<<
>>

Мультимедийные устройства ввода-вывода

К мультимедийным устройствам ввода-вывода относятся устройства ввода, устройства вывода, устройства ввода-вывода и преобразователи информации.

К устройствам ввода информации относятся устройства управления курсором, сканеры, устройства ввода акустических сигналов, цифровые фото- и видеокамеры, ТУ- устройства ввода.

Устройства управления курсором включают в себя световое перо, мышь, джойстик, кот, и др.

Они используются для перемещения курсора по экрану и для отметки позиции, в которой находится курсор.

Световое перо - это стержень, в торце которого находится приемник светового излучения (например, фотодиод), который фиксирует яркость точки, находящейся напротив него на экране. На стержне есть кнопка, нажатие которой является сигналом для считывания яркости точки экрана, к которой прижато перо. Нажатие на кнопку происходит значительно медленнее, чем движение луча по экрану: он успевает «засветить» считываемую точку. Вспышка на экране фиксируется фотодиодом и через кабель поступает в ЭВМ, которая сопоставляет момент возникновения вспышки с текущими координатами электронного луча.

Световое перо можно провести по экрану - тогда будет отмечена серия точек экрана, по которым перемещалось перо. Такое использование светового пера позволяет снимать информацию с экрана, а затем программным путем дать трактовку полученных сигналов. С его помощью можно так же указать на какую-то область экрана, например, при выборе пункта меню, выведенного на экран, можно рисовать на экране, стирать линии или зоны экрана.

Мышь по функциям аналогична световому перу. Конструктивно она выполнена в виде коробочки, связанной кабелем с ЭВМ. При перемещении мыши по коврику, лежащему на столе, выступающий с нижнего конца коробочки шарик вращает потенциометры, углы поворота которых характеризуют положение мыши на коврике.

Это положение отображается на экране курсором. Угол поворота потенциометра (измеряемый его сопротивлением), является аналоговой величиной. При вводе в ЭВМ считанные с мыши значения сопротивлений оцифровываются, и по полученным цифрам определяются координаты курсора на экране. Оцифровка производится программно-аппаратным путем с помощью драйвера мыши. Кроме аналоговых мышей, существуют дискретные (цифровые) мыши. В них вместо потенциометров используются цифровые барабаны с отверстиями по образующей. Внутри барабана расположена лампочка, снаружи - приемник света (фотодиод). При перемещении мыши барабан вращается, а фотодиод фиксирует количество световых вспышек, по которым и определяется степень перемещения мыши.

Джойстик работает по принципу мыши. Конструктивно он представляет собой неподвижную коробочку, связанную кабелем с ЭВМ, из которой выступает ручка с одной или несколькими кнопками. Перемещение ручки относительно коробочки приводит к изменению углов поворота потенциометров. Так же, как и мыши, джойстики бывают аналоговые и дискретные. Функциональные возможности у них те же, что и у светового пера.

Кот отличается от мыши тем, что у него не коробочка, а коврик связан с ЭВМ кабелем. На коврик нанесена сетка из горизонтальных и вертикальных проводников. В корпусе кота есть металлический контакт, замыкающий вертикальные и горизонтальные линии, чем и определяется положение курсора на экране. В отличие от мыши, кот нельзя перенести в другую часть коврика, не изменив положения курсора на экране, так как положение курсора жестко связано с размещением корпуса кота на коврике.

Сканеры - это устройства ввода в ЭВМ графической информации. Введенная информация представляется в ЭВМ в виде цветных точек различной интенсивности. При вводе текста, он так же отображается в графическом виде. Для обработки его текстовым редактором необходимо преобразование введенного текста из графического в символьный вид, что связано с выполнением операции распознавания, в результате которой в памяти ЭВМ сохраняется не графическое изображение введенных символов, а их коды (ASCII, Windows1251, Windows1252 или др.).

Распознавание введенных графических объектов осуществляется программами, например такими, как Fine Reader.

Конструктивно сканеры исполняются в виде ручных или стационарных устройств. В стационарных устройствах считываемый документ может перемещаться относительно считывающего устройства или быть неподвижным - тогда изображение с документа считывается при его сканировании с помощью электронного или лазерного луча. Помимо стандартных сканеров для ЭВМ существуют специальные сканеры для считывания штриховых кодов с упаковок товаров.

Устройства ввода акустических сигналов делятся на устройства ввода музыкальных произведений, звуковых эффектов и речи. Для ввода акустических сигналов любого типа необходимо, чтобы ЭВМ была оснащена звуковой картой. Для ввода звуковых эффектов и речи используются микрофон или магнитофон. Музыкальные произведения могут вводиться с магнитофона, через специальный интерфейс с MIDI-устройств или с клавиатуры ЭВМ. Звуковые эффекты могут создаваться программным путем.

Цифровые фотокамеры своим появлением резко изменили технологию фотографии. Цифровая фотокамера - это обычный фотоаппарат, в котором вместо фотопленки используется электронное устройство. Как и фотоаппараты, цифровые фотокамеры имеют объектив, затвор и диафрагму, используемые для регулировки количества света, попадающего на светочувствительный материал.

Отличительной особенностью цифровых фотокамер является наличие CCD- матрицы, выполняющей функцию фотопленки. CCD-матрица преобразует падающий на нее свет в аналоговый электрический сигнал. Встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) конвертирует его в цифровую форму. Оцифрованное изображение сохраняется в запоминающем устройстве фотокамеры (в памяти).

Память цифровых фотокамер может быть встроенной или выполненной на сменных элементах. В качестве сменных элементов используется карты «PC-card ATA Flash», «SmartMedia», «CompactFlash», «Kodak Picture Card» и др. Например, модель Canon PowerShot 600 использует сменную память «PC-card» объемом 170 Мб, что позволяет сделать либо 800 снимков высокого качества, либо более 5 тысяч снимков низкого качества.

Карты «SmartMedia» и «CompactFlash» обладают меньшей на порядок емкостью.

Многие производители комплектуют свои камеры специальными адаптерами, которые позволяют беспроводную перекачку отснятых файлов в компьютер. Например, компания Fujifilm предлагает Floppy Disk Аdapter FD-A1. Карта памяти «SmartMedia» вставляется в адаптер, а последний - в обычный трехдюймовый дисковод компьютера.

Существуют также PCMCIA-адаптеры, позволяющие работать картам «CompactFlash» напрямую с компьютером посредством установки в PCMCIA Type II Slot.

В качестве сменной памяти для цифровых фотокамер может выступать обычная дискета размером 3.5'' (дискеты использует компания Sony в своих моделях Mavica).

Качество электронных фотографий напрямую зависит от количества элементов (пикселов) CCD-матрицы. Чем больше элементов, тем выше разрешение матрицы и тем точнее цветопередача получаемого изображения. Количество элементов матрицы современных цифровых фотокамер (например, Fujifilm MX-2900 или Olympus C-2500L) может превышать несколько млн. Камеры, содержащие более одного миллиона пикселов, называют мегапиксельными.

Каждый снимок образует файл. В память цифровой фотокамеры фотоснимок записывается в сжатом виде. В цифровых фотокамерах для компрессии используется формат JPEG. Практически любая камера позволяет проводить съемку в нескольких режимах сжатия (mode). При наименьшей степени сжатия размер файлов получается достаточно большим, зато записываемое в память изображение - качественнее. При максимальной степени сжатия размер файлов сокращается, но ухудшается качество изображений.

Цифровая фотокамера Epson Photo-PC 600, например, позволяет снимать в четырех режимах: Standard Mode (разрешение 640x480 пикселей), Fine Mode (1024x768), SuperFine Mode (1024x768) и Panorama Super-Fine Mode (1024x384). При пользовании только встроенной памятью объемом 4 Мб можно, соответственно перечисленным режимам, сделать не менее 48, 16, 6 и 32 фотоснимков.

Поскольку память цифровых фотокамер является перезаписываемой, то пользователь получает возможность контроля и коррекции результатов фотосъемки.

Функция стирания (erase) допускает различные варианты: удаление сразу всех кадров, первого кадра, любого кадра вне зависимости от его местоположения.

Контроль кадров ведется с помощью LCD-дисплея, который выполняет три функции:

- просмотр отснятых фотоснимков;

- отображение экранного меню с набором функций по управлению камерой;

- выполнение роли оптического видоискателя, отражающего реальный будущий

фотоснимок.

Размеры LCD-дисплеев небольшие, чаще всего 1,8-2''.

Полученные фотоснимки перекачиваются на жесткий диск компьютера. Для облегчения работы с изображением к фотокамерам, как правило, прилагается специальное программное обеспечение.

У некоторых моделей может присутствовать вспышка, уровень яркости которой регулируется автоматически (у некоторых моделей допускается и ручное управление). Действие вспышки чаще всего распространяется в пределах 0,5-3 метров.

Некоторые цифровые фотокамеры позволяют записывать звук, как (например, модель Sanyo VCP G-200EX), подключать камеру к телевизору или видеомагнитофону.

Цифровая фотокамера позволяет перестраивать режимы фиксации изображения - можно настроиться на монохромную съемку (поскольку монохромный снимок занимает значительно меньше места на магнитном носителе, чем цветной, в этом режиме можно сделать наибольшее количество снимков без смены носителя). Можно настроить цифровую фотокамеру на фиксацию цветного изображения, при этом указывается количество цветов. Регулируется также разрешающая способность аппарата, что существенно для увеличения сделанного снимка.

С помощью специальных программных средств (таких, как FotoShop) можно редактировать полученные снимки; другими программными средствами можно создавать альбомы, переписывать их на CD ROM, распечатывать на цветном принтере.

Видеокамера представляет собой устройство, преобразующее визуальное изображение в аналоговые электрические сигналы.

Цифровые видеокамеры отличаются от аналоговых. Аналоговая камера пишет изображение и звук на магнитную ленту.

В цифровых видеокамерах запись ведется в цифровом виде.

Основным блоком, воспринимающим изображение в видеокамере является аналог CCD-матрицы, или электронно-лучевой прибор, который по своему устройству напоминает электронно-лучевую трубку: в нем так же имеется катод, анод, сетка, отклоняющая и фокусирующая системы. Электронный луч постоянно перемещается, формируя растровую развертку на специальном экране - мишени. Мишень выполнена из диэлектрической пластинки (например, слюды), с одной стороны которой наклеена металлическая фольга, а с другой стороны напылен серебряно-цезиевый состав. Напыление производится так, что серебряно-цезиевый состав образует отдельные, электрически не связанные между собой пятна очень маленьких размеров (примерно 1000 пятен в строке и 625 строк на пластинке). Каждое такое пятно образует пиксел.

В отличие от ЭЛТ, мишень установлена под углом 45 градусов к падающему на нее потоку электронов. Поток электронов формирует растр на поверхности мишени, покрытой серебряно-цезиевым составом. На ту же поверхность через оптическую систему проецируется изображение.

Пятна серебряно-цезиевого состава с одной стороны мишени и фольга с противоположной ее стороны образуют электрические конденсаторы. При отсутствии изображения (вся мишень затемнена) электронный луч заряжает эти конденсаторы. Когда на мишень попадает изображение, часть серебряно-цезиевых пятен засвечивается. Свет имеет электромагнитную природу: попадая на серебряно-цезиевые вкрапления, он способствует уходу из них электронов, вследствие чего соответствующие конденсаторы разряжаются, причем сила разряда пропорциональна яркости света. При повторном сканировании мишени электронный луч дозаряжает разряженные конденсаторы, в результате чего на противоположной обкладке конденсатора фиксируется возникновение электрического тока, величина которого пропорциональна степени разряда элементарного конденсатора (она в свою очередь зависит от яркости изображения, попавшего на этот пиксел). Сигнал, снятый с фольги на мишени, после усиления является носителем изображения и может быть записан на магнитный носитель или передан на приемник телевизионного изображения.

Поскольку в цифровых видеокамерах используется микропроцессорный комплект, они предлагают большое количество спецэффектов, которые невозможно сделать с помощью аналоговой видеокамеры. Например, цифровое шумоподавление: два смежных кадра помещаются на две страницы видеопамяти и проверяется их корреляция. Те элементы изображения, которые коррелируют друг с другом на обоих кадрах, оставляют, а некоррелирующие удаляют. Таким образом изображение очищается от помех.

Телевизионные (TV) устройства ввода - цифровые и аналоговые - различаются способами записи и воспроизведения. Подключаются они к ЭВМ через дигитайзер, TV- тюнер (например, AVER Media TV Studio, MediaForte TV Vision). Использование таких устройств требует высокой производительности ЭВМ. При недостаточной производительности изображение движется неравномерно, скачками. Чтобы снизить требования к производительности, изображение уменьшают в размерах (вплоть до 1/8 экрана), сокращают количество цветов в изображении, снижают разрешающую способность. Такие видеоизображения часто используются в баннерах Интернет. Сокращение объема изображения (а значит - и требований к производительности аппаратуры) достигается также кодированием со сжатием. При этом облегчается хранение видеопродукции и усложняется воспроизведение, так как для воспроизведения необходимо восстанавливать сжатое изображение. Восстановление может выполняться либо программным путем (с использованием микропроцессора ЭВМ), либо в специальном ускорителе (акселераторе) видео- или TV-карты.

Для систем ввода TV-информации существует еще одна проблема - перекодировка информации, так как TV-сигнал несет информацию об изображении, звуке и синхронизирующих импульсах (определяющих начало кадра и начало строки). А в ЭВМ эти сигналы должны быть разделены, оцифрованы и представлены в формате RGB. Такое перекодирование информации предусматривается в TV устройствах ввода.

В основе восприятия цветного телевидения лежат следующие особенности человеческого зрения:

- глаз имеет ограниченную разрешающую способность: две точки, угловое расстояние между которыми меньше одной минуты, воспринимаются глазом слитно;

- цветовое восприятие человека субъективно: слабый фиолетовый сигнал воспринимается как красный; сильный (яркий) фиолетовый имеет серый оттенок.

Три цветные элементарные точки на экране образуют триаду. Для того, чтобы триада воспринималась как одна точка, угловое расстояние между отдельными точками должно быть меньше одной минуты. При расстоянии от глаза до экрана 1 метр, линейные размеры точек должны составлять доли миллиметра. При диагонали экрана 61 см

общее число триад на экране должно быть около 500000 (это эквивалентно 1000 пиксел при 500 пикселных строках).

Стандарт телевидения - 525 строк на экране. При чересстрочной развертке частота смены полукадров - 50 герц. Для того, чтобы видеосигнал мог перенести каждый элемент кадра (триаду), он должен иметь частоту (£):

где N - число элементов изображения (триад) на экране;

Т - время передачи одного кадра (1/25 сек.);

Тогда,

Это достаточно большая частота, но для передачи видеосигнала от телецентра к телевизионному приемнику необходима радиочастота примерно в 10 раз большая. Поэтому, диапазон частот телевещания охватывает частоты от 48,5 до 230 Мгц.

Несущая частота используется как энергия для переноса информации. Когда на нее накладывается видеосигнал, образуются модулированные радиочастотные колебания.

Сам процесс наложения видеосигнала на несущую частоту называется модуляцией.

Полный телевизионный сигнал должен нести информацию о яркости, о цвете изображения и о звуке. Для получения устойчивого изображения на экране, прорисовка каждого кадра на передающей камере в телецентре и в телевизионном приемнике должна начинаться в одно и то же время, т.е. синхронно. Поэтому полный телевизионный сигнал включает в себя и синхроимпульсы кадровой и строчной развертки.

Устройства вывода информации включают плоттеры, электронные экраны и панели, системы аудиовывода, видеосистемы. При выводе графической информации может применяться вывод двумерного или объемного (трехмерного) изображения. Для вывода объемного изображения находят применение специальные устройства и способы.

Плоттеры предназначены для вывода графической информации на твердый носитель (бумагу). Планшетный плоттер имеет линейку, по которой может перемещаться печатающий механизм. Перемещение линейки сдвигает печатающий механизм по вертикали, а перемещение механизма по линейке сдвигает его по горизонтали. Благодаря этому, можно установить печатающий механизм в любую точку планшета. На планшете крепится лист бумаги. Плоттер может воспроизводить на бумаге очень сложные штриховые изображения, но работает очень медленно. Для управления плоттером разработаны специальные алгоритмические языки.

Плоттеры нашли применение в строительном и машиностроительном черчении, в картографии, в метеорологии. Для работы с ними существуют специальные пакеты прикладных программ.

Электронные экраны и панели предназначены для предъявления выводимой из ЭВМ информации большой аудитории. Простейший демонстрационный экран может быть сделан из поставленных друг на друга телевизоров (при образовании из телевизоров матрицы размером 8x8 выводимая из ЭВМ информация доступна для большой аудито

рии). Телевизионная матрица через блок сопряжения подключается к ЭВМ. Изображение на такую матрицу может выводится фреймами.

Жидкокристаллическая панель, положенная на проекционный аппарат, образует презентер. Иногда такие панели встраиваются в проекционный аппарат.

Ленточные панели и экраны предназначены для вывода изображения «бегущей строкой».

Системы ввода-вывода включают в себя абонентские пункты (сочетание дисплея с клавиатурой и устройством сопряжения с ЭВМ), модемы, сенсорные дисплеи, аудио и видеомагнитофоны. Они служат как для ввода, так и для вывода информации.

Особое место среди них занимают сенсорные дисплеи. Сенсорный дисплей - это устройство, реагирующее на прикосновение. Необычным в нем является способ ввода информации: вместо мыши, джойстика или светового пера используется рука человека, которая изменяет емкость или индуктивность датчиков при перемещении руки по различным зонам экрана дисплея и за счет этого позволяет определить, к какой части экрана прикоснулись. Для реализации такой системы в углах экрана обыкновенного дисплея устанавливаются емкостные или индуктивные датчики, соединенные с ЭВМ. Рука человека изменяет емкость (или индуктивность) по-разному в разных датчиках (их всего 4) в зависимости от места нахождения руки. ЭВМ это учитывает и определяет, на какую зону экрана рука указывает.

Видеомагнитофон - это устройство, воспринимающее высокочастотный телевизионный сигнал для записи его на магнитную ленту. После окончания записи телевизионный сигнал (хранящийся на видеокассете) может быть считан с магнитной ленты и воспроизведен на телевизионном устройстве. Таким образом, видеомагнитофон - это запоминающее устройство, специализирующееся на приеме, записи и воспроизведении динамической видеоинформации.

Для приема высокочастотного телевизионного сигнала служит тюнер - приемник телевизионных сигналов.

Видеомагнитофон - устройство сложное и дорогое. Поэтому среди бытовой телевизионной аппаратуры появились специализированные устройства, выполняющие отдельные функции: плеер - устройство, позволяющее считывать информацию с видеокассеты для воспроизведения на телевизоре; пишущий плеер - устройство, позволяющее записывать видеоизображение с телевизора (который выполняет функцию тюнера) на видеокассету и считывать информацию с видеокассеты для воспроизведения ее на телевизоре.

Помимо приема, записи и считывания видеоинформации видеомагнитофоны могут выполнять дополнительные функции, что расширяет возможности их использования и позволяет реализовать различные видеоэффекты.

К дополнительным функциям относятся:

1) Регулировка скорости и направления протяжки магнитной ленты:

- стандартная скорость - 2,34 см/сек.;

- половинная скорость (long play) - 1,17 см/сек. (позволяет при записи увеличить емкость кассеты в два раза (для кассеты Е-240 - до 8 часов), при воспроизведении реализовать эффект slow motion - замедленного движения);

- ускоренное воспроизведение (fast motion), которое может быть реализовано за счет записи на половинной скорости, а воспроизведения - на стандартной;

- стоп-кадр, который реализуется за счет остановки двигателя перемотки ленты: вращающиеся магнитные головки многократно считывают один и тот же кадр (этот режим называется также «суперпауза»);

- обратное воспроизведение (reverse play).

2) Цифровые эффекты: в видеомагнитофоне может использоваться микропроцессорное управление, производиться оцифровка видеосигнала, использоваться цифровая память для хранения в ней нескольких кадров. Это позволяет реализовать следующие эффекты:

- «картинка в картинке»: на экране телевизора кроме основного выводится один или несколько фоновых кадров. В фоновом кадре может находиться меню для управления видеомагнитофоном или телевизором, или сжатые примерно в 9 раз кадры из других телевизионных программ. Фоновый кадр, называемый также «кадром врезки», может быть выведен в любой части экрана. Есть возможность быстро поменять местами фоновый и основной кадры (эта функция характерна только для видеомагнитофона и не может быть реализована в плеерах);

- воспроизведение стоп-кадров из цифровой видеопамяти (функция удобна для изучения движения, например, в спорте). Экран при этом может быть разбит на несколько частей, в каждой из которых демонстрируется один из последовательных кадров;

- экстраэффекты: мозаика (изменение числа элементов изображения на экране, например, укрупнение пиксел); соляризация (ограничение числа градаций уровня серого);

- цифровое шумоподавление: сопоставляются кадры, записанные на разных страницах цифровой памяти - полезные видеосигналы последовательных кадров коррелируют между собой, тогда, как помехи - нет. Это позволяет очищать изображение от помех.

3) Наложение звука (audio dubbing) позволяет дублировать видеоинформацию, накладывая на нее дополнительное звуковое сопровождение.

4) Поиск по индексу (index search) позволяет наносить на ленту специальные метки и легко находить их в режиме поиска или перемотки.

5) Таймер позволяет программировать видеомагнитофон на запись телепередачи в определенный момент времени (программируется момент начала записи и ее продолжительность).

6) Редактирование вставкой (insert edit) позволяет сделать вставку в ранее записанный сюжет без образования шумов в местах стыков.

В настоящее время существуют практически важные мультимедиа-задачи, которые технически и технологически пока не разрешимы. Приходится вести серьезные научные исследования, разрабатывать новую аппаратуру, новые программные средства, искать новые математические методы и технологические решения. Примером такой задачи является создание хранилища фильмов для Голливуда.

2.5.

<< | >>
Источник: А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы. 2009

Еще по теме Мультимедийные устройства ввода-вывода:

  1. Статья 265-1. Незаконное изготовление ядерного взрывного устройства или устройства, которое рассеивает радиоактивный материал или излучает радиацию
  2. Раздел V. Федеративное устройство
  3. § 6. Государственное устройство
  4. § 37 История вотчинной записки в России. – Явка актов в приказах. – Справка. – Юридическое и финансовое ее значение. – Аналогия нашей формы с западными. – Изменение старой формы при Петре I. – Новый крепостной порядок и новое значение справки и отказа. – Форма нового отказа и ввода во владение
  5. § 2. Форма государственного (территориально-политического) устройства
  6. § 5. Политико-территориальное устройство. Организация власти на местах
  7. § 6. Устройство детей, оставшихся без попечения родителей
  8. Устройство мира
  9. 1.3.4. Устройство помещения
  10. § 1. Понятие и формы государственного устройства
  11. 7.4. Криминалистическое исследование взрывных устройств и взрывчатых веществ, а также следов их применения
  12. Глава 9. Федеративное устройство России
  13. § 6. Политико-территориальное устройство. Областная автономия и местное самоуправление
  14. § 6. Основы политико-территориального устройства
  15. М.Руссинович, Д.Соломон. Внутреннее устройство Microsoft Windows (главы 1–4), 2005
  16. Устройство дульного мира
  17. Устройство дульного мира
  18. Богомазова Г.Н.. Установка и обслуживание программного обеспечения персональных компьютеров, серверов, периферийных устройств и оборудования, 2015
  19. § 5. Административно-территориальное устройство и национальная автономия. Местное управление и самоуправление
  20. Выводы