Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja

Odtwarzanie treści multimedialnych

Andrzej Majkowski

1informatyka +

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 PALi NTSC

informatyka + 4

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

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

informatyka + 8

• 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.

Systemy dzwięku przestrzennego

informatyka + 9

• 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.

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

informatyka + 17

Metoda: Wysokość: Szerokość: Długość:L. W. Sepmeyer 1.0

1.01.0

1.141.281.6

1.391.542.33

M. M. Louden 1.0 1.4 1.9J. E. Volkmann 1.0 1.5 2.5C. P. Boner 1.0 1.26 1.59Standard THX 1.0 1.5 2.5

Standart: Wysokość: Szerokość: Długość:IEC 60268-13 2.7m 5.3m 7mIEC 268-13 2.8m 4.2m 6.7m

Standardy IEC 60268-13 oraz IEC 268-13 podająwymiary zamiast proporcji

Rozstaw głośników

informatyka + 18

Przykładowy rozstaw głośników w systemie 5.1

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)

informatyka + 23

Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulowaćstopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie

DSTN (dual scan TN) – matryce pasywne

informatyka + 24

Matryce aktywne

informatyka + 25

Budowa matryc TFT

informatyka + 26

Budowa matryc TFT

informatyka + 27

Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka + 28

Filtr polaryzujący

Powierzchnia przeźroczysta

Filtr polaryzujący

Powierzchnia przeźroczysta

Elektroda

Ciekły kryształ

Pojedynczy piksel bez napięcia

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka + 29

Filtr polaryzujący

Powierzchnia przeźroczysta

Filtr polaryzujący

Powierzchnia przeźroczysta

Elektroda

Ciekły kryształ

Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

informatyka + 30

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

informatyka + 31

Ekrany plazmowe

informatyka + 32

Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie:a) obwód wyładowania,b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska.

Stałoprądowy ekran plazmowyDC-PDP

informatyka + 33

a) zasada konstrukcjib) widok przestrzenny

Przemiennoprądowy ekran plazmowy AC PDP

informatyka + 34

a) zasada budowyb) model elektryczny węzła macierzy

Ekrany plazmowe

informatyka + 35

Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu plazmowego typu AC PDP.

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 LCDjest 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

informatyka + 40

• Najważniejszą częścią każdego projektora DLP jest układ półprzewodnikowy z wbudowanym systemem sterowanych luster (DLP chip), wynaleziony przezDr. 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.

Projektory DLP – obraz w skali szarości

informatyka + 41

• 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.

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 2000:1i 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