Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka + 1
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
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
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 15 625 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 15 750 Rzeczywista rozdzielczość obrazu 720x486 informatyka + 4
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
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
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
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
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
Podsumowanie standardów informatyka + 10
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
Dolby ProLogic II kompatybilny z Prologic i zwykłym stereo lepszy algorytm kodowania/dekodowania matrycowego 5 ścieżek dźwiękowych o pełnym paśmie przenoszenia. informatyka + 12
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 7.1 4 tylne głośniki), dzięki kodowaniu matrycowemu nagrania 6.1 i 7.1 można dekodować systemem 5.1 i na odwrót. informatyka + 13
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
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
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
Akustyka pomieszczenia Metoda: Wysokość: Szerokość: Długość: L. W. Sepmeyer 1.0 1.0 1.0 1.14 1.28 1.6 1.39 1.54 2.33 M. M. Louden 1.0 1.4 1.9 J. E. Volkmann 1.0 1.5 2.5 C. P. Boner 1.0 1.26 1.59 Standard THX 1.0 1.5 2.5 Standardy IEC 60268-13 oraz IEC 268-13 podają wymiary zamiast proporcji Standart: Wysokość: Szerokość: Długość: IEC 60268-13 2.7m 5.3m 7m IEC 268-13 2.8m 4.2m 6.7m informatyka + 17
Rozstaw głośników Przykładowy rozstaw głośników w systemie 5.1 informatyka + 18
Ekrany LCD ukierunkowanie światła informatyka + 19
Ekrany LCD przepływ światła informatyka + 20
Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) informatyka + 21
Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) informatyka + 22
Ekrany LCD TN (Twisted Nematic) Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie informatyka + 23
DSTN (dual scan TN) matryce pasywne informatyka + 24
Matryce aktywne informatyka + 25
Budowa matryc TFT informatyka + 26
Budowa matryc TFT Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD informatyka + 27
Technologia IPS (In-Plane Switching) Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Ciekły kryształ Elektroda Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Pojedynczy piksel bez napięcia informatyka + 28
Technologia IPS (In-Plane Switching) Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Ciekły kryształ Elektroda Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem informatyka + 29
Multidomain Vertical Alignment (MVA) informatyka + 30
Multidomain Vertical Alignment (MVA) informatyka + 31
Ekrany plazmowe Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie: a) obwód wyładowania, b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska. informatyka + 32
Stałoprądowy ekran plazmowy DC-PDP a) zasada konstrukcji b) widok przestrzenny informatyka + 33
Przemiennoprądowy ekran plazmowy AC PDP a) zasada budowy b) model elektryczny węzła macierzy informatyka + 34
Ekrany plazmowe Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu plazmowego typu AC PDP. informatyka + 35
Ekrany plazmowe informatyka + 36
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
Projektory 3LCD informatyka + 38
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
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
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
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
informatyka + 43
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
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
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
informatyka + 47