Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych

Transkrypt

1 Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka + 1

2 Program wykładu 1. Formaty obrazu wizyjnego 2. Poprawa jakości obrazu 3. Kino domowe 4. Akustyka pomieszczenia 5. Budowa wyświetlaczy LCD i plazmowych 6. Projektory multimedialne informatyka + 2

3 Formaty obrazu wizyjnego Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50 XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco skomplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego, należało przyjąć, że będzie możliwy odbiór programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie, powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. informatyka + 3

4 Standard telewizji kolorowej PAL i NTSC PAL 625 linii w dwóch półobrazach Szerokość pasma wizji 5 MHz Szerokość kanału TV 7 MHz Częstotliwość zmian półobrazów 50 / 25 Hz Częstotliwość zmian linii Rzeczywista rozdzielczość obrazu 720x576 NTSC 525 linii w dwóch półobrazach Szerokość pasma wizji 4,2 MHz Szerokość kanału TV 6 MHz Częstotliwość zmian półobrazów 59,94 / 29,97 Hz Częstotliwość zmian linii Rzeczywista rozdzielczość obrazu 720x486 informatyka + 4

5 Standard telewizji kolorowej HDTV System w pełni cyfrowy Częstotliwość zmian pełnej ramki obrazu 60 Hz Format panoramiczny 16:9 Brak wad występujących w systemach analogowych takich jak śnieżenie, podwójny obraz Rozdzielczość obrazu 1920x1080 lub 1280x720 informatyka + 5

6 Cyfrowa telewizja systemu DVB DVB (Digital Video Broadcasting) jest standardem transmisyjnym telewizji cyfrowej przekazywanej z nadajników naziemnych (DVB-T), satelity (DVB-S) i stacji czołowych telewizji kablowych (DVB-C). Podstawą tego systemu jest strumień transportowy (TS). TS składa się ze skompresowanych składowych wizji, fonii i danych oraz tablic (PSI) umożliwiających urządzeniu odbiorczemu odbiór wybranego programu telewizyjnego lub radiowego oraz danych. Standard DVB definiuje dodatkowe tablice (SI) umieszczone w strumieniu oraz parametry transmisji w zależności od typu kanału transmisyjnego. System ten został opracowany dla sygnałów poddanych kompresji MPEG-2, ale nowe efektywniejsze algorytmy kompresji typu MPEG- 4 part10 (H.264) mogą również być stosowane. informatyka + 6

7 Poprawa jakości obrazu Najczęściej spotykane zniekształcenia wynikają z pojawienia się artefaktów procesu kompresji. Do zakłóceń zaliczamy między innymi: szumy, interferencje (przenikanie sygnałów luminancji i chrominancji), migotanie powierzchni i linii, zaburzenia synchronizacji. Eliminacja wymienionych zjawisk jest możliwa przy wykorzystaniu dwu- i trójwymiarowych filtrów cyfrowych, filtrów grzebieniowych, układów korekcji podstawy czasu i stosowaniu odpowiednich technik (100 Hz, Progressive Scan). Poprawie jakości sprzyja też sztuczne podnoszenie rozdzielczości w oparciu o technikę nadpróbkowywania i interpolacji wartości pikseli. informatyka + 7

8 Kino domowe Kino domowe to zestaw urządzeń audio i wideo przeznaczony do oglądania filmów, który pozwala symulować w warunkach domowych wrażenie jakiego doświadcza widz na sali kinowej. Zazwyczaj w skład zestawu wchodzą: odtwarzacz DVD, zestaw głośników wraz ze wzmacniaczem oraz telewizor. informatyka + 8

9 Systemy dzwięku przestrzennego Dźwięk przestrzenny jest uzyskiwany dzięki wykorzystaniu zestawu minimum 5 głośników, którym towarzyszy dodatkowy głośnik niskotonowy, zwany popularnie subwooferem. Po rozmieszczeniu źródeł dźwięku wokół widza, podczas oglądania filmu będzie on miał złudzenie otoczenia przez dźwięk, podobnie jak w nowoczesnej sali kinowej. informatyka + 9

10 Podsumowanie standardów informatyka + 10

11 Dolby Surround / Dolby Prologic / Dolby Stereo jeden z pierwszych standardów kina domowego, analogowy taśmy magnetyczne / transmisja radiowa / telewizyjna odtwarzanie na zwykłym zestawie stereo, lub zestawie czterokanałowym dźwięk jest dekodowany matrycowo na 4 kanały: 2 główne, centralny i surround (2 głośniki połączone równolegle) wady pasmo przenoszenia głośników tylnych: max 7kHz, brak niezależności kanałów, podatny na zakłócenia (analogowy), brak wydzielonego kanału basowego. informatyka + 11

12 Dolby ProLogic II kompatybilny z Prologic i zwykłym stereo lepszy algorytm kodowania/dekodowania matrycowego 5 ścieżek dźwiękowych o pełnym paśmie przenoszenia. informatyka + 12

13 Dolby Digital AC-3 (Dolby Digital Audio Coding 3) Powszechnie stosowany w zapisie dźwięku na płytach DVD 5 niezależnych cyfrowych, pełnozakresowych kanałów + 1 basowy (LFE) Silna kompresja dźwięku (1:12) Rozwinięciem jest DD EX 6.1 / 7.1 dodatkowy tylny centralny głośnik odtwarzający odpowiednio przefiltrowane i zsumowane dźwięki z tylnych głośników, brak zwiększenia ilości danych (5.1 kanałów) kodowanie matrycowe, istnieje prawdopodobieństwo niestabilności pola dźwiękowego (rozwiązane w tylne głośniki), dzięki kodowaniu matrycowemu nagrania 6.1 i 7.1 można dekodować systemem 5.1 i na odwrót. informatyka + 13

14 DTS firmy NuOptix Inc. Konkurencyjny do systemu firmy Dolby. Początkowo stosowany w kinach na płycie CD synchronizowanej z obrazem. Ilość kanałów 5.1 (jak AC3). Kompresja 4:1 dźwięk bardziej wierny, dokładniejszy. DTS Discrete (DTS 6.1) odpowiedź na Dolby EX 6.1 niezależny tylny głośnik brak przesłuchów i ograniczeń pasma. informatyka + 14

15 THX System certyfikacji sprzętu i instalacji reprodukujących dźwięk i obraz. System standaryzuje warunki projekcji i odsłuchu kinowego. Certyfikacji podlegają także kompleksowe instalacje dźwiękowe i akustyka pomieszczeń. THX Select (najtańszy). THX Ultra (wysoka jakość). Standart dot. dźwięku 7.1 THX Surround EX. Standart dot. muzyki odtwarzanej w systemach wielokanałowych THX Music. informatyka + 15

16 Akustyka pomieszczenia Unikanie rezonansów, fal stojących i innych zjawisk wpływających na zmianę rozchodzących się dźwięków. Pogłos efekt związany z serią wielokrotnych odbić dźwięku od ścian pomieszczenia. idealny dla muzyki kameralnej 0,8-1,4s dla orkiestry symfonicznej 1,1-1,8s Echo dźwięk i jego odbicie dają wrażenie efektów rozdzielonych. informatyka + 16

17 Akustyka pomieszczenia Metoda: Wysokość: Szerokość: Długość: L. W. Sepmeyer M. M. Louden J. E. Volkmann C. P. Boner Standard THX Standardy IEC oraz IEC podają wymiary zamiast proporcji Standart: Wysokość: Szerokość: Długość: IEC m 5.3m 7m IEC m 4.2m 6.7m informatyka + 17

18 Rozstaw głośników Przykładowy rozstaw głośników w systemie 5.1 informatyka + 18

19 Ekrany LCD ukierunkowanie światła informatyka + 19

20 Ekrany LCD przepływ światła informatyka + 20

21 Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) informatyka + 21

22 Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) informatyka + 22

23 Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie informatyka + 23

24 DSTN (dual scan TN) matryce pasywne informatyka + 24

25 Matryce aktywne informatyka + 25

26 Budowa matryc TFT informatyka + 26

27 Budowa matryc TFT Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD informatyka + 27

28 Technologia IPS (In-Plane Switching) Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Ciekły kryształ Elektroda Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Pojedynczy piksel bez napięcia informatyka + 28

29 Technologia IPS (In-Plane Switching) Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Ciekły kryształ Elektroda Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem informatyka + 29

30 Multidomain Vertical Alignment (MVA) informatyka + 30

31 Multidomain Vertical Alignment (MVA) informatyka + 31

32 Ekrany plazmowe Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie: a) obwód wyładowania, b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska. informatyka + 32

33 Stałoprądowy ekran plazmowy DC-PDP a) zasada konstrukcji b) widok przestrzenny informatyka + 33

34 Przemiennoprądowy ekran plazmowy AC PDP a) zasada budowy b) model elektryczny węzła macierzy informatyka + 34

35 Ekrany plazmowe Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu plazmowego typu AC PDP. informatyka + 35

36 Ekrany plazmowe informatyka + 36

37 Projektory 3LCD Projektory LCD tworzone są najczęściej na podstawie trzech ciekłokrystalicznych matryc oświetlanych przez lampę o dużej mocy. Wytwarzany przez lampę oświetlający biały promień świetlny przepuszczany jest przez filtry odwzorowujące trzy podstawowe barwy - czerwoną, zieloną oraz niebieską. Każdy z tych strumieni jest nakierowany na jeden z paneli ciekłokrystalicznych. Obrazy z poszczególnych paneli są następnie nakładane na siebie i przepuszczane przez obiektyw. informatyka + 37

38 Projektory 3LCD informatyka + 38

39 Projektory LCD zalety i wady Kinowe modele projektorów są często wyposażone w panoramiczne matryce o dużych rozdzielczościach przystosowanych do pracy z sygnałem HDTV. Dzięki zwiększeniu rozdzielczości obrazu nie widać pikseli, z których jest tworzony. Pojawiły się także projektory LCD o bardzo wysokim kontraście. Niemniej ciągłą bolączką rozwiązań opartych na technologii LCD jest niewystarczająca głębia i zróżnicowanie czerni. Inne wady: możliwość wystąpienia "martwych pikseli", w tańszych modelach słaby kontrast, wypalanie paneli w czasie eksploatacji, przy niższych rozdzielczościach widoczne przerwy pomiędzy pikselami Zalety: brak efektu tęczy, żywe barwy, bardzo wysoka rozdzielczość najlepszych paneli LCD informatyka + 39

40 Projektory DLP Najważniejszą częścią każdego projektora DLP jest układ półprzewodnikowy z wbudowanym systemem sterowanych luster (DLP chip), wynaleziony przez Dr. Larry Hornbeck z Texas Instruments w 1987roku. W układ DLP wbudowana jest prostokątna macierz do 2 milionów mikroskopijnych luster. Zwierciadła są kwadratami o boku 16 mikronów, a przerwy między nimi nie mogą wynosić więcej niż 1 mikron. informatyka + 40

41 Projektory DLP obraz w skali szarości Mikrolustra układu DLP umocowane są w specjalnych zawiasach, które umożliwiają im wychylanie się w kierunku źródła światła (ON) albo w odwrotnym (OFF), tworząc w ten sposób jasny albo czarny piksel na powierzchni projekcyjnej. Strumień bitowy zakodowanego obrazu powoduje przełączanie luster z pozycji OFF do ON kilka tysięcy razy na sekundę. Kiedy lustro jest w pozycji ON częściej niż OFF odzwierciedla piksel jasnoszary; lustro, które częściej jest w pozycji OFF odzwierciedla piksel ciemnoszary. W ten sposób lustra w projektorze DLP mogą odzwierciedlić ok.1024 różnych odcieni szarości piksela. informatyka + 41

42 Projektory DLP obraz kolorowy Białe światło lampy projektora DLP przechodzi przez koło z filtrami kolorów i trafia na mikrolustra układu DLP. Koło kolorów rozdziela strumień światła białego na czerwony, zielony i niebieski. Stany włączenia i wyłączenia mikroluster są koordynowane w ten sposób aby tworzyć różne kolory z trzech barw podstawowych. Na przykład lustro, które na utworzyć piksel purpurowy będzie odbijało tylko barwę niebieską i czerwoną. Nasze oczy i mózg łączą te bardzo krótkie, naprzemienne błyski światła w pożądaną barwę. Układ DLP z kołem kolorów jest w stanie odwzorować w ten sposób przynajmniej 16.7 milionów kolorów. Trójukładowe projektory DLP odwzorowują nie mniej niż 35 trylionów kolorów. informatyka + 42

43 informatyka + 43

44 Projektory DLP zalety Największą zaletą zastosowania technologii DLP jest możliwość uzyskania obrazu, który wydaje się pozbawiony jakichkolwiek łączeń. Za uzyskanie takiego efektu odpowiada niesamowita bliskość każdego z aluminiowych mikroluster, których 90% powierzchni własnej skutecznie odbija światło w celu wytworzenia obrazu. Projektory DLP wyróżniają się wysokim kontrastem o współczynniku 2000:1 i większym. Projektory DLP mają także naturalne odwzorowanie barw i dobrą głębię czerni. Zaletą DLP jest także możliwość stosowania słabszych lamp projekcyjnych niż w produktach LCD, co ma przełożenie na cichszą pracę układów chłodzących optykę projektora. Najnowsze układy DLP pozwalają na tworzenie projektorów mniejszych gabarytowo, lżejszych i tańszych. informatyka + 44

45 Projektory DLP wady Minusem projektorów DLP zbudowanych na podstawie jednego (najczęściej spotykana konfiguracja) mikroprocesora DMD (cyfrowy sterownik mikroluster) jest występowanie tzw. efektu tęczy, wynikającego z chwilowego braku zbieżności barw. W najprostszych konstrukcjach filtr składa się z trzech elementów, lecz coraz częściej nawet tanie projektory DLP posiadają już filtr 4- segmentowy, co zdecydowanie ogranicza wspomniany efekt. Zaawansowane projektory kinowe mają filtr 6-barwny. Drugim elementem zmniejszającym efekt tęczy jest zwiększenie prędkości obrotowej wirującego koła. W nowej generacji projektorów DLP pola barwne filtru mają mieć kształt nie prostokątny, lecz "łezkowaty", nieco nachodzący na siebie. informatyka + 45

46 Projektory DLP W projektorach najwyższej klasy wyposażonych w 3 przetworniki DLP nie stosuje się już wirującego kolorowego układu optycznego. Każdy przetwornik odpowiada za przetwarzanie jednego z 3 kolorów podstawowych - czerwonego, niebieskiego i zielonego. informatyka + 46

47 informatyka + 47

48