7.5. 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 составанимационных устройств ввода-вывода входят видеокамера, видеомагнитофон и телевизор, а также преобразователи видеосигналов.

Таким образом,видеомагнитофон - это запоминающее устройство, специализирующееся на приеме, записи и воспроизведении динамической видеоинформации.

Структурная схема видеомагнитофона приведена на рис.7.8.

Рис. 7.8. Структурная схема видеомагнитофона

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.

При записи на магнитную ленту осуществляется преобразование приходящего видеосигнала из временной формы в пространственную. Частотные характеристики сигнала при таком преобразовании должны оставаться прежними. При ширине рабочего зазора магнитной головки 0,4 микрона для записи видеосигнала с верхней граничной частотой 6 МГц скорость движения ленты относительно головки должна составлять 2,4 м/с. Видеокассеты с 250 м ленты при такой скорости хватит лишь на несколько минут.

Для уплотнения информации на ленте и для более полного использования ее поверхности применяются вращающиеся магнитные головки. Принцип действия вращающихся магнитных головок приведен на рис.7.9, а.

Рис. 7.9. Принцип действия вращающихся магнитных головок

На диаметрально противоположных сторонах вращающегося барабана располагаются две магнитные головки, работающие по очереди. Барабан имеет направление вращения под углом 6° к магнитной ленте (рис.7.9, б). Благодаря этому видеодорожки на магнитной ленте наносятся под углом (штрихами) (рис. 7.9, в). Каждый штрих соответствует полукадру экрана. За один полный оборот барабана записывается весь кадр. Вращение барабана синхронизировано с принимаемым сигналом. Такая система позволяет сократить линейную скорость движения ленты до 2,34 см/с. Барабан вращается со скоростью 1500 об/мин. Скорость ленты относительно головок на барабане составляет 5 м/с.

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

.

В зависимости от того, как именно передаются цветоразностные сигналы, различаются две системы цветного телевидения - СЕКАМ (советско-французская) и ПАЛ (германская).

В системе СЕКАМ цветоразностные сигналы передаются через строку поочередно, на разных несущих частотах. Причем полная информация о цвете передается в двух строках, в результате чего каждая пара строк оказывается одноцветной (но из-за чересстрочной развертки одноцветные строки не находятся рядом).

В системе ПАЛ цветоразностные сигналы передаются одновременно на одной поднесущей частоте со сдвигом фаз на 90°.

Преобразование телевизионных сигналов в компьютерные заключается в выделении сигналов Y, B-Y, R-Y и синхроимпульсов, их очистке от сигналов звукового сопровождения и вычислении по ним сигналов R, G, В и адресов пиксел на экране. Преобразование осуществляется видеоплатами (Video Biaster, Video Recorder, Video Converter), работающими с адаптером VGA или SVGA (адаптер дисплея должен иметь дополнительный внутренний разъем, к которому видеоплата подключается с помощью ленточного кабеля). Иногда видеоплаты (как, например, Tuner Biaster) имеют антенный вход, что позволяет обходиться без телевизионной аппаратуры.