Технические средства отображения и воспроизведения видеоинформации
Информационные процессы невозможны без средств воспроизведения и отображения информации, которая в системах управления представляется символами и образами.
Воспроизведение информации – регистрация символов на материальном носителе. Средства воспроизведения и отображения информации в основном являются автономными, но могут использоваться как элементы систем.
Отображение информации – представление её в форме, приемлемой для непосредственного восприятия человеком.
Человек воспринимает информацию органами чувств. С точки зрения воспроизведения и отображения информации эффективным является зрительное восприятие. Техническими средствами, решающими эту задачу, являются экраны, мониторы, панели, проекционное и телевизионное оборудование.
Современными проекторы используют для отображения компьютерных и видео данных (мультимедийные проекторы). Малогабаритные, лёгкие, надежные, простые в использовании, они позволяют представлять различную информацию на экранах больших размеров. Их используют:
● в учебном процессе;
● для демонстрации иллюстрационных материала на конференциях и презентациях;
● в работе диспетчерских пультов, центров управления различными объектами военного и гражданского назначения;
● для создания разнообразных тренажеров;
● в шоу-бизнесе и в рекламном деле;
● для создания домашних кинотеатров.
Для обработки и редактирования аналогового изображения, его необходимо оцифровать и ввести в память компьютера. Для этого служат так называемые платы захвата (captureboard, framegrabbers). В качестве источников аналоговых сигналов могут выступать видео- и фотокамеры, оптические диски, а также видеомагнитофоны. Оцифровка аналоговых сигналов порождает огромные массивы данных. Так, преобразованный кадр стандарта NTSC (525 строк) превращается в компьютерное изображение с разрешением, например, 512x482 пикселей. Если каждая точка представлена 8 битами, то для хранения всей картинки потребуется около 250 Кбайт памяти, причем невысокого качества изображения, так как обеспечивается только 256 различных цветов. Считается, что для адекватной передачи исходного изображения требуется 16 млн. оттенков, поэтому используется 24-битовый формат хранения цветной картинки, а необходимый размер памяти возрастает. Оцифрованный кадр может затем быть изменен, отредактирован обычным графическим редактором, могут быть убраны или добавлены детали, изменены цвета, масштабы, добавлены спецэффекты, типа мозаики, инверсии и т.д.
Возможна покадровая обработка исходного изображения и вывод обратно на видеопленку для создания псевдореалистического мультфильма.
Запись последовательности кадров в цифровом виде требует от компьютера больших объёмов внешней памяти: частота кадров в американском ТВ-стандарте NTSC – 30 кадров/с (PAL, SECAM – 25 кадров/с). Для запоминания одной секунды полно цветного полноэкранного видеоизображения требуется 20–30 Мб, а оптический диск емкостью 700 Мб вместит полминуты изображения. Но последовательность кадров недостаточно только запомнить, ее надо еще вывести на экран в соответствующем темпе. Подобной скоростью передачи информации – около 30 Мбайт/с – не обладает ни одно из существующих внешних запоминающих устройств. Чтобы выводить на экран компьютера оцифрованное видео, приходится идти на уменьшение объема передаваемых данных, (вывод уменьшенного изображения в небольшом окне, снижение частоты кадровой развертки до 10–15 кадров/с, уменьшение числа бит/пиксель), что, в свою очередь приводит к ухудшению качества изображения.
Более радикально обе проблемы – памяти и пропускной способности решаются с помощью методов сжатия/развертки данных, позволяющих сжимать информацию перед записью на внешнее устройство, а затем считывать и разворачивать в реальном режиме времени при выводе на экран. Для движущихся видео-изображений существующие адаптивные разностные алгоритмы могут сжимать данные с коэффициентом порядка 100:1–160:1, что позволяет разместить на CD-ROM около часа полноценного озвученного видео. Работа этих алгоритмов основана на том, что обычно последующий кадр отличается от предыдущего лишь некоторыми деталями, поэтому, взяв какой-то кадр за базовый, для следующих можно хранить только относительные изменения. При значительных изменениях кадра, например, при монтажной склейке, наезде или панорамировании камеры, автоматически выбирается новый базовый кадр. Для статических изображений коэффициент сжатия, естественно, ниже порядка 20–30:1. Для аудиоданных применяют свои методы компрессии.
Существует симметричная и асимметричная схемы сжатия данных. При асимметричной схеме информация сжимается в автономном режиме (т.е. одна секунда исходного видео сжимается в течение нескольких секунд или даже минут мощными параллельными компьютерами и помещается на внешний носитель, например CD-ROM. На машинах пользователей устанавливаются сравнительно дешевые платы декодирования, обеспечивающие воспроизведение информации мультимедиа в реальном времени. Использование такой схемы увеличивает коэффициент сжатия, улучшает качество изображения, однако пользователь лишен возможности разрабатывать собственные продукты мультимедиа. При симметричной схеме сжатие и развёртка происходят в реальном времени на машине пользователя, благодаря чему за ПК сохраняется их основополагающее достоинство: с их помощью любой пользователь имеет возможность производить собственную продукцию, в том числе и коммерческую, не выходя из дома. Правда, при симметричной схеме несколько падает качество изображения: появляются «смазанные» цвета, картинка как бы расфокусируется.
При использовании специальных видео-адаптеров (видеобластеров) мультимедиа-ПК становятся центром бытовой видео-системы, конкурирующей с самым совершенным телевизором.
Новейшие видеоадаптеры имеют средства связи с источниками телевизионных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии/декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени, т.е. практически мгновенно. Видеоадаптеры имеют быструю видеопамять от 2 до 4 Мбайт и специальные графические ускорители процессоры. Это позволяет получать до 30–50 кадров в секунду и обеспечить вывод подвижных полноэкранных изображений.
С помощью устройства кодер (encoder), компьютерное изображение можно преобразовать в форму ТВ-сигнала и записать на видеопленку. «Настольные видео-студии», являющиеся одним из примеров применения систем мультимедиа, позволяют готовить совмещённые видеокомпьютерные клипы, титры для видеофильмов, помогают при монтаже кинофильмов.