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов де-факто на звуковые карты. Так почти все звуковые карты, предназначенные для игр и развлечений, поддерживают совместимость с Adlib и Sound Blaster. Все звуковые карты, ориентированные на бизнесприложения, совместимы обычно с MS Windows Sound Sistem фирмы Microsoft.

В-третьих, одним из компонентов современных звуковых карт стал сигнальный процессор DSP (Digital Signal Processor) к возможности функциональным обязанностям этого устройства можно отнести: распознание речи, трехмерное звучание, WT синтез, сжатие и декомпрессия аудиосигналов. Количество звуковых карт, оснащенных DSP, не так велико. Причина этого то, что такое достаточно мощное устройство помогает только при решении строго определенных задач. Как правило, DSP устройство достаточно дорогое, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах.

В-четвертых, появилась устойчивая тенденция интегрирования функций звуковых карт на системной плате. Несмотря на то что ряд производителей материнских плат уже включают в свои изделия микросхемы для воспроизводства звука, обеспокоиность в рядах поставщиков звуковых карт незаметно.

Потенциальная проблема при использовании встроенных средств обработки звука состоит в ограниченности системных ресурсов IBM PC совместимых компьютеров, а именно в возможности конфликтов по каналам прямого доступа к памяти (DMA).

В-пятых, стремление к более естественному воспроизведению звука заставляет фирмы производителей использовать технологии объемного или трехмерного (3D) звучания.

Самое модное направление в области воспроизведения звука в наши дни предоставляет так называемые объемность звучания. Применение этих эффектов объемного звучания позволяет расширить стереопространство что в свою очередь придает большую глубину ограниченного поля воспроизведения присущем не большим близко расположенным друг к другу колонок.

В-шестых, это подключение приводов CD-ROM. Практически все звуковые карты имеют встроенные интерфейсы для подключения приводов CD-ROM одной или сразу всех трех фирм Sony, Panasonic/Matsushita и Mitsumi. Тем не менее, большинство звуковых карт рассчитано на подключение приводов Sony.

Появились карты и приводы, поддерживающие стандартный интерфейс ATA (IDE), используемый для компьютеров с винчестером.

В седьмых, на картах используется режим DualDMA то есть двойной прямой доступ к памяти. С помощью двух каналов DMA можно реализовать одновременно запись и воспроизведение.

И последние, это устойчивое внедрение звуковых технологий в телекоммуникации. Звуковые карты приобретаются в 90% случаев для игр, из оставшихся 10% для речевого сопровождения мультимедиа программ. В таком случае потребительские качества зависят только от ЦАП (цифро-аналогового преобразователя) и от усилителя звуковой частоты. Еще более важным является совместимость со стандартом Sound Blaster, так как далеко не все программы будут поддерживать менее распространенные стандарты.

В набор Звуковых карт входят драйвера, утилиты, программы записи и воспроизведения звука, средства для подготовки и произведения презентаций, энциклопедий, игр.

Воспроизведение звука.

Современные средства мультимедиа дают качество стереозвука, удовлетворяющее самым придирчивым требованиям HiFi (сокращенно это означает высокую верность воспроизведения). Современные платы синтеза звука способны синтезировать звучание одновременно 20 и более музыкальных инструментов, создавая при этом множество специальных звуковых эффектов — плавное изменение громкости каждого инструмента, вибрацию звуков, их модуляцию по частоте и т. д. Появилась возможность записи звуковых сигналов на магнитные носители ПК в виде файлов и их сложной математической обработки — например, наложения сигналов, фильтрации шумов и т. д.

Сейчас HiFi-звучание неразрывно связано с лазерными аудиодисками (или компакт-дисками CD), использующими цифровые методы кодирования звуковых сигналов.

Тряска, вибрация и магнитные поля — бич граммофонных проигрывателей и магнитофонов — на работу дисковых проигрывателей практически не влияют.

Сигнал фотодиода имеет форму импульсов. Для работы проигрывателя важно лишь наличие или отсутствие импульса — т. е. логический 0 или 1. Оптический диск идеально подходит для создания ПЗУ (ROM) компьютера с огромной емкостью. Но история распорядилась по иному — такой диск был вначале задуман как средство цифровой записи звука для обычных целей HiFiзвуковоспроизведения. И лишь в начале 90-х годов он стал использоваться для записи компьютерных данных и программ в связи с практической реализацией идей мультимедиа.

В основе цифровой записи лежит представление мгновенного значения звукового сигнала его численным значением. Оно дискретное, т. е. выражается целым числом. Звуковой сигнал обычно имеет аналоговое (непрерывное) представление. И чтобы представить его в числовой форме, надо провести дискретизацию сигнала, представив его конечным числом уровней. Для HiFi-звуковоспроизведения в первом приближении хватает 65 536 ступенек цифрового представления мгновенного значения цифрового сигнала. Это означает, что достаточно иметь 16 разрядов аналого-цифрового преобразования звукового сигнала.

Итак, важный параметр звуковых плат мультимедиа (аудиоадаптеров) — разрядность их аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Другой не менее важный параметр — частота квантования.

Манипуляторы.

Простым, удобным и популярным средством для управления компьютером является мышь. Это устройство с проводом по внешнему виду и характеру перемещений действительно похоже на мелкое животное, в честь которого оно названо. Однако в отличие от вредного грызуна компьютерная мышь — весьма полезное устройство ввода информации в компьютер, позволяющее во многих случаях практически полностью заменить громоздкую клавиатуру. И это при том, что мышь имеет всего две-три клавиши, а используют из них обычно одну.

Разнообразные применения мышки основаны на преобразовании направления и скорости перемещения кисти руки в управляющие сигналы. Водит пользователь мышкой по коврику взад-вперёд и вправо-влево, изредка нажимая при этом пальцем на клавишу — а компьютер выполняет задаваемые этими действиями операции. Конечно же, мышь по своей сути — вследствие простоты управления компьютером, чем клавиатура, хотя они и не всегда взаимозаменяемы. Особенно удобно работать мышью с графическими программами и с таблицами. Мышь может иметь две или три кнопки. Чувствительность мыши характеризующей разрешающей способностью. В некоторых ситуациях оказывается удобным работать ножной мышью. Такая мышь представляет собой две педали для ног, одна из которых управляет перемещением курсора, а другая заменяет кнопки. Конечно же, не каждый сможет столь же ловко управляться с ножной мышью, как с ручной. Однако неоспоримым достоинством ножной мыши является то, что она позволяет высвободить руки для более важных занятий. И совсем незаменимой она становится тогда, когда руками невозможно воспользоваться из-за болезни или по другим обстоятельствам.

Существуют не только механические мышки, но и оптические, в которых направление и скорость движения определяется по отражению света от специального коврика. Бывают беспроводные мышки и даже миниатюрные беспроводные мышки, которые при работе одевают на палец как перстень. Шаровой манипулятор выполняет ту же работу, что и мышь. Да и внешне он выглядит как механическая компьютерная мышь, перевёрнутая на спину. Шарик, по которому ездит мышь и который находится у неё внизу, у манипулятора расположен на виду — сверху. Он вмонтирован обычно в корпус компьютера или в клавиатуру. Для управления компьютером этот шарик вращают в разных направлениях пальцами. Рядом с шариком размещены клавиши манипулятора.

Одни люди предпочитают работать мышью, другие — шаровым манипулятором. Манипулятор более точен, чем мышь, поскольку шарик в нём крупнее, да и вращают его более чувствительными пальцами, а не грубой кистью.

Если компьютер используется для игровых и тренажёрных задач, а также в некоторых случаях, то для управления перемещением объекта по экрану удобно пользоваться специальной ручкой, имеющей название джойстик — в буквальном переводе палочка радости. Эта ручка похожа на одну из ручек пилота в кабине самолёта. Впрочем, джойстиком называют не только ручку, но и другие конструктивные варианты устройства со сходными функциями. Придумали даже джойстик, с которым можно работать на весу, похаживая по комнате. Джойстик применяется во многих играх с примитивным сюжетом. Простейший джойстик по принципам действия похож на клавиши. И возможности его близки к возможностям клавиатуры. В такой ситуации опытный пользователь может предпочесть клавиатуру, а новичку более привычным может показаться джойстик. Более интересные возможности открывает джойстик с пропорциональным управлением, при котором скорость перемещения рукоятки джойстика пропорциональна скорости перемещения.

Современные джойстики делят на пять конструктивных вариантов. Они могут быть выполнены в виде самолётной ручки управления или штурвала, а также бывают кнопочными, настольными и комбинированными.

Виртуальная реальность.

Очки виртуальной реальности. Самые ранние — это красно-синие очки. В игровой индустрии применяются они не часто, т.к. игру с самого начала надо делать под них. И, что отрадно, игра не требует мощных систем: отлично идёт на Р 133&16 Мб RAM. Существуют и более сложные очки. Принцип их действия заключается в следующем. На экран выводится изображение для одного глаза в тот момент, когда очки затемняют другой. И, поочередно показывая для каждого глаза свое изображение, очки создают иллюзию трехмерности изображения на экране. Такой тип очков наиболее распространен и прилагается к некоторым видеокартам.

Есть множество других фирм по производству очков виртуальной реальности. При использовании «метода затемнения одного глаза» нужно помнить, что для создания такого изображения необходима вдвое большая частота обновления экрана, т.к. система для каждого глаза обрабатывает отдельную камеру, и для каждого глаза выводится свое, невидимое для другого изображение. Так что, если частота регенерации изображения 80 Гц, то для каждого глаза в отдельности она будет лишь 40 Гц. Для наиболее комфортного использования таких очков надо вставлять частоту около 160−170 Гц.

Виртуальные бинокли. Эти приспособления уже не просто затемняют поочередно глаза, а сами выводят изображения для каждого глаза. Основа биноклей — активные LCD-матрицы с углом обзора 30−60 градусов. Появились они на рынке сравнительно недавно и не успели завоевать доверие у широких масс, и техника еще не достигла нужного уровня для безопасной работы.

VR-шлем (Head-Mounted-Display, HMD). Этот тип устройств наиболее распространен и известен. Принцип действия такой же, как и у биноклей: фиксирование изображения для каждого глаза.

Производство ВР шлемов началось давно. Первый, наиболее известный, обладает разрешением 789×230 (181,470) пикселей, отслеживанием поворотов головы на 45 градусов по вертикали и 360 по горизонтали. Сегодня он стоит $ 600, а СyberFX $ 100. Естественно, они были несовершенны с точки зрения гигиены и качества. Позднее появился несколько улучшенный Vfx3D. Он снабжен 0.7″ активно-матричными ЖК дисплеями, обеспечивающими частоту регенерации 75 Гц в разрешении 640×480, 70 Гц для разрешения 800×600 и 62.5 Гц при разрешении 1024×768. Система отслеживания положения головы имеет чувствительность 0.5° при допустимом 70-градусном отклонении вверх/вниз и 0.1-градусную чувствительность во всей горизонтальной плоскости (360°). Фокус расположен на расстоянии 3.35 метра, что препятствует быстрому утомлению глаз.

• 3D панели. Эти устройства можно сравнить с VR-очками, но с тем отличием, что они одеваются на монитор. При использованием 3D панелей изображение на обычном мониторе обретает глубину, правда есть одно ограничение: диагональ дисплея должна быть 17 или 21 дюйм.
• 3D звук. Существует несколько технологий создания 3D-звука. У Creative это EAX, y Aureal — A3D, y Microsoft это DirectSound3D, реализованный в библиотеках DirectX. Все они позволяют воспроизводить настолько реалистичный звук, что его трудно отличить от настоящего. Поэтому для более глубокого погружения в виртуальные миры все HMD снабжены наушниками. Сейчас ими стали снабжать и некоторые стереоочки.

Трехмерный звук заставляет воспринимать игру по-другому. Ощущения становятся реалистичными, эти голоса и выстрелы в тоннелях и трубах меняются при выходе на открытые пространства, переливаются на ветру… в общем лучше один раз услышать, чем сто раз прочитать.

VR — перчатки. Пока что перчатки для виртуальной реальности не заняли таких прочных позиций, как некоторые очки. Их технологии еще слишком дороги для развлечений, хотя и могут быт доступны в некоторых виртуальных залах от Electronic Visualization Lab. Хотя чаще всего они используются не для игр.

Отслеживать движения пальцев им помогает сложная система эластичных световодов и пара десятков датчиков. Как только палец начинает сгибаться, световод сужает просвет, а датчики улавливливают падение интенсивности света на каком-либо участке. Адекватно этим изменениям ведет себя кисть в виртуальном пространстве. Естественно, эта технология разработана больше для научных исследований, нежели для игр.

Есть и технология с механическими датчиками, но она тяжела и несовершенна.

Датчики кисти. Помимо перчаток существуют и другие устройства слежения за перемещениями кисти. В самые простые встроен только position tracker, отслеживающий перемещения небольшого кубика, который нужно держать в одной из рук. По сравнению с остальной продукцией это устройство стоит дешево-от 20 до 40 долларов.

VR-костюм. Самым полным набором оборудования для виртуальной реальности является виртуальный костюм. Он состоит из обтягивающего комбинезона со множеством магнитных сенсоров, которые отслеживают движения всех частей тела. К нему добавляется HMD, датчик кисти (реже перчатка) и провода для присоединения всего этого к компьютеру. Тогда уж точно будет полный комплект ощущений.

Перспективные устройства. В лекции не рассмотрены устройства имитации обоняния и вкуса. Насчет последнего не знаю, а вот примитивное устройство имитации обоняния уже известно. Оно состоит из системы химических аэрозолей, смешивающихся при необходимости. У подопытных сперва было ощущение восторга, а потом совсем не было ощущений. Дело в том, что химический состав баллончиков не безвреден — он притупляет чувствительность нашего носа. Поэтому первое время люди, испытавшие на себе это чудо техники, совсем не различали запахи. А создатели даже и предположить не могли о таком побочном эффекте.

Технологии виртуальной реальности сегодня очень быстро развиваются. Сама ВР применяется во многих сферах жизни. Роботы, которыми управляет человек из виртуальной реальности, выполняют опасную или тонкую работу. Для создания игр широко применяется технология Motion Capture, позволяющая «снять» движения с человека и присвоить их трехмерной модели. К примеру, этот метод применялся в некоторых играх, благодаря чему мы можем видеть и крадущегося вора, и танцующих скелетов. Та же технология используется и при оживлении нарисованных персонажей в голливудских фильмах. И наконец, виртуальная реальность может использоваться для развлечений, ведь она помогает представить себя в другой роли и в другом обличии.

Все это заставляет стремительно развиваться VR-технологии. Многие из них стоят больших денег, но кто знает, может быть описанные устройства завтра станут обыденностью, а затем и вовсе вытиснятся новыми.

Лазерные диски, CD-ROM. В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением мультимедиа приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компактдисков CD-ROM. Эти устройства и сами диски, относительно недорогие, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650 Мбайт), поэтому они очень удобны для поставки программ и данных большего объема, например каталогов, энциклопедий, а также обучающихся, демонстрационных и игровых программ. И многие программы полностью или частично поставляются на CD-ROM.

Принцип действия. Как и в компакт-дисках, применяемых в бытовых СD-плейерах, информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве комакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресс-формой. При единичном производстве компакт-дисков (так называемых СD-R дисков) подложка выполняется из золота, а нанесение информации на нее осуществляется лучом лазера. В любом случае сверху от подложки на компакт-диске находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компакт-диск информацию от повреждений.

Хотя по внешнему виду и размеру используемые в компьютерах компакт-диски не отличаются от дисков, применяемых в бытовых СD плейерах, однако компьютерные устройства для чтения компакт-дисков стоят существенно дороже. Это не удивительно, ведь чтение программ и компьютерных данных должно выполняться с гораздо высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение используемых в компьютере компакт-дисков осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности. Использование такой технологии позволяет записывать на компакт-диски очень большой объем информации (650 Мбайт), и обеспечивает высокую надежность информации.

Видеокарты. При смешении сигналов основные проблемы возникают с видео-изображением. Различные ТВ-стандарты, существующие в мире (NTSC, PAL, SE), применение разных мониторов и видеоконтроллеров диктует разнообразие подходов в разрешении возникающих проблем. Однако в любом случае требуется синхронизация двух изображений, для чего служит устройство генлок (genlock). С его помощью на экране монитора могут быть совмещены изображение, сгенерированное компьютером (анимированная или неподвижная графика, текст, титры), и «живое» видео. Если добавить еще одно устройство — кодер (encoder), компьютерное изображение может быть преобразовано в форму ТВ-сигнала и записано на видео.

TV-тюнеры. Эти устройства выполняются обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкордера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств таких как MPEG-плейеры или фреймграбберы.

Некоторые из них имеют встроенные микросхемы для преобразования звука. Ряд тюнеров имеют возможность для вывода телетекста.

MPEG-плейеры. Данные устройства позволяют воспроизводить последовательности видеоизображения (фильмы) записываемых на компактдисках, качеством VNS Скорость потока сжатой информации не превышает обычно 150 Кбайт/с. Основная сложность задачи решаемой MPEG кодером, состоит в определении для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: (I)ntra, (P)redicted и (B)idirectional. Первым MPEGплейерам была плата Reel Magic компании Sigina Desing в 1993 году.