Tresci_multimedialne..

Treści multimedialne - kodowanie,
przetwarzanie, prezentacja
Odtwarzanie treści multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka +
1
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 PAL
i NTSC
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
informatyka +
4
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 MPEG4 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
• 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.
informatyka +
8
Systemy dzwięku przestrzennego
• 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.
informatyka +
9
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
Metoda:
Wysokość: Szerokość:
L. W. Sepmeyer 1.0
1.14
1.0
1.28
1.0
1.6
M. M. Louden 1.0
1.4
J. E. Volkmann 1.0
1.5
C. P. Boner
1.0
1.26
Standard THX 1.0
1.5
Długość:
1.39
1.54
2.33
1.9
2.5
1.59
2.5
Standardy IEC 60268-13 oraz IEC 268-13 podają
wymiary zamiast proporcji
Standart:
IEC 60268-13
IEC 268-13
Wysokość: Szerokość: Długość:
2.7m
5.3m
7m
2.8m
4.2m
6.7m
informatyka +
17
Rozstaw głośników
Przykładowy
rozstaw głośników
w systemie 5.1
informatyka +
18
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)
Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować
stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie
informatyka +
23
DSTN (dual scan TN) – matryce
pasywne
informatyka +
24
Matryce aktywne
informatyka +
25
Budowa matryc TFT
informatyka +
26
Budowa matryc TFT
Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD
informatyka +
27
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel bez napięcia
informatyka +
28
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem
informatyka +
29
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
30
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
31
Ekrany plazmowe
Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie:
a) obwód wyładowania,
b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska.
informatyka +
32
Stałoprądowy ekran plazmowy
DC-PDP
a) zasada konstrukcji
b) widok przestrzenny
informatyka +
33
Przemiennoprądowy ekran plazmowy
AC PDP
a) zasada budowy
b) model elektryczny
węzła macierzy
informatyka +
34
Ekrany plazmowe
Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu
plazmowego typu AC PDP.
informatyka +
35
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 LCD
jest 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
• Najważniejszą częścią każdego projektora DLP jest
układ półprzewodnikowy z wbudowanym systemem
sterowanych luster (DLP chip), wynaleziony przez
Dr. 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.
informatyka +
40
Projektory DLP – obraz w skali szarości
• 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.
informatyka +
41
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 2000:1
i 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 4segmentowy, 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