Tresci multimedialne kodowanie przetwarzanie prezentacja

Treści multimedialne - kodowanie,

przetwarzanie, prezentacja

Odtwarzanie treści multimedialnych

Andrzej Majkowski

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

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.

Standard telewizji kolorowej PAL

i NTSC

informatyka +

4

• 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

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 2, ale nowe efektywniejsze algorytmy kompresji typu MPEG-4 part10 (H.26MPEG-4) mogą również być stosowane.

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.

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

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

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.

Dolby ProLogic II

• kompatybilny z Prologic i zwykłym stereo

• lepszy algorytm kodowania/dekodowania matrycowego

• 5 ścieżek dźwiękowych o pełnym paśmie przenoszenia.

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.

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.

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.

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.

Akustyka pomieszczenia

informatyka +

17

Metoda: Wysokość: Szerokość: Długość:

L. W. Sepmeyer 1.0 1.0 1.0 1.14 1.28 1.6 1.39 1.54 2.33 M. M. Louden 1.0 1.4 1.9 J. E. Volkmann 1.0 1.5 2.5 C. P. Boner 1.0 1.26 1.59 Standard THX 1.0 1.5 2.5

Standart: Wysokość: Szerokość: Długość:

IEC 60268-13 2.7m 5.3m 7m IEC 268-13 2.8m 4.2m 6.7m

Standardy IEC 60268-13 oraz IEC 268-13 podają wymiary zamiast proporcji

Rozstaw głośników

informatyka +

18

Przykładowy

rozstaw głośników

w systemie 5.1

Ekrany LCD – ukierunkowanie światła

Ekrany LCD – przepływ światła

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

informatyka +

23

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

DSTN (dual scan TN) – matryce

pasywne

Matryce aktywne

Budowa matryc TFT

Budowa matryc TFT

informatyka +

27

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka +

28

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka +

29

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

Ekrany plazmowe

informatyka +

32

Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie: a) obwód wyładowania,

Stałoprądowy ekran plazmowy

DC-PDP

informatyka +

33

a) zasada konstrukcji b) widok przestrzenny

Przemiennoprądowy ekran plazmowy

AC PDP

informatyka +

34

Ekrany plazmowe

informatyka +

35

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

Ekrany plazmowe

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.

Projektory 3LCD

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

Projektory DLP

informatyka +

40

• 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.

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.

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.

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.

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.