Файл: Мультимедиа технологии.pdf

271 3. Голографические
3D-дисплеи имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трехмерного объекта.
4. Объемные дисплеи используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объема.
Стереоскопические дисплеи делятся на два типа:
1. Автостереоскопические дисплеи.
2. Дисплеи, требующие использования вспомогательных устройств
(очков).
Стереокинематограф – разновидность кинематографических систем, вызывающих у зрителя иллюзию глубины пространства.
Цель съемки – создание стереопар.
Технологии стереосъемки: Анаглифический метод, Затворный метод,
Поляризационный метод.
Вопросы по лекции 11
1. Дать определение стереопары.
2. Дать определение стереодисплею.
3. История развития стереодисплея.
4. Перечислить виды трехмерных дисплеев. Дать характеристику.
5. В чем отличие активных от пассивных стереодисплеев?
6. Описать голографические дисплеи.
7. Описать объемные дисплеи.
8. Достоинства и недостатки стереодисплеев.
9. Дать краткую характеристику стереоскопическому дисплею.
10. Какое влияние на здоровье оказывает стереодисплеи?
11. Перечислить виды ЖК-дисплеев.
12. Дать определение и характеристику стереокинематографа.
13. Рассказать о технологиях стереосъемки.
14. Перечислить виды стереосъемки. Дать характеристику.
15. Перечислить методы и оборудование стереосъемки.

272
Лекция 12. Работа с видео. Сжатие видеоинформации. Технология CD- и
DVD-дисков
Краткая аннотация лекции: Рассматривается технология компакт-дисков, устройство дисков, форматы дисков.
Цель лекции: изучить основы сжатия видеоинформации, технологию компакт-дисков, устройство CD- и DVD-дисков.
Сжатие видеоинформации. Общие сведения
Телевизионный сигнал, как известно, избыточен. Различают:
1. Пространственную или статистическую избыточность.
Под статистической избыточностью понимают корреляционные связи между соседними (по вертикали и горизонтали) отсчетами ТВ сигнала. Сразу же надо подчеркнуть, что снижение избыточности в этом случае до определенных пределов обратимо, т. е. без потерь информации. Примером такого «беспроигрышного» кодирования служит предсказание на основе дискретно-косинусного преобразования.
2. Временную (структурную и спектральную) избыточность.
Причинами могут быть особенности стандарта разложения или излишне высокая частота дискретизации.
3. Психофизиологическую избыточность. Она связана с особенностями зрительного восприятия.
По теории вероятностей избыточность является следствием определенных корреляционных связей. Корреляция означает, что некоторый элемент изображения более или менее существенно зависит от соседей в пространстве и во времени.
Статистическая избыточность:
1. Структурная избыточность
Структурная избыточность – итог особенностей стандарта разложения или, по иному, преобразования изображения в ТВ сигнал. В нем, например, периодически передаются неизменные по форме элементы сигнала: гасящие импульсы строк и полей. В цифровом ТВ сигнале нет необходимости

273 передавать эти импульсы по каналу связи, т.к. они могут быть восстановлены в декодере по опорным сигналам синхронизации. Устранение из состава цифрового ТВ сигнала гасящих импульсов строк и полей снижает скорость передачи видеоданных примерно на 23%. Естественно, эта особенность сигнала учтена в стандарте MPEG-2.
2. Спектральная избыточность
Спектральная избыточность проявляется как результат излишне высокой частоты дискретизации. В частности, принятая ортогональная структура дискретизации ТВ изображения в общем случае не является оптимальной в частотном пространстве. Используя интерполяцию и передискретизацию, определенным образом выбранных групп отсчетов ТВ сигнала, можно, в принципе, видоизменить спектральный состав и снизить частоту дискретизации. Такая обработка обычно необратима и, как правило, ведет к некоторому снижению качества восстановленного ТВ изображения. В стандарте MPEG-2 этот вид избыточности не устраняется.
3. Избыточность по восприятию
Избыточность по восприятию связана с особенностями зрения человека. Например, цветовое разрешение нашего зрения ниже яркостного.
Эта особенность учтена во всех стандартных аналоговых системах цветового кодирования. В NTSC, PAL, SECAM цветовое разрешение существенно понижено по отношению к яркостному. То же самое зафиксировано в цифровом стандарте MPEG-2 (4:2:2), где по определению, две цветоразностные компоненты представлены таким же по объему информационным массивом, что и один яркостный сигнал.
Учитывая эту особенность нашего зрения по восприятию мелких деталей цветного изображения, можно в несколько раз сократить полосу частот при передаче и кодировании сигналов цветности.
Появление в 1980 году компакт-диска (CompactDisc, CD) стало значительным событием в цифровой технологии. Он был разработан фирмами Sony и Philips для решения некоторых проблем, возникающих при использовании аналоговых носителей.

274
12.1 Технология компакт-дисков
Знание физической стороны дела технологии записи компакт-дисков может помочь при возникновении нестандартных ситуаций и позволит выбрать верные условия, например, для долгосрочного хранения этих носителей.
Итак, что же представляет собой компакт-диск? Обычно компакт-диск, изготовленный на заводе, состоит их четырех слоев (рис. 12.1):
1. основного (базового);
2. отражающего;
3. защитного;
4. декоративного.
Рис. 12.1 Структура комапакт-диска
Основной слой изготавливается обычно из поликарбоната, и на него приходится практически вся толщина компакт-диска.
Если диск изготовлен на заводе, то, скорее всего, информация на него нанесена так называемым методом штамповки. При этом информационный узор т.е. собственно то, что представляет собой записанную на компакт- диске информацию, наносится прямо на основной слой в виде набора микроскопических углублений.
Второй слой, отражающий, очень тонкий. Его наносят на основу диска методом напыления. В тех местах, где на основном слое находятся углубления информационного узора, отражающий слой немного искривляется, и угол отражения луча изменяется. Именно за счет этого можно считывать записанную на диске информацию.
Защитный слой предохраняет отражающий слой от случайной порчи, ведь любое повреждение отражающего слоя приводит к невозможности

275 считать данные с поврежденной области. Поэтому роль защитного слоя трудно переоценить. К сожалению, нередко производители делают защитный слой слишком тонким, и это следует иметь в виду.
Наконец, декоративный слой содержит рисунки, надписи, наклейки и другие «украшения» верхней стороны компакт-диска. Если эти элементы украшения отсутствуют, то декоративный слой представляет собой чуть подкрашенную прозрачную поверхность.
Из всего сказанного можно сделать несколько полезных выводов, касающихся эксплуатации и хранения компакт-дисков.
Поскольку основной слой, который находится с рабочей стороны диска, намного толще, чем защитный слой или даже защитный и декоративный слои, вместе взятые, то повредить компакт-диск гораздо проще с верхней его стороны, особенно при отсутствии наклейки. Да и наклейка, если она тонкая, может не спасти. При случайном касании верхней стороны диска острым предметом могут быть повреждены и наклейка и защитный слой. При этом обнажается часть отражающего слоя, следовательно, некоторая его область тоже неминуемо будет повреждена под воздействием окружающей среды. А это значит, что прочитать данные с поврежденной области будет невозможно.
Как ни странно, бытует мнение о том, что беречь от повреждений следует лишь рабочую сторону диска, а с обратной стороны можно делать что угодно. Как мы видим, это совсем не так. Более того, во многих случаях восстановить поврежденный диск гораздо легче, если повреждена именно рабочая сторона. Конечно, царапины на этой стороне изменяют угол преломления лучей, что приводит к сбоям в чтении данных с диска. Однако благодаря толщине основного слоя, они практически никогда не разрушают отражающий слой и информационный узор. Кроме того, поцарапанный с рабочей стороны диск нередко можно восстановить полировкой.
Существуют даже специальные устройства для полировки компакт-дисков.
Кстати, на рабочей стороне опаснее всего царапины, идущие по окружности

276 диска, а поперечные, радиальные, царапины обычно не представляют особой угрозы.
Отражающий слой компакт-диска может разрушаться под влиянием слишком яркого света. Поэтому компакт-диск всегда следует хранить в коробке или в конверте так, чтобы под его рабочей стороной была непрозрачная поверхность. Некоторые люди, не обнаружив коробки от извлеченного из компьютера (или из музыкального центра) компакт-диска и не имея времени ее искать, оставляют компакт-диск на столе в
«перевернутом» виде, рабочей стороной кверху. Очевидно, они надеются, что так меньше вероятность поцарапать рабочую сторону диска.
Этого не следует делать ни в коем случае! Дело в том, что длительное воздействие света на рабочую сторону диска принесет гораздо больше вреда, чем даже несколько мелких царапин. И в особенности это актуально для записываемых дисков. Для них такое хранение, вообще, «смерти подобно».
12.2 Типы компакт дисков
Но вернемся к «внутреннему» устройству дисков. Компакт-диски бывают нескольких типов:
1. Обычные компакт диски.
2. Записывающие компакт диски (CD-R).
3. Перезаписываемые компакт диски (CD-RW).
4. Оптические неперезаписываемые компакт диски (Blu-Ray).
Обычные компакт-диски. Они предназначены только для считывания данных и изготавливаются на заводе методом штамповки. Вначале это был единственный тип дисков.
На диски CD-R пользователь может записать с помощью специального дисковода какие-либо данные, однако сделать это можно только один раз.
Перезаписываемые компакт-диски CD-RW (CDrewritable). На эти диски данные можно записывать многократно.
Компакт-диски CD-R. Первые CD-R можно было записывать только целиком. Затем появилась технология многосессионной записи на эти диски.

277
Дело в том, что если на такой диск записано, к примеру, 300 Мбайт данных, то, по идее, остается свободное место еще как минимум для 400 Мбайт информации. Однако для обеспечения полной совместимости со всеми старыми читающими дисководами на диск должна быть добавлена так называемая закрывающая запись. Без нее данные с диска считываться не будут.
Но проблема была в том, что после закрывающей записи на диск ничего добавить уже нельзя. Т.е. физически записать, конечно, можно, но считывающий дисковод найдет эту закрывающую запись и сочтет, что после нее на диске уже ничего нет.
Поэтому и была придумана технология многосессионной записи.
Завершая сеанс такой записи, программа записывает на диск закрывающую запись сессии вместо закрывающей записи всего диска. Потом можно будет дописать на этот же диск еще порцию данных и после нее – закрывающую запись второй сессии, и так далее. В принципе, когда на диске не останется места, можно дописать туда еще и закрывающую запись диска.
Многосессионная технология записи сразу же расширила возможности применения CD-R, однако и тут не обошлось «без ложки дегтя». Во-первых, многосессионные диски обычно считываются гораздо медленнее, чем записанные за одну сессию. Кроме того, некоторые считывающие дисководы могут быть несовместимы с такими дисками. Например, некоторые из них могут «увидеть» на многосессионном диске только те файлы, которые были записаны в последней сессии, а некоторые – только файлы первой сессии.
Правда, это относится лишь к старым моделям дисководов, поскольку все современные устройства делаются уже в расчете на считывание многосессионных дисков.
Внутреннее строение записываемых дисков несколько отличается от устройства обычных CD. Дело в том, что записываемые диски, в отличие от обычных, состоят не из четырех, а из пяти слоев (рис. 12.2):
1. основной;
2. регистрирующий;

278 3. отражающий;
4. защитный;
5. декоративный.
Рис. 12.2 Структура записываемого компакт-диска
Здесь на основном слое отсутствует информационный узор, но добавлен еще один слой – регистрирующий. Именно на него записываются данные. Лазерный луч выжигает информационный узор в материале этого слоя, затемняя определенные точки поверхности. При считывании информации луч будет отражаться от этих точек слабее, чем от остальных.
Разумеется, при записи компакт-диска лазер дисковода должен работать с большей мощностью, чем при чтении.
Из сказанного следует, что регистрирующий слой записываемого компакт-диска очень чувствителен к свету. Вот почему такие диски нельзя оставлять на свету (особенно рабочей стороной вверх).
Компакт-диски CD-RW. Теперь немного о перезаписываемых компакт-дисках (CD-RW). На них, как уже говорилось, данные можно записывать многократно. Однако не стоит переоценивать их возможности.
Есть два распространенных заблуждения по поводу дисков CD-RW.
Заблуждение первое: при использовании дисков CD-RW можно произвольно стирать и дописывать отдельные файлы. Это утверждение совершенно неверно. Запись на диски CD-RW происходит аналогично записи на CD-R: весь диск сразу или за несколько сессий. Отличие состоит в том, что можно дать команду стирания, в результате выполнения которой весь регистрирующий слой вновь одинаково пропускает световые лучи. При этом

279 никаких данных на диске не остается. Таким образом, на диск CD-RW можно записать некоторые данные, возможно, в несколько сессий, затем, когда они станут больше не нужны, очистить весь диск целиком, затем опять записывать данные, и так далее.
Заблуждение второе: стирать старые данные и записывать новые на диск CD-RW можно сколь угодно много раз. Это также совершенно неверно.
Правда, существует и обратное заблуждение: некоторые считают, что полный цикл записи и стирания для одного носителя можно произвести не более 10 раз. Именно так для перестраховки утверждали производители первых CD-RW. Спустя некоторое время многие производители стали утверждать, что на диск CD-RW можно произвести до 1000 циклов записи
(иногда говорят даже до 10 000). Отсюда и родилось заблуждение второе.
Действительно, ведь стираешь Данные с компакт-диска не каждый день.
Даже если стирать диск целиком и записывать новые данные приходится каждую неделю (что тоже невообразимо часто), то срока жизни такого диска должно хватить приблизительно на 20 лет (а если считать, что диск выдерживает 10000 циклов записи, то на 200 лет).
Объем данных, которые можно записать на один компакт-диск, различен. Стандартными являются диски, объем которых равен 650 Мбайт или 74 минут звучания (если диск записан в формате AudioCD). В настоящее время практически все устройства, как читающие, так и записывающие, могут без проблем работать с дисками увеличенного объема. На такие диски можно записывать до 700 Мбайт данных или 80 минут звука.
Здесь можно обнаружить некоторое несоответствие: ведь одна минута несжатого звука в формате, использующемся на звуковых компакт- дисках, занимает около 10 Мбайт. Соответственно, на диск объемом 700 Мбайт, по идее, должно помещаться примерно 70 мин музыки, а на самом деле там помещается 80 мин.
Дело в том, что формат записи звукового диска весьма сильно отличается от формата диска с данными. Так, на диске с данными присутствует больше избыточной информации, которая повышает

280 надежность и долговечность носителя. Действительно, если некоторое музыкальное произведение умещается на звуковом компакт-диске в виде звуковой дорожки, это еще не значит, что оно же уместится на нем в виде файла.
Существуют и компакт-диски еще большей плотности. Некоторые компании разработали диски объемом 800 и 900 Мбайт и даже 1 Гбайт, а
«апофеозом» подобных разработок явился так называемый DDCD – компакт- диск двойной плотности (double density compact disc). На такой диск помещается вдвое больше информации, чем на обычный (соответственно
1300 или 1400 Мбайт). Ни один из этих «больших» форматов не получил широкого распространения.