1.7.2. Функции и карты расширения видеоадаптеров

Как уже отмечалось, современные видеоадаптеры, помимо своей основной задачи, могут выполнять целый ряд дополнительных ММ функций. До недавнего времени традиционным считался подход, состоящий в том, что более высокое качество изображения может быть обеспечено лишь при выполнении этих функций отдельными специализированными устройствами. Эти устройства выполнялись в виде отдельных карт расширения ПК и соединялись с видеоадаптером через шину ввода-вывода, разъем Feature Connector или с помощью специальных высокочастотных кабелей]. В настоящее время ситуация кардинально изменилась, и все большее распространение получает другой подход. Вместо отдельного дополнительного устройства его функции начинают выполняться основным устройством. Современные наборы микросхем (chipset) отличаются настолько высокой степенью интеграции, что большинство ММ функций стало удобнее реализовать на одном мощном графическом процессоре. В результате на рынке появились мощные унифицированные видеоадаптеры, способные решать практически любые задачи: от воспроизведения цифрового видео до аппаратного ускорения 3D-графики. Примерами таких устройств являются целые семейства изделий на основе чипсетов: S3 Savage 4 компании S3; Rage 128, Rage 128 Pro, Radeon 256 компании ATI (рис.1. 26); Riva 128, Riva TNT2, Ge Force компании nVidia и многие другие [49].

К ММ функциям относятся:

• прием TV-программ и просмотр их на экране монитора;

• прием радиопрограмм;

• ввод в ПК отдельных кадров или целых видеофрагментов;

• формирование стандартного телевизионного сигнала (функция TV-out);

• воспроизведение Video-CD и DVD в полноэкранном режиме и др.

Чтобы работать с видеоматериалами на ПК, изначально использовались специальные устройства или карты расширения видеоадаптеров, позволяющие принимать и выводить на экран монитора ПК стандартный TV-видеосигнал, проводить его оцифровку, запись, обработку, обратное преобразование и вывод на домашнюю видеосистему Video Home System (VHS) – TV/VHS-устройства. Типичная цепь преобразований: TV/VHS (аналоговый сигнал) → ПК/VGA (цифровой код) → TV/VHS (аналоговый сигнал). Такого рода устройства делятся на несколько классов – от простых, позволяющих только вывести на экран видеофрагмент «аналогового видео», до сложных систем, выполняющих обработку видеокадров и нелинейный цифровой видеомонтаж (нелинейный потому, что оцифровка происходит не частями, а сразу, обеспечивается доступ к любому участку). Далее кратко рассмотрим подобные функции и устройства отдельно. Заметим, что многие ММ-функции сегодня уже могут быть реализованы программно [3].

1. Средства поддержки «живого окна» – адаптеры TV-VGA (live video window adapters). Они предназначены для вывода на экран монитора VGA в задаваемое пользователем окно «живой» видеокартинки с видеокассеты, видеодиска и т.п. Прямоугольник окна может находиться в любом месте экрана, иметь любое соотношение сторон – при выводе плата выполнит аппаратное масштабирование изображения. Делается оцифровка TV-видеосигнала в РВ и наложение – смешивание его с сигналом VGA-адаптера ПК. Так обеспечивается режим работы «с аналоговым видео», так как исходный материал на видеокассете – аналоговый. Стандарты PAL/SECAM/NTSC. Типичный представитель – плата Video Blaster (компания Creative Labs).

2. Фрейм-грабберы обеспечивают захват (оцифровку) кадра (статического изображения). Они объединяют микросхемы графические, АЦП и обработки видеосигнала, которые позволяют:

• оцифровать видеосигнал;

• сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск или выводить их непосредственно в окно на экране монитора ПК;

• редактировать «захваченное» изображение;

• сохранять отдельные кадры в популярных графических форматах (TIFF, PCX, BMP, GIF);

• иногда выполнять обратное преобразование в TV-сигнал.

3. Средства ввода и захвата видеопоследовательностей. Если на диск необходимо записать не один кадр, а их последовательность на несколько десятков секунд или минут, то обычные фрейм-грабберы уже не годятся. В этом случае требуются платы для ввода и захвата, а также вывода видеопоследовательностей (capture-play – проигрывание захваченного). Это более сложные и дорогие устройства для оцифровки, обработки и последующей записи на диск видеосюжета в виде цифрового файла. При этом должен обеспечиваться более напряженный режим РВ, так как работа идет и с монитором ПК, и с диском, что непросто, так как РВ видеосигнала связано с частотой до нескольких МГц.

Именно здесь требуется производительный интерфейс и сжатие данных. Чаще других используется разработка группы экспертов по неподвижным фотографиям, Joint Photographic Experts Group (JPEG) – метод Motion-JPEG (JPEG ориентирован на сжатие неподвижных изображений).

Средства ввода и захвата видеопоследовательностей применяются для записи фрагментов цифрового видео для клипов. Часто при этом оцифровывается не полноэкранное видео, а окно с размерами 0,3-0,5 максимальных размеров экрана.

4. TV-тюнеры принимают аналоговый видеосигнал кабельного телевидения или от антенны, видеомагнитофона, цифровой видеокамеры (DV-камеры, камкодера, camcoder), преобразуют (по типу сигнала и развертки, частоте кадров и строк), производят смешение (аналоговое или цифровое) с выходным сигналом видеоадаптера ПК, могут выполнять его оцифровку. Кроме того, TV-тюнер может:

• входить в состав MPEG-плеера (6) или фрейм-граббера (2);

• иметь микросхемы для преобразования звука;

• иметь возможность вывода телетекста;

• выполнять некоторые TV-функции (отображать номер принимаемого канала; предустанавливать и сохранять принимаемые каналы).

К числу дополнительных функций TV-тюнеров с цифровым смешением сигналов относятся:

• возможность выбора размеров окна для просмотра телепрограмм (можно выбрать либо один из фиксированных размеров 192×144, 384×288, 768×576, кратных размеру телевизионного растра, либо произвольный, установив его вручную);

• захват отдельных кадров телевизионного изображения и сохранение их в одном их графических форматов (BMP, PCX, TIFF, JPG и др.);

• ввод в ПК видеосигнала и сохранение видеопоследовательности на жестком диске в виде файла формата AVI;

• ввод в ПК звуковых сигналов и сохранение их в виде WAV-файлов с возможностью регулировки частоты дискретизации и разрядности представления (при наличии на плате FM-тюнера для приема радиовещательных стереопрограмм в диапазоне 87-108 МГц FM). Все TV-тюнеры оборудуются аналоговым аудиовыходом, сигнал с которого может быть подан либо на звуковую карту, либо на внешний усилитель;

• возможность подключения портативной видеокамеры для участия в видеоконференциях [49-50].

Возможности TV-тюнеров по захвату кадров и вводу видеосюжетов подобны соответствующим функциям специализированных карт ввода-вывода видеосигналов. Но нельзя сказать, что эти устройства равноценны по качеству оцифровки изображения. Для карт ввода-вывода это основная функция. В процессе ввода они осуществляют сжатие видеоинформации (по методу Motion-JPEG), а также выполняют функции цифровой обработки изображений. Они позволяют получить видеосюжет длительностью несколько десятков минут с высоким качеством изображения. А у TV-тюнеров возможность ввода видеосигнала является дополнительной, поэтому в их структуре не предусмотрены средства аппаратного сжатия видеосигнала. Поскольку пропускная способность шины ввода-вывода ограничена, то весьма низкими оказываются и параметры оцифрованного видеоизображения (разрешение и частота кадров). В частности, TV-тюнеры осуществляют ввод видеосигналов в формате AVI, в котором сжатие видео- и аудиоинформации практически отсутствует. Поэтому максимальное разрешение вводимого сюжета при скорости 30 кадров/с не превышает 320×240 пикселов. При увеличении разрешения система может не справиться с потоком данных, что неминуемо приведет к выпадению кадров из видеоряда [49].

5. Преобразователи VGA-TV. Это сравнительно простые устройства, преобразующие сигнал VGA-монитора ПК в стандарт TV-сигнала. Кроме платы это может быть выносное (внешнее) устройство. Используются для записи на видеомагнитофон того, что было на ПК, либо для подключения к телевизору по НЧ-входу [3].

Некоторые преобразователи VGA-TV позволяют накладывать компьютерную графику на внешний видеосигнал, например, для создания титров.

6. MPEG-плееры. Позволяют воспроизводить последовательности видеоизображений – фильмы, записанные на CD-ROM, с качеством VHS. Скорость потока сжатой информации не превышает обычно 150 Кб/с, на CD хранится 74, 80 или 90 минут «живого» видео со стереозвуком.

В отличие от Motion-JPEG или JPEG MPEG-компрессия требует существенно больше времени. Усложняет кодирование и необходимость определения для каждого видеопотока оптимального (реального) соотношения между различными видами кадров. MPEG-декодирование легче, чем сжатие. Поэтому MPEG-плееры и получили распространение. Коэффициент сжатия для Motion-JPEG – (5-100):1, для MPEG – (40-200):1 и выше.

Современные аппаратные плееры обеспечивают воспроизведение MPEG-2, а DVD-плееры – MPEG-4.

7. Платы видеографики (ввод/вывод/видеоэффекты). Это специализированные, сложные и дорогие платы, позволяющие:

• оцифровывать видеосигнал;

• выполнять цифровую обработку видеокадров с наложением дополнительных видеоэффектов. Например, наложение второго видеоряда на первый с постепенным вытеснением первого вторым.

Используются в подготовке цифрового видео, при цифровом видеомонтаже, при изготовлении профессиональных видеоклипов и компьютерных видеороликов. Например, платы TARGA [3].

8. Графические платы с ММ акселераторами. Сочетают базовые возможности графических акселераторов и выполнение некоторых ММ функций:

• цифровая фильтрация и масштабирование видео;

• аппаратная компрессия/декомпрессия видео;

• ускорение 3-D графических операций;

• поддержка «живого» видео на мониторе ПК;

• композитный видеовыход (совмещенный сигнал);

• вывод TV-сигнала на монитор.

Современные карты расширения выполняют, как правило, сразу несколько рассмотренных функций. Например, карта WinFast TV 2000 XP компании Leadtek (рис.1.41) включает TV- и FM-тюнер (88-108 МГц), может использоваться для захвата отдельных кадров и видеопоследовательностей (размеры файла могут превышать 32 Гб), поддерживает функцию «картинка-в-картинке» для просмотра телепередачи в окне при работе с другими приложениями на ПК.

Рис.1.41. Карта WinFast TV 2000 XP

Разработчики мощных видеоадаптеров, учитывая подобные тенденции, разрабатывают в рядах своих изделий линейки под названием «все в восторге» (All-In-Wonder), объединяя в одном «комбайне» все базовые функции видеоадаптера (поддержки видео, кодеков, графического процессора, акселераторов компонентов) и дополнительные ММ функции (TV-тюнер, модуль оцифровки видео и его обратного вывода, а также звуковой тракт).