ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 567
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
166
(а рынок подталкивает к этому разработчиков: смотрите информацию в разделе «Новинки»), МР-4 видеопродукция может потеснить DVD в области бытового видео. Киностудии, издатели и разработчики AV-аппаратуры не могут с безразличием относится к этим подвижкам: может быть, именно на
DVD-дисках скоро будет возможна запись видеопрограмм высокой четкости
(HDTV), а может: Впрочем, прогнозы - дело неблагодарное. Отметим только, что технологические основания для такого развития сюжета уже имеются:
1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 ... 37
MPEG7
Последняя, выпущенная в конце минувшего года разработка – новый стандарт MPEG7 – вовсе не является непосредственным продолжением линейки MPEG-предшественников, хотя по предмету стандартизации частично перекликается с ними. MPEG7 должен обеспечивать формализацию и стандартизацию описания различных типов мультимедийной информации
(а не ее кодирования), чтобы гарантировать эффективный и быстрый ее поиск. Официально новый стандарт называют Multimedia Content Description
Interface – интерфейс описания мультимедийных данных. В нем определен стандартный набор дескрипторов («описывателей») для различных типов мультимедиа-информации.
Здесь также стандартизируется способ определения своих дескрипторов и их взаимосвязи (Description Schemes). Для этих целей в MPEG7 вводится специализированный язык DDL (Description
Definition Language – язык описания определений). Основная цель применения нового стандарта – эффективный поиск мультимедийной информации (естественно, специализированными поисковыми машинами) аналогично тому, как сейчас мы можем найти текст по каким-нибудь ключевым словам или фразе. Поясним на примерах.
Музыка: Сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую последовательность звуков.
Графика: Нарисовав эскиз на экране, получим набор рисунков, содержащих подобный фрагмент. Картины: Определив объект (задав его форму и текстуру), получим перечень картин, содержащий таковой. Видео:
167
Задав соответствующий объект и его движение, получим набор видео или анимационных роликов. Голос: Задав фрагмент голоса певца, получим набор песен и видеоклипов, в которых он поет.
MHEG
Последнее замечание – о стандарте, который обозначается похожей на
MPEG аббревиатурой MHEG. Он также имеет некоторое отношение к рассматриваемой нами теме, но, подчеркиваем, лишь некоторое, поскольку его применение планируется для передачи мультимедийной информации по различным коммуникационным сетям. MHEG разрабатывается другой группой специалистов, принадлежащей, впрочем, к все той же международной организации по стандартизации ISO. Называется группа соответственно Multimedia&Hypermedia Expert Group (экспертная группа по мультимедиа и гипермедиа). Разрабатываемый ею стандарт определяет правила обмена мультимедийной информацией (видео, звук, текст и любые другие данные) между произвольными мультимедийными приложениями.
Стандартом MHEG также определяются нормы передачи информации любыми способами – через локальные сети, сети телекоммуникаций или вещания – с использованием так называемой объективной классификации
(MHEG Object Classes). При этом сами объекты могут включать в себя любую систему кодирования (в частности, MPEG), которая определяется конкретным базовым приложением. Стандартные MHEG-объекты должны создаваться мультимедийными приложениями с использованием специализированного языка – Multimedia Scripting Language. Стандарт
MHEG уже признан советом по цифровому видео и звуку (DAVIC, Digital
Audio-Visual Council). Разработчики утверждают, что MHEG – это будущий международный стандарт для интерактивного телевидения, так как он работает на любых платформах, а документация по нему распространяется совершенно свободно.
Звук в MPEG
Кодирование звука и музыки осуществляется отдельным аудиокодером. По мере развития стандарта MPEG звуковые кодеры также
168 совершенствовались, становясь все эффективнее. В основе повышения эффективности – та же идея: сократить объем «второстепенной» для слушателя аудиоинформации. В результате в составе стандарта MPEG1 было создано семейство из трех звуковых кодеров, названных «слоями»: Layer I,
Layer II, Layer III. Все они, подобно видеокодерам, построены на несовершенстве «человеческого фактора»: психоакустическая модель здесь эксплуатирует несовершенства слухового аппарата человека. По мнению ученых, в несжатом звуке передается много избыточной информации.
Избыточной в том смысле, что человеческое ухо ее все равно не воспринимает. Большой эффект для сжатия дает, например, явление маскирования некоторых звуков. В частности, если сначала подать громкий звук на частоте 1000 Гц, то более тихий звук на частоте 1100 Гц уже не будет фиксироваться слухом. В модели используется и явление ослабления чувствительности человеческого уха на период в 5 мс – до и 100 мс – после возникновения сильного звука. Существуют похожие временные эффекты маскирования; известны и более сложные взаимодействия, когда временный эффект может выделить конкретную частоту или, наоборот, подавить.
Психоакустическая модель – как свод правил – разбивает весь спектр на блоки, в которых уровень звука считается близким. Затем удаляет звуки, формально не воспринимаемые человеком в соответствии с описанными выше эффектами. Потом следует процедура «упаковки» методами, напоминающими по принципу компьютерные архиваторы (опять же – с устранением избыточности), и, наконец, формируется цифровой информационный поток. Идеология сжатия всех «слоев» сходна, разница – в методах и в математике.
Первый «слой» (Layer I) был рассчитан на поток скоростью 192 кбит/с на канал. Алгоритм его в целом похож на систему сжатия звука ATRAC, которая реализована на мини-дисках Sony. Разновидность Layer I используется и в устройствах записи цифровых компакт-кассет DCC.
Разновидность Layer II, предназначенная для потоков до 128 кбит/с на канал, была разработана как компромисс между качеством звука, величиной потока
169 и сложностью кодера. В нем были, в первую очередь, усовершенствованы гребенчатые фильтры. Этот «слой» весьма сходен с известным аудиостандартом MUSICAM. Наибольшее применение Layer II нашел в сетях цифрового радиовещания DAB (Digital Audio Broadcasting).
И, наконец, Layer III исходно был рассчитан на низкоскоростные сети с потоком до 64 кбит/с на канал. Благодаря усилиям до того малоизвестного немецкого института информационных технологий имени Фраунгофера (IIS
Fraunhofer) в 1998 г. был сделан почти революционный прорыв.
Усовершенствование математики в части алгоритма преобразования Фурье и механизмов упаковки спектральных коэффициентов позволило сохранить
«CD-качество» звука при низкой скорости потока. Естественно, такое достижение потребовало больших вычислительных ресурсов, но производительности современных компьютеров к тому времени уже хватало и на это. В результате появился формат сжатия аудиоинформации МР3
(полное его название – MPEG Audio Layer III), который начал вполне самостоятельную жизнь. Тот же институт Фраунгофера выпустил первый аппаратный кодер, работающий в реальном времени. За этим шагом последовали другие (МР3-Pro). Сегодня миниатюрные МР3-плейеры и диктофоны с флэш-картами разных мастей знакомы многим. Любой пользователь Интернета знает о распространении сжатого звука через сеть, знает о серверах, «набитых» музыкой в формате МР3. Естественно, вслед за удачным решением массовому потребителю уже предложены форматы- конкуренты, в частности, WMA от Microsoft, ААС (как «продвинутый» Dolby
Digital АС-3): Здесь уместно упомянуть и технологию Meridian Lossless
Packing (MLP), которая, напротив, используется в аудиофильских записях
DVD-Audio – но это предмет, достойный отдельного разговора.
Краткие итоги лекции 7
MPEG-1 является практически устаревшим стандартом. Однако идеи, опробованные в нем, позволили создать более «продвинутые» стандарты.
170
Стандарт MPEG-2 позволил воплотить в жизнь системы цифрового телевидения и оптические цифровые диски, что позволило серьезно изменить жизнь человеческого общества.
Вопросы по лекции 7:
1. Рассказать про части стандарта
MPEG
2. Для чего предполагалось использовать данный стандарт?
3. Какие существуют достоинства и недостатки стандарта
MPEG
?
4. Дать краткую характеристику стандарту
MPEG
5. Из каких основных частей состоит
MPEG
?
6. Рассказать про его достоинства и недостатки.
7. Рассказать про области его применения.
8. Дать определение понятию Кодек.
9. Дать определение понятию Контейнер.
10. Привести примеры контейнеров. Дать описание.
11. Описать процесс кодирования видео в MPEG-2.
12. Описать виды сжатия видеоинформации в MPEG-2.
13. Описать программный поток данных стандарта MPEG-2.
14. Описать транспортный поток данных стандарта MPEG-2.
15. Перечислить форматы MPEG следующего поколения (после MPEG-
1 и MPEG-2). Дать краткую характеристику.
171
Лекция 8. Плазменные технологии
Краткая аннотация лекции: Рассматривается понятие плазмы и плазменных панелей, структура, история развития плазменных панелей, Конструкция плазменных экранов.
Цель лекции: изучить основы плазменных технологий.
8.1 Определение плазменной панели
Плазменная панель (газоразрядный экран) – устройство отображения
информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического
разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.
Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») – в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвертым (после твердого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества. Слово «ионизированный» означает, что от значительной части атомов или молекул отделен по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов) суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает ее заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями.
Рис. 8.1Плазменная лампа
172
Четвертое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году, возможно из-за ассоциации с плазмой крови. Ленгмюр писал: «Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит ионы и электроны практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин
«плазма», чтобы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов».
Многие философы античности утверждали, что мир состоит из четырех стихий: земли, воды, воздуха и огня. Это положение с учетом некоторых допущений укладывается в современное научное представление о четырех агрегатных состояниях вещества, причем плазме, очевидно, соответствует огонь. Свойства плазмы изучает физика плазмы.
На рисунке 8.1 представлена плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений. Свечение плазмы обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией после рекомбинации с ионами. Этот процесс приводит к излучению со спектром, соответствующим возбуждаемому газу.
8.2 История развития плазменных панелей
Концепция плазменных панелей родилась еще в июле 1964 в
Университете Иллинойса. Первые панели были ни чем иным как световыми точками, созданными в лабораторных экспериментах. Технология была развита и улучшена, и к концу 60-ых стала передовой настолько, чтобы позволить ученым строить геометрические формы.
Первые «настоящие» плазменные панели появились в 1989 году.
Зачинателем технологии производства таких панелей считается компания
Fujitsu. Первые плазменные мониторы, разработанные специалистами компании, были размером в 20 дюймов (51см). Сейчас Fujitsu специализируется на выпуске мониторов размером 40-42 дюйма: известно, что плазменные панели небольшого формата выпускать совершенно
173 невыгодно – сложное производство не окупается. Разумеется, с 1989 года плазменные панели претерпели серьезные изменения.
Каждый производитель высокотехнологического оборудования старался добавить свою изюминку, добавить технологию, улучшающую качество изображения.
NEC разработала технологию капсулированного цветового фильтра (CCF), специалисты этой фирмы также предложили ввести разделение пикселей черными полосами, что существенно повысило контрастность. Pioneer увеличила площадь пятна люминофора, а также использовала «формулу голубого люминофора», дающую еще более высокую контрастность. Все эти усовершенствования вносились в единую технологию производства плазменных панелей постепенно – шаг за шагом.
8.3 Конструкция плазменных экранов
На протяжении почти ста лет основным устройством отображения информации был кинескоп (ЭЛТ – электронно-лучевая трубка; англ. – CRT).
Однако в последние десятилетия благодаря успехам микроэлектроники и цифровой схемотехники появилось большое количество экранов, принципиально отличающихся от ЭЛТ.
Практически во всех таких устройствах используется аналоговый метод управления яркостью свечения ячейки, когда непрерывно изменяющемуся электрическому сигналу соответствует непрерывное изменение некоторого параметра элемента отображающего устройства.
Например, в дисплеях с автоэлектронной эмиссией (FED – field-emission display) изменяется интенсивность эмиссии электронов, в MEMS (micro electromechanical system – микроэлектромеханические системы) матрицах – угол наклона или форма зеркала, в ЖК-дисплеях (TFT LCD – Thin Film
Transistor Liquid Crystal Display – дисплей на жидких кристаллах и тонкопленочных транзисторах) – угол разворота жидких кристаллов. Однако в некоторых отображающих устройствах нельзя осуществить управление яркостью свечения аналоговым способом. Одним из таких устройств является плазменная панель (PDP – Plasma Display Panel).