Анимационные устройства ввода-вывода

Необходимость использования специализированных технических средств для компьютерной графики и анимации (т.е. воспроизведения движущихся изображений) объясняется высокими требованиями к системам отображения информации, к качеству воспроизводимого изображения. При воспроизведении статических изображений повышение качества связано с увеличением разрешающей способности экрана и улучшением цветопередачи, что, в свою очередь, требует значительного увеличения видеопамяти и емкости внешних ЗУ. Необходимость работы в реальном масштабе времени при демонстрации фильмов (т.е. динамических изображений) предъявляет высокие требования к производительности ЭВМ, причем не только производительности центрального процессора, но и скорости обмена с внешними устройствами. Дополнительные трудности возникают и вследствие того, что в качестве внешних устройств приходится использовать видео- и аудиоаппаратуру, в которой реализованы иные принципы представления информации: информацию приходится перекодировать, что также требует дополнительных временных, аппаратурных и программных ресурсов. Кроме того, редактирование видеоинформации, перекодирование ее, создание видеоэффектов часто связаны с вычислительной обработкой, а следовательно, с дополнительными затратами времени.

Таким образом, при использовании ЭВМ для создания и демонстрации компьютерной графики и анимации требуются: высокая производительность всего технического комплекса, специализированные преобразователи информации, технические средства для высококачественного отображения, ввода-вывода и хранения больших объемов информации.

Производительность технического комплекса определяется, с одной стороны, производительностью его составных частей, а с другой - согласованностью составных частей, отсутствием простоев их из-за ожидания друг друга; совмещением во времени различных операций.

Технический комплекс - микропроцессорный комплект; интерфейс ввода-вывода; устройства ввода-вывода - представляет собой последовательно соединенную систему с параллельными ветвями со стороны УВВ. Производительность такой системы зависит от быстродействия микропроцессорного комплекта, пропускной способности интерфейса ввода-вывода, производительности и способа подключения УВВ, наличия специальных “ускорителей” в различных устройствах, а также от принятой в системе технологии обмена информацией между отдельными частями технического комплекса (при этом нужно учитывать, что одним из элементов этого комплекса может являться человек-оператор, воспринимающий выводимую информацию и обладающий определенными параметрами, например, такими, как время реакции - величиной, не сопоставимой с временем выполнения операций электронной частью комплекса, или время восприятия информации, инерционность зрения, к которым приходится подстраивать программно-технические комплексы.

Поскольку высококачественное изображение требует очень больших объемов памяти для хранения каждого кадра изображения, для воспроизведения фильмов необходимо выводить на экран не менее 24 кадров в секунду (чтобы устранить мелькание изображения), а человеку необходимо для восприятия изображения не менее 30 с., для хранения фильмов реальной длительности в цифровом виде нужны запоминающие устройства очень большого объема. Это удорожает такие системы и приводит к поиску способов сжатия информации, для чего нашли широкое распространение как программные, так и аппаратурные преобразователи.

Обилие разновидностей обрабатываемой в системах компьютерной графики и анимации информации приводит к необходимости использования различных устройств ввода: клавиатур, систем координатного ввода, оптических читающих устройств, устройств ввода акустической информации, анимационных устройств ввода и др. и соответствующих устройств вывода информации: дисплеев, графических экранных станций синтезаторов.речи, акустических систем, анимационных устройств вывода и др.

В состав анимационных устройств ввода-вывода входят видеокамера, видеомагнитофон и телевизор, а также преобразователи видеосигналов.

В основе цветного телевидения лежат 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 м линейные размеры точек должны составлять доли миллиметра. При диагонали экрана 61 см общее число триад на экране должно быть около 500 000 (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 (f):

f=N/2T,

где N - число элементов изображения (триад) на экране; Т - время передачи одного кадра (1/25 с).

Тогда

f=500000/(2/25)=6250000=6,25 МГц.

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, цвете изображения и 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.

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

Основным блоком, воспринимающим изображение в видеокамере, является электронно-лучевой прибор, который по своему устройству напоминает электронно-лучевую трубку: в нем также 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, - 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, т.е. наименьший элемент изображения.

В отличие от ЭЛТ мишень установлена под углом 45° 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 (которая, 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.

Если в таком приборе производится однократное считывание информации, которое после оцифровки запоминается, то прибор является видеофотокамерой.

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.

Дата добавления: 2015-09-04