Реферат: Автоматизированные системы обработки информации и управления

Характеристики модуля синтезатора

Основными характеристиками модуля синтезатора звуковой системы являются:

*    Метод синтеза звука;

*    Объем памяти для хранения пат чей;

*    Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;

*    Полифония - максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков.

Примечание:

Полифония определяется числом генераторов синтезатора (реальных или виртуальных).

Метод синтеза

Метод синтеза, использующийся в звуковой системе PC, определяет не только качество звука, но и ее элементный состав. Заметим, что звуковая система PC может содержать несколько синтезаторов.

FM-синтезатор используется практически во всех недорогих звуковых картах. Качество звука при использовании FM - синтезатора получается достаточно приемлемым и в большинстве случаев способно удовлетворить запросы неискушенных пользователей. Для карт с FM-синтезаторами полифония обычно составляет 20 голосов. Звуковые эффекты не реализуются.

В случае WT-синтеза звук генерируется с высоким качеством. При этом звуковая подсистема должна содержать специальный WT-синтезатор.

4.1.6. Объем памяти

На звуковых картах с WT-синтезатором устанавливаются элементы памяти (ROM) для хранения банков с инструментами. Объем памяти WT-синтеза-тора может быть изменен за счет установки дополнительных модулей памяти (Рис. 4.1.9). Тип и количество элементов памяти (RAM или ROM) зависит от конкретной модели звуковой карты.

Рис. 4.1.9. Дополнительные модули памяти на звуковой карте с WT- синтезатором

Увеличив объем памяти, звуковой карты, вы можете загружать дополнительные банки инструментов, использовать более качественные патчи (большего объема), а также редактировать существующие или создавать новые. Большинство игр для PC используют набор стандартных инструментов (General MIDI) поэтому увеличение объема памяти отразится на качестве звукового сопровождения игры только в том случае, если эта игра использует собственные инструменты. А вот звучание MIDI-фаилов после загрузки нового банка инструментов может измениться кардинально – как в лучшую, так и в худшую сторону.

Звуковые эффекты

Для большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными. При использовании временной задержки фазы или амплитуды сигнала можно получить и другие звуковые эффекты. Обработка исходного сигнала для создания эффекта в большинстве случаев осуществляется специальным эффект - процессором, который может являться самостоятельным элементом (микросхемой) или интегрироваться в состав WT-синте - затора.

В зависимости от уровня сложности обработки сигнала эффект-процессор по-разному создает звуковые эффекты: в одном случае применяется эффект с заранее заданными фиксированными параметрами, в другом – появляется возможность управлять параметрами эффекта, влияющими на тембровую окраску звука.

Различают общие, поканальные и поголосовые эффект - процессоры. Первые обрабатывают звук всех каналов синтезатора одновременно, вторые – звучание отдельных MIDI-каналов, третьи – звучание отдельных голосов синтезатора. Количество и типы эффектов, которые могут быть одновременно применены к различным каналам (голосам), зависит от мощности процессора. Сложные эффекты обычно не могут накладываться на несколько каналов одновременно. Многосекционные процессоры допускают разделение секций между каналами, позволяя задавать либо простые эффекты для многих каналов, либо сложные – для одного-двух. Эффект-процессор может также иметь отдельные секции для каждого голоса. В этом случае возможна регулировка глубины и параметров звукового эффекта каждого голоса отдельно.

Как правило, звуковые данные обрабатываются специализированными методами, требующими большого количества вычислений, что ведет к значительной загрузке CPU и снижению производительности PC в целом. Поэтому, часто для ускорения процессов обработки аудиоданных в состав звуковой системы может дополнительно входить цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP). Ведущими производителями DSP являются такие известные фирмы, как Analog Devices (AD), Texas Instruments (TI), Motorola.

DSP – это специализированный быстродействующий RISC-процессор, используемый для сложной обработки сигналов (звука в том числе) в реальном времени. Он обрабатывает звуковые данные в сотни раз быстрее, чем процессоры общего назначения, поэтому для него не составляет никакого тру да, например, разложить поступающий звук на спектральные компоненты, "вырезать" мелодию нужного музыкального инструмента из фонограммы оркестра, выступить в роли эквалайзера, и т. п.

Так, анализируя спектр по ступающих моно фонических звуковых сигналов, DSP способен выделить звуки, характерные для какого-либо инструмента или группы инструментов, и разместить каждый инструмент в пространстве, тем самым, создавая на стоящий стереоэффект. Эффект-процессор может обрабатывать аудиотреки и MIDI-партии, причем и то и другое с поканальным управлением.

Главное достоинство современных DSP – возможность выполнять функции нескольких устройство звуковой системы одновременно, что позволяет отказаться от ее классической архитектуры. В настоящее время в продаже появились звуковые карты, WT-синтезатор, эффект-процессор и модуль оцифровки которых реализованы программно на базе мощного DSP.

Новая архитектура, прежде всего, увеличивает гибкость системы. Изменяя программу (операционную систему синтезатора), можно изменять структуру синтеза и возможности эффект - процессора. Если возникнет необходимость что-то модифицировать в синтезаторе, устранить ошибку или добавить новую функцию, достаточно переработать программу DSP, а при использовании классической архитектуры пришлось бы заменять микросхему или целиком звуковую карту.

Модуль микшера

Модуль микшера звуковой карты производит:

q  Коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов

q  Регулирование уровня входных и выходных звуковых сигналов

q  Микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала

Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы (Рис. 4.1.10) звуковой системы обычно находятся на задней панели корпуса системного блока:

q  Joy stick/MIDI – для подключения джойстика или MIDI-адаптера

q  Mic in – для подключения микрофона

q  Line In – линейный вход, для подключения любых источников звуковых сигналов

q  Line Out – линейный выход, для подключения любых приемников звуковых сигналов

q  Speaker – для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы

В канале воспроизведения звуковой системы может находиться выходной усилитель мощности, на вход которого поступает сигнал от микшера. Мощность усилителя обычно не превышает 4 Вт на каждый стереоканал. Выход усилителя мощности подключен к внешнему разъему Speaker.

Рис. 4.1.10. Внешние разъемы звуковой системы

На некоторых недорогих звуковых картах на один и тот же внешний разъем может выводиться либо сигнал линейного выхода, либо сигнал от усилителя, а выбор режима работы выхода (Line Out или Speaker) в этом случае осуществляется джамперами на звуковой карте.

Внешние устройства, подключаемые к звуковой карте, изображены на (Рис. 4.1.11).

Рис. 4.1.11. Подключение внешних устройств к звуковой карте

Внешние разъемы звуковой системы Line In, Line Out, Mic In, Speaker представляют собой гнезда (розетки) для стандартного штекерного концентрического соединителя {jack} диаметром 3,5 мм. Штекер может исполняться в двух вариантах: для монофонического (микрофон) или стереофонического (линейный вход и выход) сигнала.

В высококачественных звуковых системах могут использоваться широко распространенные в видеотехнике разъемы типа RCA. Этот разъем, иногда называемый "колокольчиком", представляет собой концентрический соединитель с диаметром центрального контакта 3,2 мм. Для передачи стереофонического сигнала используются два гнезда RCA.

Внутри системного блока звуковая система может быть оборудована дополнительными разъемами для подключения:

·     Дочерних плат (Wave Table Connector)

·     Цифровых звуковых устройств (S/PDIF)

·     Привода CD-ROM

·     Звукового выхода привода CD-ROM (CD Audio)

С помощью специального кабеля внутренний выход привода CD-ROM можно соединить со звуковой подсистемой PC (Рис. 4.1.12). В этом случае CD-ROM будет выступать в роли источника аналоговых звуковых сигналов и подключен к модулю микшера. Разъем CD Audio конструктивно может быть выполнен в одном из трех вариантов: Panasonic, Mitsumi, Sony. Назначение контактов разъема различается для каждого варианта исполнения, по этому при подключении кабеля следует проявить максимум внимания.

Рис. 4.1.12. Подключение привода CD-ROM к звуковой карте

Основные характеристики модуля микшера:

·     Количество микшируемых сигналов в канале записи;

·     Количество микшируемых сигналов в канале воспроизведения;

·     Возможность регулирования уровня сигнала в каждом микшируемом канале;

·     Возможность регулирования уровня суммарного сигнала;

·     Выходная мощность усилителя;

·     Наличие разъемов для подключения внешних и внутренних источников приемников звуковых сигналов;

Управление микшером осуществляется программно средствами Windows или с помощью программы-микшера, входящей в комплект программного обеспечения звуковой карты.

4.1.7. Видео карта. Назначение, состав, и принцип работы по функциональной схеме.

Видео

Мультимедиа не ограничивается только аудио. В области видео развитие техники идет значительно быстрее по сравнению с развитием средств цифровой обработки звука. Сделать обзор существующих методов и средств цифровой обработки видеоизображений гораздо труднее поскольку нет не только стандартов но и каких-либо окончательно сформированных норм.

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

Выбор видеобластера

При выборе видеобластера в первую очередь следует обращать внимание на:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15