Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников



страница7/11
Дата22.05.2017
Размер0.8 Mb.
Просмотров1417
Скачиваний0
ТипМетодические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

ЗD-мониторы


Одним из направлений получения стереоскопического изображения является использование ЗD-мониторов. Существуют устройства двух типов, которые можно отнести к категории 3D-мониторов:

  • плоскопанельные ЗD-мониторы на основе ЖК-экранов;

  • мониторы на основе ЭЛТ, оборудованные поляризационным ЖК-фильтром.

Плоскопанельные ЗD-мониторы основаны на свойстве избирательности ЖК-мониторов по отношению к поляризации проходящего излучения. Стереопара в таких мониторах создается за счет того, что ЖК-ячейки нечетных строк экрана пропускают свет с одной поляризацией, например, с горизонтальной, а ячейки четных строк — с вертикальной. Нечетные строки растра используются для отображения левой части стереопары, а четные — правой. Наблюдение стереоэффекта производится с помощью пассивных поляризационных очков. Примером устройства, основанного на этом свойстве, служит ЗD-экран ПК типа Notebook Cyberbook.

Для работы с плоскопанельными мониторами другого типа 3D-очки не требуются. Принцип действия этого монитора основан на использовании двух разработок фирмы Sony: так называемого двойного расщепителя изображения и специальной фотодиодной системы слежения за положением головы пользователя. Расщепитель изображения состоит из двух прозрачных пластин, между которыми размещен ЖК-экран. Благодаря этому изображение на ЖК-экране может быть видно только под определенным углом. На экране одновременно отображаются оба элемента стереопары, причем пластины преломляют свет таким образом, что каждый глаз видит только один из элементов стереопары. Чтобы исключить нарушение стереоэффекта, который зависит от угла зрения, при изменении положения головы пользователя, применяется специальная система слежения за положением, в которой в качестве датчиков используется линейка фотодиодов, расположенная над основным экраном. Эта система формирует электрический сигнал, связанный с изменением угла зрения пользователя, под действием которого изменяется коэффициент преломления панелей, обеспечивая устойчивый стереоэффект. Такой принцип действия заложен в основу 15-дюймового ЗD-экрана ЖК-монитора фирмы Sony. Оптимальное расстояние до экрана составляет около 60 см, а максимальное разрешение — 1024x768.

Мониторы с поляризационным фильтром обеспечивают формирование трехмерного изображения с помощью обычного монитора на основе ЭЛТ, оборудованного специальным внешним электронно-управляемым поляризационным фильтром, например, Monitor Zscreen 2000 производства фирмы StereoGraphics. Этот фильтр используется вместе с пассивными поляризационными очками. Фильтром управляют сигналы специального контроллера, подключаемого к выходу видеоадаптера, подобно контроллеру ЗD-очков. Однако, в отличие от активных очков, у фильтра изменяется не прозрачность, а направление поляризации проходящей через него световой волны.

Контроллер управляет фильтром таким образом, что нечетные кадры оказываются поляризованными в одном направлении, а четные — в другом. В свою очередь, одно стекло пассивных очков пропускает свет с одним направлением поляризации, а другое —с другим. В результате один глаз видит только одну часть стереопары, а второй — только вторую.

Таким образом, в фильтре реализован такой же, как и в активных ЗD-очках, затворный метод разделения элементов стереопары. Достоинством данного устройства, по сравнению с активными ЗD-очками, является возможность использования легких и удобных пассивных очков.

ЗD-проекторы предназначены для коллективного просмотра объемных изображений в больших аудиториях. Главными отличиями ЗD-проекторов от мультимедийных являются сложная конструкция оптической системы и наличие специальных поляризационных фильтров (встроенных или внешних), при помощи которых производится селекция элементов стереопары.

Для реализации последовательного метода показа элементов стереопары частота кадров проектора должна быть в два раза выше обычной. Мультимедийные проекторы на основе ЖК-матриц не удовлетворяют этому требованию из-за инерционности молекул ЖК-вещества. Поэтому в качестве источника изображения в ЗD-проекторах применяется электронно-лучевая трубка, экран которой покрыт люминофором, дающим высокую яркость свечения и малое время послесвечения. Высокая яркость изображения, формируемого ЗD-проектором на проекционном экране, обеспечивается использованием трех монохромных ЭЛТ для каждого из основных цветов (R, G, В). На каждой ЭЛТ закреплен индивидуальный объектив. Проектор оснащен сложной электронной системой регистрации. Система автоматически определяет расстояние от проектора до экрана и на основе полученных данных с высокой точностью совмещает три монохромных изображения, проецируемых тремя объективами. ЭЛТ и объектив представляют собой единый конструктивный узел.

Люминофор экрана светится очень ярко, поэтому для предотвращения перегрева экран ЭЛТ охлаждают с помощью специальной жидкости, находящейся между экраном ЭЛТ и линзой объектива. Специальные регулировочные винты служат для ручной юстировки объектива. Примером такого устройства является проектор BARCOGRAPHICS 1209s фирмы BARCO. Проектор способен отображать видеосигнал от различных источников: от видеомагнитофона формата VHS до профессиональных графических стан ций, работающих с разрешением 2500x2000. Высокое разрешение проецируемого изображения связано с отсутствием зернистости люминофора, поскольку в монохромных ЭЛТ, которыми оснащен проектор, используется сплошное люминофорное покрытие. Для создания стереоэффекта при проецировании изображения необходимо обеспечить раздельное наблюдение элементов стереопары левым и правым глазом. Для этого используются один или два проектора и поляризационные очки (активные или пассивные) для каждого зрителя. В зависимости от используемой комбинации такого оборудования различают четыре схемы получения стереоскопической проекции.

Активная схема предполагает использование одного проектора на основе ЭЛТ, выполняющего последовательный показ элементов стереопары, в то время как зрители пользуются беспроводными активными поляризационными очками затворного типа. Пассивная схема строится с помощью одного проектора на основе ЭЛТ с внешним электронно-управляемым поляризационным затвором, последовательно показывающим элементы стереопары с различной поляризацией. Зрители используют пассивные поляризационные очки.

Пассивная схема 2 предполагает использование двух проекторов на основе ЭЛТ, выполняющих одновременный показ элементов стереопары. Каждый проектор оборудован внешним пассивным поляризатором, обеспечивающим различную поляризацию элементов стереопары, а зрители пользуются пассивными очками.

Пассивная схема 3 основана на использовании двух ЖК-проекторов, обеспечивающих одновременный показ элементов стереопары. Зрители пользуются пассивными очками.
Вопросы для самоконтроля:


    1. Устройства формирования объемных изображений: назначение, принцип действия стереоскопа, способы селекции;

    2. VR-шлемы;

    3. 3D- очки;

    4. 3D мониторы;

    5. 3D- проекторы.


Тема 5.5 Видеоадаптеры
Студент должен:
иметь представление:

  • об устройствах отображения информации


знать:

  • типы видеоадаптеров;

  • основные характеристики видеоадаптеров


Видеоадаптеры: назначение, функции и типы. Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики. Выбор видеоадаптера.
Методические указания
Видеоадаптер (видеокарта) является компонентом видеосистемы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. По существу, видеоадаптер выполняет роль интерфейса между компьютером и устройством отображения информации (монитором).

По мере развития ПК видеоадаптеры стали реализовывать аппаратное ускорение 2D- и ЗD-графики, обработку видеосигналов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Современный видеоадаптер, называемый Super VGA (Super Video Graphics Adapter), или SVGA, представляет собой универсальное графическое устройство.

Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеосистемы:

  • максимальное разрешение и максимальное количество отображаемых оттенков цветов;

  • скорости обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и ПК в целом.

Кроме того, в функцию видеоадаптера включается формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемых при формировании растра на экране монитора.

Принцип действия видеоадаптера состоит в следующем.

Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы NxM n-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером.

Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость каждого пиксела на экране монитора пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера.

По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сигнал, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеоадаптером.

Режимы работы видеоадаптера, или видеорежимы, представляют собой совокупность параметров, обеспечиваемых видеоадаптером: разрешение, цветовая палитра, частоты строчной и кадровой развертки, способ адресации участков экрана и др.

Все видеорежимы делятся на графические и текстовые. Причем в различных режимах видеоадаптера используются разные механизмы формирования видеосигнала, а монитор в обоих режимах работает одинаково.

Графический режим является основным режимом работы видеосистемы современного ПК, например под управлением Windows. В графическом режиме на экран монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В графическом режиме в каждой ячейке кадрового буфера (матрицы NxM n-разрядных чисел) содержится код цвета соответствующего пиксела экрана. Разрешение экрана при этом также равно NxM. Адресуемым элементом экрана является минимальный элемент изображения — пиксел. По этой причине графический режим называют также режимом АРА (All Point Addressable — все точки адресуемы). Иногда число п называют глубиной цвета. При этом количество одновременно отображаемых цветов равно 2", а размер кадрового буфера, необходимый для хранения цветного изображения с разрешением NxМ и глубиной цвета п, составляет N*M бит.

В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изображение на экране монитора представляет собой множество пикселов и характеризуется разрешением NхМ.

Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей (Dot Matrix). Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называются передним планом, остальные — задним планом, или фоном. На рис. 4.13 показана символьная матрица 8x8 пикселов. Допустив, что темной клетке соответствует логическая единица, а светлой — логический ноль, каждую строку символьной матрицы представим в виде двоичного числа. Следовательно, графическое изображение символа можно хранить в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется специальное ПЗУ, размещенное на плате ви- деоадаптера. Такое ПЗУ называют аппаратным знакогенератором.

Совокупность изображений 256 символов называется шрифтом. Аппаратный знакогенератор хранит шрифт, который автоматически используется видеоадаптером сразу же после включения компьютера (обычно это буквы английского алфавита и набор специальных символов). Адресом ячейки знакогенератора является порядковый номер символа.

Главная особенность текстового режима в том, что адресуемым элементом экрана является не пиксел, а знакоместо. Иными словами, в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана — можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных символьных позициях.

Другим существенным ограничением текстового режима является узкая цветовая палитра — в данном режиме может быть отображено не более 16 цветов.

Таким образом, в текстовом режиме предоставляется значительно меньше возможностей для отображения информации, чем в графическом. Однако важное преимущество текстового режима — значительно меньшие затраты ресурсов ПК на его реализацию.

Источником видеосигнала чаще всего является аналоговое устройство — телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокамера. Для передачи на компьютер цифрового видео (например, сигнала цифровых видеокамер) используется специальный цифровой порт Fire Wire. Однако цифровые видеокамеры пока не получили широкого распространения. Поэтому для компьютерной обработки сигналов аналоговых видеоустройств необходимо выполнить их оцифровку, т. е. преобразование из аналоговой в цифровую форму. Для этого нужны карты ввода/вывода, принимающие входящий аналоговый видеосигнал и оцифровывающие его в реальном времени, затем эти данные необходимо сохранить на жестком диске. После сохранения оцифрованного изображения выполняют его редактирование. Эти функции осуществляет устройство захвата видеосигнала.

Устройство захвата видеосигнала — видеобластер (VideoBlaster) Представляет собой видеоплату, называемую также захватчикомизображений, устройством ввода видео, ТВ-граббером (Grab ~~ захватывать), имидж-кепчерами (Image Capture — захват изображения), и обеспечивает:

  1. прием низкочастотного видеосигнала (от видеокамеры, магнитофона или телевизионного тюнера) на один из программно-выбираемых видеовходов;

  2. отображение принимаемого видео в реальном времени в масштабируемом окне среды Windows (VGA-монитор можно использовать вместо телевизора);

  3. замораживание кадра оцифрованного видео;

  4. 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.).

Видеодекодер обеспечивает прием сигнала с одного из входов, его оцифровку, цифровое декодирование согласно телевизионному стандарту и передачу полученных YUV-данных видеоконтроллеру.

Видеоконтроллер выполняет организацию потоков оцифрованных данных между элементами видеоплаты, осуществляет необходимые цифровые преобразования данных (например, YUV в RGB, масштабирование), организует их хранение в буфере собственной памяти, пересылку данных по шине компьютера при сохранении на винчестере, а также их передачу цифроаналогово-му преобразователю.

Цифроаналоговый преобразователь совместно с видеоконтроллером участвует в формировании «живого» ТВ-окна на экране монитора, выполняет обратное аналоговое преобразование цифрового захваченного изображения, осуществляет передачу сигнала от видеоадаптера либо RGB-сигнала из буфера памяти на монитор.
Рисунок 9 - Обобщенная структурная схема видеобластера
При выборе карты видеобластера необходимо принимать во внимание его основные показатели:

разрешение кадров в сохраняемом видеопотоке;

возможность и типы аппаратной компрессии (сжатия) видеоинформации в режиме реального времени;

возможность одновременного ввода видео- и звуковой информации.

Наиболее распространены следующие карты видеобластера:

  • массовые карты начального уровня;

  • полупрофессиональные;

  • профессиональные карты начального уровня;

  • профессиональные.

Массовые карты начального уровня способны захватывать и сохранять на жестком диске видеопоток с разрешением кадра, не превышающим 352 х 288 точек, хотя для сохранения отдельных кадров возможно вдвое большее разрешение. Аппаратная компрессия видеоизображения отсутствует, поэтому при работе с такими картами необходимо использовать специальную программу — кодер, позволяющую в реальном времени сжимать видеопоток по алгоритму MPEG-1 или MPEG-2. Звуковой вход в устройствах этого класса отсутствует, что требует отдельной записи звука через вход звуковой карты.

Полупрофессиональные карты обеспечивают разрешение в 768 х 575 точек, соответствующее стандарту для видео в формате PAL; поддерживают самый простой тип аппаратной компрессии видео M-JPEG, позволяющий уменьшить объем, занимаемый оцифрованным фильмом, в 100 раз. Однако звукового входа эти карты не имеют.

Профессиональные карты начального уровня имеют аудиовход, что позволяет одновременно записывать на жесткий диск видео-и звуковое сопровождение; обеспечивают аппаратную компрессию по типу M-JPEG и могут быть использованы не только для ввода, но и для вывода отредактированного видеофильма с ПК на видеомагнитофон. Последнее позволяет хранить фильмы на обычной видеокассете при использовании компьютера как монтажного стола.

Профессиональные карты имеют возможность аппаратного сжатия по алгоритму MPEG-1 или MPEG-2 с уменьшением объема оцифрованного фильма в 200 раз.

Для работы с видео рекомендуется оснастить компьютер SCSI-винчестером с объемом памяти не менее 20 Гбайт.

После редактирования и монтажа видеофильм можно вновь переписать на аналоговую видеокассету, воспользовавшись видео-входом той же карты, либо подвергнуть еще более жесткому сжатию по алгоритму MPEG-4 для последующей записи на CD-R.
Вопросы для самоконтроля:


  1. Видеоадаптеры: назначение, функции и типы;

  2. Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики;

  3. Выбор видеоадаптера;

  4. Устройство захвата видеосигнала — видеобластер.


Практическая работа 7. Видеоадаптеры
Студент должен:
иметь представление:

  • об устройствах отображения информации


знать:

  • типы видеоадаптеров;

  • основные характеристики видеоадаптеров


уметь:

  • конфигурировать видеоадаптеры


Раздел 6. Принципы обработки звуковой информации
Тема 6.1 Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:

  • о звуковой системе ПК


знать:

  • принципы обработки звуковой информации;

  • состав звуковой подсистемы ПК;

  • основные характеристики звуковых плат


Звуковая система ПК. Состав звуковой системы ПК. Принцип работы и технические характеристики звуковых плат. Направления совершенствования звуковой системы. Принцип обработки звуковой информации. Спецификация звуковых систем.
Методические указания
Звуковая система ПК — комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

  • запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;

  • воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);

  • воспроизведение звуковых компакт-дисков;

  • микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;

  • одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex);

  • обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;

  • обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного — 3D-Sound) звучания;

  • генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;

  • управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.
Рисунок 10 - Структура звуковой системы ПК
Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, содержит:

  • модуль записи и воспроизведения звука;

  • модуль синтезатора;

  • модуль интерфейсов;

  • модуль микшера;

  • акустическую систему.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.

Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта
Вопросы для самоконтроля:


  1. Звуковая система ПК;

  2. Состав звуковой системы ПК;

  3. Принцип работы и технические характеристики звуковых плат;

  4. Направления совершенствования звуковой системы;

  5. Принцип обработки звуковой информации;

  6. Спецификация звуковых систем.


Тема 6.2 Модуль интерфейсов обработки звуковой информации
Студент должен:
иметь представление:

  • о звуковой системе ПК


знать:

  • состав звуковой подсистемы ПК;

  • принцип работы модуля записи и воспроизведения;

  • принцип работы модуля синтезатора;

  • принцип работы модуля интерфейсов;

  • принцип работы модуля микшера;

  • организацию работы акустической системы.


Состав звуковой подсистемы ПК. Модуль записи и воспроизведения. Модуля синтезатора. Модуль интерфейсов. Модуль микшера. Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение. Форматы звуковых файлов. Средства распознавания речи.
Методические указания
Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access — канал прямого доступа к памяти).

Запись звука — это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме.

На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования.

Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала.

Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигнала и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рисунке 11 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.
Рисунок 11 - Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала
Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при квантовании зависит от количества разрядов кодового слова.
Рисунок 12 - Дискретизация по времени и квантование по уровню аналогового сигнала квантования амплитуды отсчета.
Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальным электронным устройством — аналого-цифровым преобразователем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелательные высокочастотные помехи, для фильтрации которых полученные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рисунке 12. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.

Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, используют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, приходящихся на один отсчет.
Рисунок 13 - Схема цифроаналогового преобразования
Подобные методы кодирования звуковых данных с использованием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20% первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия — кодеков (кодирование-декодирование), поставляемых вместе с программным обеспечением звуковой карты или входящих в состав операционной системы.

Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения цифрового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую кодеком. Основными характеристиками этого модуля являются: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; способ кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме Full Duplex.

Частота дискретизации определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 — 8 кГц; музыки с невысоким качеством — 20 — 25 кГц; для обеспечения высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стереофонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.

Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит).

Full Duplex (полный дуплекс) — режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое качество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, например, при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.

Модуль синтезатора

Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует рисунке 14.

Синтезирование представляет собой процесс воссоздания структуры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкального инструмента имеет несколько временных фаз. На рисунке 15, а показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии клавиши рояля. Для каждого музыкального инструмента вид сигнала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы: атаку, поддержку и затухание. Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей, форма которой зависит от типа музыкального инструмента. Длительность атаки для разных музыкальных инструментов изменяется от единиц до нескольких десятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой поддержкой, амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота музыкального тона формируется во время поддержки. Последней фазе, затуханию, соответствует участок достаточно быстрого уменьшения амплитуды сигнала.

В современных синтезаторах звук создается следующим образом. Цифровое устройство, использующее один из методов синтеза, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука (ноту), который должен иметь спектральные характеристики, максимально близкие к характеристикам имитируемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как показано на рисунке 15, б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения (хо-рус). Далее производятся цифроаналоговое преобразование и фильтрация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).

Рисунок 15 - Принцип действия современного синтезатора: а — фазы звукового сигнала; 6 — схема синтезатора
Основные характеристики модуля синтезатора:

  1. метод синтеза звука;

  2. объем памяти;

  3. возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;

  4. полифония — максимальное число одновременно воспроизводимых элементов звуков.

Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы. На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, генерирующие звук с использованием следующих методов.

Метод синтеза на основе частотной модуляции (Frequency Modulation SynthesisFM-синтез) предполагает использование для генерации голоса музыкального инструмента как минимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор несущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-модулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генератор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала. FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отличается невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.

Синтез звука на основе таблицы волн (Wave Table SynthesisWT-синтез) производится путем использования предварительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной ROM, выполненной в виде микросхемы памяти или интегрированной в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обеспечивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод синтеза реализован в современных звуковых картах.

Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов памяти (ROM) для хранения банков с инструментами.

Звуковые эффекты формируются с помощью специального эффект процессора, который может быть либо самостоятельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав WT-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными. Синтез звука на основе физического моделирования предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в звуковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использующие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требуется мощный ПК.

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.

Интерфейс PCI обеспечивает широкую полосу пропускания (например, версия 2.1 — более 260 Мбит/с), что позволяет передавать потоки звуковых данных параллельно. Использование шины PCI позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда задачи обработки и передачи данных распределяются между звуковой системой и CPU.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов) регламентируется специальным стандартом, содержащим спецификации на аппаратный интерфейс: типы каналов, кабели, порты, при помощи которых MIDI-устройства подключаются один к другому, а также описание порядка обмена данными — протокола обмена информацией между MIDI-устройствами. В частности, с помощью MIDI-команд можно управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудованием в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Устройства с MIDI-интерфейсом соединяются последовательно, образуя своеобразную MIDI-сеть, которая включает контроллер — управляющее устройство, в качестве которого может быть использован как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а также ведомые устройства (приемники), передающие информацию в контроллер по его запросу. Суммарная длина MIDI-цепочки не ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя MIDI-устройствами не должна превышать 15 метров.

Подключение ПК в MIDI-сеть осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера, который имеет три MIDI-порта: ввода, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для подключения джойстиков.

В состав звуковой карты входит интерфейс для подключения приводов CD-ROM

Модуль микшера

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

  1. коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;

  2. микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

К числу основных характеристик модуля микшера относятся:

  1. число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;

  2. регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале;

  3. регулирование уровня суммарного сигнала;

  4. выходная мощность усилителя;

  5. наличие разъемов для подключения внешних и внутренних
    приемников/источников звуковых сигналов.

Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней панели корпуса системного блока: Joystick/MIDI — для подключения джойстика или MIDI-адаптера; MicIn — для подключения микрофона; LineIn — линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов; LineOut — линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов; Speakerдля подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы.

Программное управление микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты.

Совместимость звуковой системы с одним из стандартов звуковых карт означает, что звуковая система будет обеспечивать качественное воспроизведение звуковых сигналов. Проблемы совместимости особенно важны для DOS-приложений. Каждое из них содержит перечень звуковых карт, на работу с которыми DOS-приложение ориентировано.

Стандарт Sound Blaster поддерживают приложения в виде игр для DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster.

Стандарт Windows Sound System (WSS) фирмы Microsoft включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.

Акустическая система (АС) непосредственно преобразует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта. В состав АС, как правило, входят несколько звуковых колонок, каждая из которых может иметь один или несколько динамиков. Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуковые каналы.

Как правило, принцип действия и внутреннее устройство звуковых колонок бытового назначения и используемых в технических средствах информатизации в составе акустической системы PC практически не различаются.

В основном АС для ПК состоит из двух звуковых колонок, которые обеспечивают воспроизведение стереофонического сигнала. Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик, однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низких частот. При этом современные модели акустических систем позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конструкции корпуса колонок или громкоговорителей.

Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуковой агрегат — сабвуфер (Subwoofer), устанавливаемый под рабочим столом. Такая трехкомпонентная АС для ПК состоит из двух так называемых сателлитных колонок, воспроизводящих средние и высокие частоты (примерно от 150 Гц до 20 кГц), и сабвуфера, воспроизводящего частоты ниже 150 Гц.

Отличительная особенность АС для ПК — возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встроенным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет.

Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание активной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанавливаемого в корпус одной из колонок.

Выходная мощность акустических систем для ПК может изменяться в широком диапазоне и зависит от технических характеристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15 — 20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимости обеспечения хорошей слышимости во время лекции или презентации в большой аудитории возможно использовать одну АС, имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается стоимость.

Основные характеристики АС: полоса воспроизводимых частот, чувствительность, коэффициент гармоник, мощность.

Полоса воспроизводимых частот (FrequencyResponse) — это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты переменного напряжения, подводимого к катушке динамика. Полоса частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40 — 60 Гц. Решить проблему воспроизведения низких частот позволяет использование сабвуфера.

Чувствительность звуковой колонки (Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот.

Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками современных фонограмм 90 — 95 дБ и более. АС с высокой чувствительностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и громкие звуки.

Коэффициент гармоник (Total Harmonic DistortionTHD) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлением в выходном сигнале новых спектральных составляющих. Коэффициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса Hi-Fi этот коэффициент не должен превышать: 1,5% в диапазоне частот 250 — 1000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1000 — 2000 Гц и 1,0 % в диапазоне частот 2000 — 6300 Гц. Чем меньше значение коэффициента гармоник, тем качественнее АС.

Электрическая мощность (Power Handling), которую выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Однако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством воспроизведения звука. Максимальное звуковое давление зависит скорее, от чувствительности, а мощность АС- в основном определяет ее надежность.

Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой мощности акустической системы, которая не всегда отражает реальную мощность системы, поскольку может превышать номинальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических процессов, происходящих при испытаниях АС, значения электрических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для сравнения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими методами испытаний она определена.

Некоторые модели колонок фирмы Microsoft подключаются не к звуковой карте, а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодирование производят небольшой Chipset, установленный в колонках.
Вопросы для самоконтроля:


  1. Состав звуковой подсистемы ПК;

  2. Модуль записи и воспроизведения;

  3. Модуля синтезатора;

  4. Модуль интерфейсов;

  5. Модуль микшера;

  6. Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение;

  7. Форматы звуковых файлов;

  8. Средства распознавания речи.


Практическая работа 8. Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:

  • о звуковой системе ПК


знать:

  • принципы обработки звуковой информации;

  • состав звуковой подсистемы ПК;

  • основные характеристики звуковых плат


уметь:

  • подключать и настраивать звуковые подсистемы ПК;

  • производить запись звуковых файлов.


Раздел 7. Устройства вывода информации на печать
Тема 7.1 Принтер
Студент должен:
иметь представление:

  • об устройствах вывод информации на печать


знать:

  • принцип работы устройств вывода информации на печать матричного принтера. Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;

  • принцип работы устройств вывода информации на печать струйного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;

  • принцип работы устройств вывода информации на печать лазерного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики.


Общие характеристики устройств вывода на печать. Классификация печатающих устройств. Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.

Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.

Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Методические указания
Принтеры — устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге.

Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду характеристик:

  1. способу формирования символов (знакопечатающие и знак о синтезирующие);

  2. цветности (черно-белые и цветные);

  3. способу формирования строк (последовательные и параллельные);

  4. способу печати (посимвольные, построчные и постраничные)

  5. скорости печати;

  6. разрешающей способности.

Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и графическом.

При работе в текстовом режиме принтер принимает от компьютера коды символов, которые необходимо распечатать из знаки генератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в ROM принтера и считываются только оттуда.

Для печати текстовой информации существуют режимы печати, обеспечивающие различное качество:

  • черновая печать (Draft);

  • типографское качество печати (NLQNear Letter Quality);

  • качество печати, близкое к типографскому (LQLetter Quality);

  • высококачественный режим (SQLSuper Letter Quality).

В графическом режиме на принтер направляются коды, определяющие последовательности и местоположение точек изображении.

По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются на принтеры ударного действия, струйные, фотоэлектронные и термические.

Каталог: files
files -> Основная часть 1 История создания школы
files -> Методические рекомендации по проведению Дня Знаний, посвященного Году кино в РФ
files -> Подросток и компьютерные игры
files -> Программа духовно-нравственного развития и воспитания обучающихся на уровне среднего общего образования
files -> Правила закаливания… Выпуск №1. Чтоб улыбка сияла. Мама первый стоматолог
files -> О существовании значения игры преследования
files -> Учебное пособие по нейрохирургии. Часть I. Краткая история нейрохирургии. Черепно-мозговая травма санкт-Петербург 2015


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал