Что представляет собой мультимедиа-компьютер? Ответу на этот вопрос посвящен данный раздел. Мы рассмотрим, из каких основных компонентов состоит современная мультимедиа-система, а также тенденции развития аппаратных средств мультимедиа.
Мультимедийный компьютер на сегодняшний день - это универсал, который должен уметь все и качественно. Упор делается на развлечения. Компьютер обязан качественно воспроизводить звук, полноэкранное видео, уметь работать с трехмерной графикой и т. д.
Основу аппаратной части персонального компьютера составляет центральный процессор и главная системная (или материнская) плата. Системная плата имеет специальные щелевые разъемы - слоты, в которые устанавливаются дополнительные платы, иначе - карты расширения.
В качестве карт расширения могут выступать различные по назначению устройства: видеокарта, SCSI-адаптер, сетевая плата или звуковая карта. Обратите внимание, что при перечислении дополнительных устройств были использованы три различных по написанию, но одинаковых по значению термина: «карта», «адаптер», «плата». Все эти термины служат для обозначения карты расширения. Любая плата, установленная в компьютере, содержит целый набор микросхем, или Chipset, который определяет ее функциональное назначение. Каждое устройство обычно реализуется в виде отдельной карты расширения, однако имеют место и случаи совмещения различных устройств на одной карте.
Перейдем к рассмотрению «самой важной части» мультимедийного компьютера.
Самой важной «частью» мультимедийного компьютера можно назвать многие детали, но дисплей (монитор) - самый подходящий кандидат на этот почетный титул. С экраном монитора мы постоянно контактируем во время работы, от его размера и качества зависит, насколько будет комфортно нашим глазам. И поэтому именно к монитору предъявляются едва ли не самые строгие требования.
Типы дисплеев по цветовому режиму:
Конкретный цветовой режим определяют следующие параметры:
Эта величина показывает, сколько пикселов может уместиться на экране. Понятно, что чем больше пикселов, тем менее зернистым и более качественным будет изображение. Разрешающую способность описывают две величины - количество пикселов по горизонтали и вертикали (ведь экран монитора имеет прямоугольную форму).
Стандартные режимы разрешающей способности приведены в табл. 2.
Таблица 2 Соотношение режимов разрешающей способности и диагонали экрана
| Разрешающая способность | Диагональ экрана, дюйм |
| 640 х 480 | 14 |
| 800 х 600 | 15 |
| 1 024 х 768 | 17 |
| 1 152 х 864 | 19 |
| 1 280 х 1 024 | 20 |
| 1 600 х 1 200 | 21 |
Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм = 2,54 см). Стандартные размеры диагонали экрана приведены в табл. 2.
Используются следующие типы экранов дисплеев:
Самый распространенный тип - мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Такой монитор по принципу работы ничем не отличается от обычного телевизора: пучок лучей, выбрасываемый электронной пушкой, бомбардирует поверхность кинескопа, покрытую особым веществом - люминофором. Под действием этих лучей каждая точка экрана светится одним из трех цветов - красным, зеленым или синим.
От качества трубки напрямую зависит качество изображения. Качественный экран должен быть плоским (с наименьшим искажением изображения, например, на основе трубки Flatron от LG) и черным в выключенном состоянии. Для этого применяют специальные покрытия, затемняющие экран.
Достоинства, технология эта отработана в течение десятилетий, поэтому ЭЛТ-мониторы - довольно совершенные и недорогие устройства. На их стороне - отличная яркость и контрастность изображения, низкая цена.
Несмотря на широкое распространение, мониторы на основе ЭЛТ имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих, а порой и делающих невозможным их использование. Такими недостатками являются:
Первые два недостатка не позволяют использовать эти мониторы в переносных компьютерах типа Notebook. Остальные недостатки осложняют работу оператора и наносят вред здоровью.
Альтернативой ЭЛТ-мониторам сегодня стали плоские и тонкие мониторы на основе жидкокристаллической матрицы (ЖК-мониторы или LCD).
Так же, как в ЭЛТ-мониторе, в ЖК-мониторе изображение представляет собой совокупность пикселов. Минимальным элементом изображения является не зерно люминофора, а ЖК-ячейка. В отличие от зерна люминофора, ЖК- ячейка не генерирует свет, а только управляет интенсивностью проходящего света. Для формирования изображения на экране ЖК-монитора не требуется высокое напряжение, поэтому ЖК-мониторы имеют низкое энергопотребление.
Жидкий кристалл - это вещество, которое, обладая основным свойством жидкости - текучестью, сохраняет упорядоченность во взаимном расположении молекул и анизотропию некоторых свойств, характерных для кристаллов. В жидком кристалле молекулы имеют вытянутую, в большинстве случаев сигарообразную форму, чем определяется их некоторая преимущественная ориентация. От ориентации молекул зависят некоторые физические свойства жидкого кристалла, в частности, диэлектрическая проницаемость и показатель преломления.
Итак, ЖК-ячейка - это тонкий слой жидкого кристалла (толщиной несколько десятков микрометров), заключенный между двумя стеклами из специального материала, называемыми подложками.
Принцип действия ЖК-ячейки основан на том, что ориентация молекул жидкокристаллического вещества, а вместе с ней и показатель преломления, зависят не только от ориентирующего действия подложек, но и от наличия внешнего электрического поля.
Прикладывая напряжение к подложкам ячейки, можно управлять ее оптическими свойствами. При построении ЖК-мониторов наибольшее распространение получили ЖК-ячейки с твистированной ориентацией. Их называют также твист-ячейками (от англ. twist - закручивать) или Twisted Nematic - твистированными нематическими ячейками. В качестве подложек используется специальное стекло, пропускающее свет только с определенной поляризацией. Верхняя подложка называется поляризатором, нижняя - анализатором. Между подложками находится нематическое жидкокристаллическое вещество с твистированной ориентацией молекул. Векторы поляризации подложек, так же, как и векторы их ориентирующего действия, развернуты на 90° относительно друг друга.
При отсутствии внешнего электрического поля молекулы жидкокристаллического вещества сохраняют свою ориентацию. Падающий на ячейку свет проходит через поляризатор и приобретает определенную поляризацию, совпадающую с направлением директора жидкокристаллического вещества у поверхности поляризатора. По мере распространения света по направлению к нижней подложке (анализатору), его плоскость поляризации поворачивается через него, поскольку плоскость его поляризации совпадает с плоскостью поляризации анализатора. В результате ЖК-ячейка оказывается прозрачной.
Ситуация изменяется, если к подложкам приложить напряжение 3-10 В. В этом случае между подложками возникнет электрическое поле, и молекулы жидкокристаллического вещества расположатся так, что директор будет ориентирован параллельно силовым линиям поля. Твистированная структура жидкокристаллического вещества нарушается, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света не происходит. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, и ЖК- ячейка оказывается непрозрачной.
Таким образом, ЖК-ячейка, по сути, является светофильтром с электрическим управлением (электронно-оптическим модулятором) и нуждается во внешней подсветке. В качестве подсветки используются три системы: просветная, отражательная и просветно-отражательная.
В качестве ламп подсветки ЖК-экранов используют специальные электролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением. В зависимости от места расположения подсветки экраны бывают с подсветкой сзади (backlight, или backlit) и с подсветкой по бокам (sidelight, или sidelit).
Если пиксел изображения образован единственной ЖК-ячейкой, изображение на экране будет монохромным. Для получения цветного изображение ЖК-ячейки объединяют в триады, снабдив каждую из них светофильтром, пропускающим один из трех основных цветов.
Необходимо обеспечить своевременную подачу управляющих сигналов на каждую ЖК-ячейку, соответствующую конкретному пикселу изображения, в течение одного периода кадровой развертки. В мониторах на основе ЭЛТ эта задача решается автоматически в процессе развертки, поскольку развертывающий элемент - электронный луч - обеспечивает последовательную засветку всех зерен люминофора.
В ЖК-мониторе электронного луча нет, поэтому для подачи на ЖК-ячейки управляющего напряжения используются обычные провода. Однако использовать индивидуальный провод для каждой ячейки не представляется возможным: например, для обеспечения разрешения 640 х 480 необходимо 307 200 проводов! Для решения этой задачи применяются специальные методы, подобные используемым при адресации ячеек оперативной памяти.
В современных активных или TFT-матрицах (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор) каждая ЖК-ячейка имеет «контроллер» - специальный транзистор, отдающий команды только ему. Вследствие этого «картинка» на TFT-мониторах способна меняться практически мгновенно, не оставляя на экране столь типичных для жидких кристаллов следов.
Преимущества ЖК-экрана перед ЭЛТ:
Недостатки ЖК-экрана перед ЭЛТ, существовавшие до недавнего времени, такие, как низкое качество контрастности изображения, меньшая зернистость экрана, сложность изготовления ЖК-матрицы, следовательно, высокие цены на эти мониторы, с развитием технологий практически устранены, и ЖК- мониторы успешно удерживают лидерство среди дисплеев.
В настоящее время ЖК-мониторы являются наиболее технологически отработанными представителями семейства плоскопанельных мониторов, но не единственными. Активно развиваются альтернативные технологии, например, плазменные дисплеи. В плазменных дисплеях (PDP - Plasma Display Panel) вместо жидкокристаллического вещества используется ионизированный газ. Его молекулы обладают способностью излучать свет в процессе рекомбинации (т. е. восстановления электрической нейтральности). Для приведения молекул газа в ионизированное состояние, т. е. в состояние плазмы (отсюда и происходит название данной технологии), используется высокое напряжение. При ярком свете изображение на экране плазменного дисплея выглядит немного расплывчатым. Яркость красок, контрастность, четкость и прочие параметры изображения у плазменных мониторов не уступают ЭЛТ, а размеры и энергопотребление сравнимы с ЖК. Стоимость еще выше, чем у ЖК. К тому же плазменные дисплеи применяются только для изготовления экранов большого размера - от 40 дюймов.
Электролюминесцентные мониторы (ELD - ElectroLuminescent displays) по своей конструкции аналогичны ЖК-мо-ниторам, но их принцип действия основан на другом физическом явлении: испускание света при возникновении туннельного эффекта в полупроводником p-n-переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты разверток и яркость свечения, надежны в работе. Уступают ЖК-мониторам по энергопотреблению (на ячейки подается сравнительно высокое напряжение - около 100 В), а также по чистоте цветов, которые тускнеют при ярком освещении.
Мониторы электростатической эмиссии (FED - Field Emission Displays) являются своего рода гибридом двух технологий: традиционной, основанной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической. В качестве пикселов используются такие же зерна люминофора, как в обычном кинескопе. Благодаря этому удалось получить очень чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Но активация этих зерен производится не электронным лучом, а электронными ключами, наподобие тех, что используются в TFT- экранах. Управление этими ключами осуществляется специальной схемой, принцип действия которой аналогичен принципу действия контроллера ЖК- экрана. Для работы такого монитора необходимо высокое напряжение - около 5 000 В.
Энергопотребление мониторов электростатической эмиссии значительно выше, чем ЖК-мониторов, но на 30 % ниже, чем обычных мониторов с экраном того же размера. В настоящее время эта технология обеспечивает наилучшее качество изображения среди всех плоскопанельных мониторов и самую низкую (около 5 мкс) инерционность, однако промышленные образцы размером 14-15" на рынке пока не появились.
Технология изготовления органических светодиодных мониторов (OLEDs - Organic Light-Emitting Diode displays), или LEP-мониторов (LEP - Light Emission Plastics - светоизлучающий пластик) также во многом похожа на технологии изготовления LCD- и ELD-мониторов, но экран изготавливается из специального органического полимера (пластика), обладающего свойством полупроводимости. При пропускании электрического тока такой материал начинает светиться.
Основные преимущества технологии LEP перед упомянутыми выше состоят в следующем:
Недостатками этой технологии являются: низкая яркость свечения экрана, монохромность изображения (изготовлены только черно-желтые экраны), малые размеры экрана. LEP-дисплеи используются пока только в портативных устройствах типа сотовых телефонов.
Размер экранного зерна - размер минимальной точки (зерна или пиксела) экрана, измеряемый в десятых долях миллиметра. Эта величина напрямую влияет на качество получаемого изображения: чем зерно больше, тем «грубее» изображение.
Чем выше частота развертки, тем меньше будет «рябить» экран монитора. Как правило, для комфортной работы необходимо, чтобы частота вертикальной развертки составляла от 85 до 100 Гц, т. е. чтобы изображение на экране обновлялось с частотой 85-100 раз в секунду. Более низкая частота опасна для глаз - мерцание быстро утомляет их и может привести к преждевременной потере зрения.
Изменение одного из параметров влечет за собой изменение другого: уменьшите разрешение - и возрастет количество поддерживаемых цветов или максимальная частота развертки.
Эргономика - это наука, изучающая методы улучшения условий работы оператора в рамках системы «человек - машина». Говоря об эргономичности того или иного изделия, мы подразумеваем широкий круг вопросов: привлекательный дизайн, удобство пользования, отсутствие вредных для здоровья оператора факторов и др. Эргономичный - значит, удобный для работы. В последнее время в это понятие включаются вопросы энергосбережения и охраны окружающей среды.
Факторы, негативно влияющие на здоровье оператора
Кратко рассмотрим причины, порождающие эти вредные воздействия.
Как известно из курса физики, рентгеновское излучение появляется при резком изменении скорости движения заряженных частиц. Такой эффект, в частности, имеет место в кинескопе монитора, когда испускаемые электронной пушкой электроны разгоняются, а затем резко тормозятся, попадая на экран, покрытый люминофором. Интенсивность возникающего при этом рентгеновского излучения прямо пропорциональна скорости соударения, а значит, и величине напряжения анод-катод, которое составило в первых моделях мониторов более двух десятков киловольт.
Источником ультрафиолетового и инфракрасного излучения является люминофорное покрытие, которое разогревается при электронной бомбардировке до высокой температуры и само превращается в источник излучения.
Низкочастотные электромагнитные поля являются в основном результатом работы блока развертки и магнитной отклоняющей системы кинескопа, через которую протекает достаточно сильный переменный ток.
Наличие электростатического поля обусловлено скоплением на экране кинескопа избыточного отрицательного заряда за счет действия электрического пучка.
Блики экрана обусловлены отражением падающего света от внешней поверхности экрана. Их интенсивность зависит от способа обработки лицевой части колбы кинескопа. Блики максимальной интенсивности наблюдаются, когда наружная часть экрана представляет собой обычное, ничем не обработанное стекло.
Каждый из этих факторов в отдельности способен нанести ощутимый вред здоровью оператора, а при совместном воздействии - тем более. Следовательно, необходимо определить максимально допустимые уровни вредных излучений, а также пути их снижения. С этой целью ряд национальных и международных организаций, в частности, международная организация стандартизации ISO (International Standard Organization), разработали свои документы (спецификации), в которых определены требования к монитору ПК с точки зрения эргономики. Однако наиболее известны разработки шведских организаций. (Сформулированные ими требования являются наиболее жесткими и обеспечивают наилучшую защиту оператора).
Такими организациями являются:
Отметим, что аббревиатуры MPR и ТСО образованы первыми буквами шведских слов, поэтому они не согласуются с приведенным в скобках английским переводом названия организаций.
Первоначально при сертификации мониторов ПК получила распространение спецификация MPR, однако в дальнейшем производители компьютерного оборудования стали в большей степени ориентироваться на спецификацию ТСО, как более современную и строгую.
Наиболее авторитетные и всеобъемлющие рекомендации предлагает ТСО, которая при подготовке и выпуске своих документов активно сотрудничает еще с тремя организациями:
Эти организации разработали свои документы (спецификации) и мониторы, удовлетворяющие требованиям, сформулированным в них, получают соответствующую маркировку. В частности, в рекламных объявлениях можно встретить такие обозначения: ТСО 92, ТСО 95.
Наиболее жесткие требования к мониторам сформулированы в документе ТСО 92.
Как следует из вышеизложенного, далеко не каждый монитор на самом деле имеет право носить логотип ТСО 92. В первую очередь, это касается изделий типа Noname из Юго-Восточной Азии. К настоящему времени сертификат ТСО 92 получили только 600 моделей мониторов на основе ЭЛТ и 45 плоскопанельных мониторов.
В настоящее время действует новая спецификация - ТСО 99. Так же как и ТСО 95, она основана на концепции «четыре Е» (Emissions, Energy, Ergonomics, Ecology - излучения, энергосбережение, эргономика, экология) и устанавливает аналогичные предельные уровни излучений, однако по каждому из разделов имеется ряд отличий:
Проблемами энергосбережения занимаются не только шведские организации. Американское агентство EPA (US Environmental Protection Agency - американское агентство по охране окружающей среды) давно и успешно реализует программу Energy Star, обеспечивающую энергосберегающие функции компьютера. Компьютерное и другое оборудование, удовлетворяющее требованиям ЕРА, принято называть «зеленым» (например, «зеленые» мониторы, «зеленые» материнские платы и т. п.). Таких изделий сегодня подавляющее большинство. Например, «зеленую» материнскую плату легко отличить по характерному логотипу, появляющемуся в правом верхнем углу экрана монитора при включении компьютера.
Оборудование, соответствующее спецификации Energy Star, должно:
Для реализации видеосистемой ПК энергосберегающих функций ассоциация VESA разработала специальный стандарт на систему управления энергопотреблением монитора - DPMS (Display Power Management Signaling). Требования спецификации этого стандарта заметно отличаются от требований ТСО 92 и в настоящее время устарели. Однако большинство находящихся сегодня в эксплуатации мониторов поддерживают именно стандарт DPMS.
Стандарт DPMS предусматривает четыре состояния (режима) монитора (в порядке убывания потребляемой мощности):
Переход из режима в режим осуществляется под управлением DPMS- контроллера монитора и аналогичных схем на материнской плате и видеоадаптере (очевидно, что для реализации всех этих функций они также должны быть «зелеными»). Эти схемы непрерывно контролируют фактическую загруженность отдельных компонентов и компьютера в целом. При отсутствии взаимодействия оператора с компьютером (отсутствуют сигналы от клавиатуры и мыши, процессор не занят решением задач и вводом/выводом информации и др.) DPMS-контроллеры организуют последовательный перевод видеосистемы из первого состояния в новое состояние, четвертое. Интервалы времени, через которое должно производиться переключение в новое состояние, обычно задаются в программе CMOS Setup.
Акустическая система - важная часть современного мультимедийного компьютера. Выбор звуковых колонок - столь же ответственная операция, как и выбор звуковой платы.
Для более качественного воспроизведения лучше всего приобрести внешние колонки. Существуют компьютерные мультимедийные мониторы со встроенными в корпус колонками, но они не дадут такого качества звучания, как внешние колонки. Но за качество звука придется заплатить местом на рабочем столе. Это единственный недостаток внешних колонок по сравнению со встроенными. Не забывайте о том, что вблизи от компьютера следует располагать только экранированные колонки, обычные стереоколонки могут повредить его.
Пассивные колонки не имеют собственного блока питания и питаются от напряжения на выходе звуковой платы. Их единственное достоинство - очень низкая цена. Наибольший интерес для пользователей, которые хотят получить чистый и мощный звук, представляют активные колонки, т. е. колонки с отдельным блоком питания. Главное достоинство активных колонок - возможность подключения к линейному выходу звуковой карты (Line OUT). Это позволяет получать более качественный звук, так как встроенный в звуковую карту усилитель может вносить дополнительные искажения. Предпочтителен вариант, когда активные колонки питаются от электрической сети.
На одном из динамиков активной акустической системы располагаются органы управления: кнопка включения питания (Power), регулятор уровня громкости (Volume), регуляторы низких (Bass) и высоких (Tremble) частот, регулятор изменения стереопанорамы (Balance), дополнительный разъем для подключения головных телефонов (Phones).
В акустической системе может быть:
Рекомендуемая мощность колонок - 15-20 Вт на колонку. Часто производители пишут на упаковке 120 Вт, 200 Вт... Однако обозначают эти цифры не номинальную, а пиковую музыкальную мощность PMPO (Peak Music Power Output). При этом номинальная мощность будет в десятки раз ниже пиковой.
Расположение колонок: для достижения качественного стереофонического звучания необходимо, чтобы слушатель сидел на расстоянии в полтора раза большем, чем расстояние между колонками, и посередине (зона максимального стереоэффекта).
Диапазон частот, который должны поддерживать колонки, 20-20 000 Гц (диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом): стереоколонки воспроизводят средние и высокие частоты (100-20 000 Гц), а sub-woofer - низкие (20-200 Гц).
Специальные возможности: некоторые колонки, помимо стандартных регуляторов высоких/низких частот, громкости и баланса, имеют кнопки для включения специальных эффектов - ЭЭ-звук, Dolby Surround, специальный режим обработки звуков DSP и т. д.
Имеет значение материал корпуса колонок. Деревянный корпус дает более ровную звуковую картину (плюс с точки зрения меломана), а пластиковые колонки гораздо ярче и насыщеннее воспроизводят высокие частоты (плюс с точки зрения игромана).
При покупке акустической системы следует проверить ее работу во всем диапазоне мощности. Нелинейные искажения становятся особенно заметны при большой громкости звука: колонки начинают хрипеть, а уровень шумов становится непереносимым.
У истоков технологии виртуальной реальности стоят Айвен Сазерленд, Джарон Ланье и Том Зиммерман. С их именами связаны первые шаги в этом направлении.
В 60-х гг. XX в. Сазерленд изобрел прототип видеошлема, ставший впоследствии одним из основных элементов систем виртуальной реальности. Огромный импульс в развитии этого направления дали работы Зиммермана - автора идеи интерактивной перчатки - и Ланье, разработавшего программное обеспечение. Именно он впервые предложил термин virtual reality и стал признанным авторитетом в этой области. Но для пользователей ПК проникновение в мир виртуальной реальности началось с продажи первых моделей бытовых шлемов виртуальной реальности и стереоочков.
Принцип работы шлема: два небольших жидкокристаллических монитора - один для правого, другой для левого глаза - приближены к глазам на расстояние нескольких сантиметров. Близость экранов к глазам приводит практически к мгновенной утомляемости.
Принцип работы очков: сами по себе очки ничего не показывают. А могут они лишь одно - попеременно прикрывать то один, то другой глаз специальными жидкокристаллическими «заслонками». Этот процесс происходит с большой скоростью, а параллельно ему на экран монитора подаются картинки для левого и правого глаза. За счет попеременной демонстрации картинки снижается частота вертикальной развертки до 60 Г ц, при том, что для нормальной работы рекомендуется 85-100 Гц. Опять возникает эффект быстрой утомляемости глаз.
К устройствам виртуальной реальности иногда относят и игровые манипуляторы-джойстики. Создавался джойстик на специальных тренажерах в сугубо военных целях: он должен был максимально близко походить на реальные средства управления той или иной машиной.
Сегодня существует множество видов джойстиков, абсолютно не похожих друг на друга. Рули с педалями, штурвалы, геймпады (игровые доски) и т. д. Собственно джойстик - это управляющая ручка с несколькими кнопками. Новые джойстики обладают «обратной связью»: при стрельбе ручка дает существенную отдачу, штурвал обладает ощутимым сопротивлением, совсем как в настоящих летательных аппаратах, а руль виртуальной гоночной машины трясется на игровых ухабах.
Виртуальная реальность (ВР) - одно из немногих понятий в современной науке, допускающее различные ассоциации и толкования. Некоторые воспринимают виртуальную реальность как совокупность специальных технологий и устройств вроде шлемов-дисплеев или перчаток. Другие получают представление о ВР из художественной литературы, игр и фильмов. Для третьих она ассоциируется со стереокино. В общем, существует множество различных мнений [5].
Нужно заметить, что специалисты редко употребляют термин «виртуальная реальность». Профессионалы, работающие в этой области, чаще используют такое понятие, как «виртуальное окружение», т. е. некая обобщенная среда, охватывающая многие аспекты организации взаимодействия реального мира человека с виртуальным пространством, синтезированным компьютером. Чтобы упростить понимание, имеет смысл дать некое общее определение термина «виртуальная реальность», которое в дальнейшем будет дополняться новым смыслом. Итак, виртуальная реальность - это технология, которая построена на обратной связи между человеком и миром, синтезированным компьютером, а также способ, с помощью которого человек визуализирует цифровой мир, манипулирует им и взаимодействует с компьютером.
Чтобы разобраться, что же такое интерактивность, рассмотрим типы виртуальной реальности.
Трекинг в ВР - это особая технология, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Она направлена на точное определение координат и позиции реального объекта (например, руки, головы или устройства) в виртуальной среде с помощью трех координат (x, y, z) его расположения и трех углов (a, b, g), задающих его ориентацию в пространстве.
Рассмотрим некоторые периферийные устройства с функцией трекинга, разработанные специально для систем ВР:
Носимый монитор и виртуальный шлем - совершенно разные понятия с точки зрения лингвистики. Внешне устройства не имеют никаких отличий кроме цвета. На самом деле, внутренние отличия также минимальны. Носимый монитор, он же HMD (Head Mounted Display), предназначен для того, чтобы заменить человеку обычный настольный монитор. Это устройство состоит из двух миниатюрных экранов для глаз и наушников. В каждом из окуляров HMD отображается идентичная картинка, и пользователь видит перед собой виртуальный экран диагональю примерно 70", расположенный на расстоянии четырех метров (размер виртуального экрана и расстояние до него зависят от модели носимого монитора). HMD может подключаться как к VGA выходу видеокарты, так и к видеовыходу DVD-плеера или любой другой бытовой техники. На огромном виртуальном экране можно смотреть видео, играть в компьютерные игры, а при желании даже работать с обычными офисными программами. Вот почему изначально носимые мониторы создавались для работы с носимыми компьютерами - компактными ПК, умещающимися в карман и не имеющими собственного экрана. Но идея носимого компьютера уступила обычным КПК, и теперь носимые мониторы используют, в основном, для просмотра видео.
Компакт-диски, изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно вошли на рынок компьютерных устройств. Оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 г. Было решено, что стандарт рассчитан на 74 минуты звучания «Red Book». Когда 74 минуты пересчитали в байты, получилось 640 Мбайт (« 650 Мб).
Если этот легкий, стойкий и дешевый серебристый диск может нести на себе звук, то почему бы ему не нести и другую информацию. В итоге после долгих переговоров между крупнейшими фирмами, такими как Sony, Matsushita, Mitsumi и др., был выработан единый стандарт CD-ROM - устройств для чтения данных, записываемых на компакт-дисках.
Сама технология лазерной записи информации на компакт-дисках появилась задолго до рождения ПК. Приоритет в разработке «лазерной» технологии принадлежит советским ученым Прохорову и Басову и американцу Таунсу, создателям первых «холодных» лазеров, которые и легли в основу не только компакт-дисков, но и многих других компьютерных и бытовых устройств. В 1964 г. ученые удостоены Нобелевской премии, а через четыре года компанией Philips был получен первый патент на лазерную запись данных.
Первые приводы имели единичную скорость (Single speed), равную 150 Кбайт/с. Модели накопителей с удвоенной скоростью появились в 1992 г. Приводы с утроенной и с учетверенной скоростью - в начале 1994 г. Сегодня речь уже идет о скорости, увеличенной в 16, 24, 32, 48, 50 и более раз.
Как и в компакт-дисках, применяемых в бытовых CD-плеерах, информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на поликарбонатной подложке диска, покрытой тонким слоем отражающего свет металла (обычно алюминия). При промышленном производстве компакт-дисков неотражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресс-формой. Сверху на компакт-диск наносится прозрачное покрытие из лака, защищающее информацию от повреждений.
При чтении диска луч лазера отражается от «чистых» участков, а на углублениях рассеивается. Таким образом, углубление дает ноль, а отражающий свет участок - единицу.
По внешнему виду и размеру компакт-диски, используемые в компьютерах, не отличаются от дисков, применяемых в бытовых CD-плеерах. Однако компьютерные устройства для чтения компакт-дисков стоят существенно дороже. Это и неудивительно, ведь чтение программ и компьютерных данных должно выполняться с более высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение компакт-дисков, используемое в компьютере, осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности.
Поскольку компакт-диски часто содержат звуковую информацию, на передней панели устройства для чтения компакт-дисков обычно расположены гнездо для подключения наушников и регулятор громкости.
Видов информации на диске, точнее форматов ее записи и хранения на CD- ROM, может быть несколько. Поэтому было выработано несколько основных стандартов, которым должен был отвечать CD-ROM. Каждый из этих стандартов определяет способность CD-ROM читать какой-либо тип данных:
Современные приводы CD-ROM способны читать все стандарты, и те проблемы, которые существовали вначале (этот не хочет читать видеодиски, тот - звуковые), остались в прошлом.
Из множества дисководов, появившихся в разное время, на сегодняшний день активно используются следующие виды:
Компьютер на одной плате - так можно назвать самую сложную и многофункциональную из входящих в состав компьютера плат (другие названия видеоплата, видеоадаптер) [6].
Работа с графикой - одна из самых трудных задач, которую приходится решать ПК: сложные изображения, миллионы цветов и оттенков. Для этой работы приходится устанавливать на плате второй мощный процессор.
Количество цветов или глубина цвета (8 бит - 256 (Low Color), 16 бит 65 536 (High Color), 24 бит - 16,7 млн. (True Color), 32 бит - 16,7 млн. + а- канал).
Разрешающая способность (количество пикселов на дюйм). Стандартные значения разрешающей способности: 640 х 480, 800 х 600, 1 024 х 768, 1 280 х 1 024, 1 600 х 1 200.
Эти два параметра вместе называются видеорежим (например, режим 800 х 600 / 256 или 1 024 х 768 / 256), и для качественной работы ПК их значения должны совпадать со значениями аналогичных параметров дисплея.
Чипсет (набор микросхем), установленный на плате. В настоящее время самым популярным чипсетом для видеокарт является GeForce 4 компании NVIDIA.
Видеопамять. Видеокарте требуется собственная память. Чем больше ее объем, тем качественнее будет выглядеть изображение на экране дисплея и быстрее будут работать игры. Объем видеопамяти сегодня - 32 Мб, 64 Мб, 128 Мб, 512 Кб, 1 Гб. Тип видеопамяти, наряду с ее объемом, имеет решающее значение.
Видеопамять бывает разных типов:
Режим AGP4x/8x: AGP (Advanced Graphics Port) - более быстрый тип шины (по сравнению с ранее использовавшимся PCI), синхронизируется частотой 66 МГц. AGP позволяет видеокарте напрямую обмениваться информацией с центральным процессором и системной памятью, первоначально использовался для ускорения обработки 3-мерных текстур в играх. Режим AGP4x поддерживает скорость передачи данных 1,06 Гб/с (однократный - 256 Мб/с, 2-кратный - 528 Мб/с), режим AGP8x - скорость свыше 2 Гб/с. Для обеспечения режима на системной плате должен быть разъем AGP
Частота развертки (Refresh Rate - регенерация экрана) - не менее 85, 90, 100 Гц. Меньшие частоты развертки создают заметное глазом мерцание экрана и способствуют быстрой утомляемости глаз.
Частота RAMDAC (ЦАП для преобразования кода цвета пиксела в аналоговый сигнал) - чем выше частота RAMDAC, тем выше может быть частота регенерации, рекомендуемые значения от 170 до 350 МГц.
Тип графики, поддерживаемый видеокартой: 2D-dimension или 3D- dimension (2-мерная или 3-мерная графика).
Поддержка видеовыхода позволяет вывести изображение с компьютера на телевизор, эта функция может быть встроена в видеокарту (в этом случае плата имеет специальный разъем) или реализована с помощью отдельной платы или внешнего модуля PC2TV.
Поддержка видеовхода - ввод изображения с аналоговых видеокамеры и видеомагнитофона, качество оцифровки невысокое, более высокое качество дает дополнительная плата видеозахвата или внешнее устройство захвата, которые позволяют не только «захватывать» изображение с аналогового источника, но и сжимать его.
Для осуществления функции приема телевизионного сигнала и просмотра его на мониторе используются устройства TV-тюнеры. Аналогично предыдущим функциям TV-тюнеры могут быть различного исполнения:
Автономные внешние, подключаются не к компьютеру, а непосредственно между монитором и видеокартой, обеспечивают лучшее качество и независимы от ПК, но не имеют функции записи видеоизображения в компьютер, в то время как все встроенные и USB-тюнеры могут захватывать и сохранять в памяти компьютера не только отдельные кадры, но и короткие видеофрагменты.
Большинство современных звуковых карт позволяют решать следующие задачи [5, 6]:
Классическая звуковая карта представляет собой совокупность нескольких разнородных устройств (синтезатор, устройство записи/воспроизведения и др.), смонтированных на одной печатной плате. Некоторые (если не все) устройства звуковой карты могут входить в состав одной микросхемы.
Состав звуковой карты зависит от конкретной модели. Так, например, существуют звуковые карты без синтезаторов или без устройств записи/воспроизведения. С учетом сказанного будет уместно объединить все устройства звуковой карты по функциональному назначению в логические блоки, или модули, и рассмотреть их раздельно, учитывая, однако, что объединение это весьма условно.
В общем случае в звуковой карте можно выделить следующие модули:
Модуль записи/воспроизведения звука осуществляет аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Модуль включает в себя АЦП, ЦАП и блок управления.
Состав элементов модуля синтезатора определяется способом синтеза, реализуемого звуковой картой. Чаще всего синтезатор состоит из одной микросхемы, однако могут быть две-три вспомогательные микросхемы. Многие карты для обеспечения совместимости с современными стандартами могут осуществлять и FM- и WT-синтез (см. подразд. 7.10).
Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными с устройствами, внешними по отношению к звуковой карте. Прежде всего, системный интерфейс - связь звуковой карты с системной платой. Этот интерфейс определяет производительность звуковой системы в целом. В настоящее время предпочтение отдается звуковым картам для 32-разрядной шины данных вместо 16-разрядной, имеющим интерфейс PCI вместо ISA.
Важным элементом модуля интерфейсов является специальный MIDI- процессор - MIDI Processing Unit (MPU). MPU осуществляет обмен MIDI- командами с внешними и/или внутренними MIDI-устройствами. Внешние MIDI-устройства, например, MIDI-клавиатура, соединяются с ПК с помощью специального адаптера, подключаемого к разъему Joystick/MIDI, расположенного на монтажной скобе звуковой карты. Внутренние MIDI- устройства, как правило, дочерние платы с WT-синтезатором, соединяются со звуковой картой с помощью специального разъема на карте.
Модуль микшера осуществляет коммутацию и сведение входных и выходных сигналов, а также регулирование их уровней.
Практически любая звуковая карта имеет следующие разъемы:
Набор микросхем звуковой карты однозначно определяет ее возможности. Однако производители звуковых карт редко приводят технические характеристики своих изделий и упоминают лишь о совместимости, например, с Sound Blaster или Windows Sound System. И все-таки скупые строки описания звуковой карты позволяют сделать кое-какие выводы о ее способностях.
Приведем характеристики звуковой карты, на которые следует обращать внимание, особенно на этапе ее выбора:
Как известно, человек определяет на слух положение источника звука в пространстве, анализируя при этом соотношение фаз и амплитуд звуковых сигналов, принимаемых каждым ухом. Например, если звук идет слева, то он достигнет левого уха раньше, чем правого, и будет громче, чем достигший правого уха. Из-за разницы поступления звуковой волны к разным сторонам головы возникает небольшое несовпадение фаз звуков, воспринимаемых правым и левым ухом.
Очевидно, что слух человека несовершенен. При определении местоположения источника звука большая часть из доступной информации воспринимается в горизонтальной плоскости (т. е. по азимуту или «по узлу компаса»); при этом звуки, исходящие спереди и сзади, при отсутствии дополнительной информации, человек различает уже плохо.
Обычный стереофонический сигнал не содержит информации о том, что источник звука перемещается в пространстве, например, в вертикальной плоскости. Поэтому многие современные звуковые системы поддерживают технологии создания пространственного (объемного трехмерного) звучания, которое по аналогии с трехмерным изображением принято называть 3D Sound (Three Dimensional Sound). Важно отметить, что пространственное звучание реализуется при использовании акустических систем с ограниченным количеством элементов, например, при использовании наушников или стереофонической акустической системы.
Существующие технологии 3D Sound условно можно разделить по функциональным возможностям на следующие группы:
Технологии Stereo Expansion и Virtual Surround широко используются в устройствах бытовой электроники - стереофонических музыкальных центрах, системах домашнего кинотеатра, видеоиграх и т. п.
В звуковых системах компьютера наиболее часто используются технологии из группы Positional 3D Audio. Технологии Stereo Expansion и Virtual Surround используются в компьютере в том случае, когда последний выполняет некоторые функции устройств бытовой электроники, например, воспроизводит CD-DA или DVD.
Технологии 3D Sound, моделируя звуковое окружение, включают недостающую дополнительную информацию в звуковой поток в форме различий амплитуд, фаз и (или) временных задержек между выходными каналами. В результате при прослушивании 3D-звука создается ощущение, что источник звука выходит за пределы горизонтальной плоскости.
Наиболее естественная область применения 3D-звука в ПК - компьютерные игры, в которых моделируется трехмерное окружение.
Для того чтобы создать реалистическое интерактивное звуковое сопровождение игры, разработчики учитывают расположение различных источников звука в трехмерном пространстве, а также воздействие окружающей среды на распространение звука в моделируемом пространстве.
Как известно, при распространении звука в реальном пространстве происходит его отражение от различных поверхностей, частичное или полное поглощение при прохождении через преграды, изменение параметров в результате «огибания» различных объектов на пути распространения (дифракция) и т. п. Все это влияет на звук, который слышит человек. Следовательно, чтобы максимально приблизить моделируемое звуковое окружение к реальному, технологии 3D Sound должны учитывать и моделировать все процессы распространения звука.
Часто, когда речь заходит о моделировании трехмерного звукового окружения, используются термины реверберация, окклюзия, обструкция, которые обозначают различные звуковые эффекты.
Отражение звуков в реальности может создавать ясно различимое эхо, но чаще результатом является то, что называют «reverberation» (реверберация, т. е. многократно отраженный звук), или для краткости «reverb». Реверберация - это совмещение множества эхо в тесном пространстве, так что они воспринимаются на слух как единый звук, который следует за исходным и затухает, причем степень длительности затухания напрямую зависит от свойств окружающего пространства.
Эффект реверберации достаточно широко применяется не только в трехмерных, но и в обычных звуковых системах. Путем изменения параметров реверберации моделируются акустические свойства помещения, например, концертного зала или узкого подвального коридора.
Звуки, например, от источников, расположенных в другом помещении или по другую сторону стены, прошедшие через препятствие, получили название «окклюзий» (occlusions). Окклюзии имеют свойства, при изменении которых меняются характеристики звукового сигнала в целом. В результате, путем изменения свойств окклюзий моделируется ослабление звука стеной из определенного материала (металл, кирпич, ковровое покрытие) заданной толщины.
Обструкции (obstructions) - это звуки, задержанные препятствием. Использование свойств обструкции позволяет моделировать дифракцию звука для создания ощущения, что источник звука находится в той же окружающей среде, что и слушатель, но закрыт от него преградой. Так, использование этого свойства может сделать звучание голоса таким, будто его источник расположен за большой колонной в той же комнате, что и слушатель, и при этом звук не проходит сквозь колонну.
Отметим, что существующие алгоритмы BD-звука могут быть реализованы либо программно, либо аппаратно. Обе реализации, в принципе, эквивалентны, но при аппаратной реализации всегда можно добиться более высокой частоты дискретизации (например, 48 кГц) и большей степени параллельности вычислений (т. е. большего количества одновременно используемых звуковых потоков и эффектов). Например, в аппаратной части могут протекать одни процессы, такие как воспроизведение виртуального surround-звука, а ввиду разгрузки CPU (BD-звук рассчитывается специальным процессором) становится обычным делом использование дополнительных функций одновременно с позиционированием источников BD-звука в пространстве. Возможно также использование более сложных алгоритмов для процесса позиционирования источников BD-звука.
Одним из показателей пригодности звуковой карты к работе является ее совместимость с наиболее популярными моделями звуковых карт, ставшими своего рода «стандартами» для производителей аппаратных и программных средств. Совместимость карты с одним из существующих стандартов означает, что программные продукты, имеющие звуковое сопровождение, соответствующее стандартным звуковым картам, будут правильно работать на вашем компьютере.
Как вы понимаете, звуковая карта становится стандартом в результате ее признания и программистами, и пользователями. Так произошло со звуковыми картами семейства Sound Blaster, которые выпускает фирма Creative Labs.
До появления Sound Blaster основным стандартом считались карты AdLib, пожалуй, самые простые и дешевые из звуковых карт. Первые, ставшие стандартом звуковые карты AdLib, были построены на базе FM-синтезатора фирмы Yamaha (микросхема YM-3812) и могли достаточно неплохо воспроизводить музыку с полифонией в 11 голосов. Точно такой же синтезатор, кстати, входит в чипсет OPL2. Карты этого типа монофонические, но в них часто используется принцип псевдостерео, когда, например, в один из каналов сигнал подается инвертированным и с небольшой задержкой. Этим достигается некоторая объемность звучания, заметить которую достаточно трудно, поэтому звук воспринимается все-таки как монофонический.
Звуковые карты AdLib не обрабатывали цифровой звук, поэтому карты Sound Blaster, в которых такая возможность была предусмотрена, очень скоро вытеснили AdLib с рынка и стали новым стандартом. Следует отметить, что все карты семейства Sound Blaster совместимы с картами семейства AdLib снизу вверх, т. е. могут воспроизводить все, что и AdLib.
Стандарт Sound Blaster возник благодаря огромному количеству приложений (если точнее, игр) под DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с учетом особенностей звуковых карт одноименного семейства. Игры под DOS на аппаратном уровне используют четыре устройства (модуля) звуковой карты:
Совместимость звуковой карты со стандартом Sound Blaster означает, что на карте имеются все перечисленные устройства.
Другим «стандартом» для звуковых карт стало изделие фирмы Microsoft Windows Sound System (WSS). WSS является комплексным решением, поскольку имеет звуковую карту и пакет программ, ориентированный преимущественно на бизнес-приложения. В этой связи совместимость какой- либо карты с Windows Sound System понимается двояко:
Дополнительно для звуковой карты может указываться совместимость с MIDI, MPU-401, MT-32 и т. п.
При смешении сигналов основные проблемы возникают с видеоизображением. Различные ТВ-стандарты, существующие в мире (NTSC, PAL, SECAM), применение разных мониторов и видеоконтроллеров диктует разнообразие подходов в разрешении возникающих проблем. Однако в любом случае требуется синхронизация двух изображений, для чего служит устройство генлок^Ыоск). С его помощью на экране монитора могут быть совмещены изображение, сгенерированное компьютером (анимированная или неподвижная графика, текст, титры), и «живое» видео. Если добавить еще одно устройство - кодер (encoder), компьютерное изображение может быть преобразовано в форму ТВ-сигнала и записано на видеопленку «Настольные видеостудии», являющиеся одним из примеров применения систем мультимедиа, позволяют готовить совмещенные компьютерные видеоклипы, титры для видеофильмов, помогают при монтаже кинофильмов. Системы такого рода не позволяют как-то обрабатывать или редактировать само аналоговое изображение. Для того, чтобы это стало возможным, его необходимо оцифровать и ввести в память компьютера.
Новейшие видеоадаптеры имеют средства связи с источниками телевизионных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии / декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени. Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на IBM PC совместимых компьютеров. Условно эти устройства можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cupture play), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGA-TV и др.
Эти устройства выполняются обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал, поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкодера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств таких, как MPEG-плейеры или фреймграбберы. Некоторые из них имеют встроенные микросхемы для преобразования звука. Ряд тюнеров имеет возможность для вывода телетекста.
Появились примерно 8 лет назад. Как правило, они объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера. Содержимое буфера обновляется каждые 40 мс, т. е. с частотой смены кадров. Вывод видеосигналов происходит в режиме наложения (overby). Для реализации окна на экране монитора с «живым» видео карта фреймграббера соединена с графическим адаптером через 26-контактный Feature коннектор. С ним обычно поставляется пакет Video for Windows, вывод картинки размером 240 х 160 пикселов при воспроизведении 256 цветов и больше. Первые устройства: VideoBlaster, Video Spigot.
Преобразователи VGA-TV
Данные устройства транслируют сигнал в цифровом образе VGA - изображения в аналоговый сигнал, пригодный для ввода на телевизионный приемник. Производители обычно предлагают подобные устройства выполненные либо как внутренняя ISA карта, либо как внешний блок.
Ряд преобразователей позволяет накладывать видеосигнал, например, для создания титров. При этом осуществляется полная синхронизация преобразованного компьютерного сигнала по внешнему (gtnlok). При наложении формируется специальный ключевой (key) сигнал трех видов: 1) lumakey, 2) chromakey, 3) alpha chanel.
Данные устройства позволяют воспроизводить последовательность видеоизображений (фильмы), записываемых на компакт-дисках качеством VNS. Скорость потока сжатой информации не превышает обычно 150 Кбайт/с. Основная сложность задачи, решаемой MPEG-кодером, состоит в определении для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: (I)ntra, (P)redicted и (B)idirectional. Первым MPEG- плейером была плата Reel Magic компании Sigma Desing в 1993 г.
На современных звуковых картах синтезатор звука устанавливается в обязательном порядке, причем по своим возможностям он зачастую не уступает профессиональному, установленному в музыкальных синтезаторах.
В звуковых платах существует два основных метода синтеза звука (процесс создания электронного аналога реального звука): таблично-волновой (WT) и на основе частотной модуляции (FM).
В первых звуковых картах для получения звуков использовался синтез звука с помощью генераторов прямоугольных импульсов (Square Wave). Позже ему на смену пришел синтез звука на основе частотной модуляции (ЧМ). В документации на звуковую карту вы, скорее всего, встретите английское название - Frequency Modulation Synthesis, или FM-синтез.
FM-синтез применяется практически во всех недорогих звуковых картах. Качество звука при использовании FM-синтезатора вполне приемлемо и в большинстве случаев способно удовлетворить запросы неискушенных пользователей.
Частотная модуляция - синтез на основе использования нескольких генераторов сигнала (обычно синусоидального) с взаимной модуляцией.
Каждый генератор управляется схемой, регулирующей частоту и амплитуду сигнала и представляющей собой базовую единицу синтеза - оператор. Чаще всего в звуковых платах применяется двухоператорный (OPL2), а иногда четырехоператорный (OPL3) синтез. Большинство плат поддерживают режим OPL3, но стандартное программное обеспечение для совместимости обеспечивает работу в режиме OPL2. Схема соединения операторов (алгоритм) и параметры каждого оператора (частота, амплитуда и закон их изменения во времени) определяют тембр звучания. Число операторов и схема управления ими задают максимальное качество синтезируемых тембров.
Метод частотной модуляции имеет свои достоинства: нет необходимости заранее записывать звуки инструментов и хранить эту информацию в ПЗУ на плате; разнообразие получаемых звучаний велико, легко повторить тембр на различных платах с совместимыми синтезаторами. Недостатки метода: трудно обеспечить достаточно благозвучный тембр во всем диапазоне звучаний; имитация звучания реальных инструментов крайне грубая; сложно организовать тонкое управление операторами, из-за чего в звуковых платах используется упрощенная схема с небольшим диапазоном возможных звучаний.
Более качественное и реалистическое звучание имеют звуковые карты с синтезом звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis - WT-синтез). Иногда WT-синтез называют просто волновым синтезом.
Таблично-волновой синтез основан на воспроизведении сэмплов - заранее записанных в цифровом виде звучаний реальных инструментов. Если все варианты звучания инструмента занимают немного времени, они обычно записываются полностью, в других случаях записывают лишь начало, конец и небольшую «среднюю» часть, которая при воспроизведении звука большой длительности проигрывается в цикле в течение нужного времени. Чтобы получить звук нужной высоты, применяют изменение скорости воспроизведения записи. Сложные синтезаторы для воспроизведения каждой ноты применяют параллельное проигрывание нескольких сэмплов и дополнительную обработку звука (модуляцию, фильтрацию, различные звуковые спецэффекты и т. п.). Большинство звуковых плат содержат встроенный набор звучаний инструментов, записанных в ПЗУ, некоторые платы допускают использование записей, дополнительно загружаемых в ОЗУ
Достоинства этого метода синтеза звука: реалистичность звучания классических инструментов и простота получения звука. Недостатки: приходится ограничиваться жестким набором заранее подготовленных тембров, многие параметры которых нельзя изменять в реальном времени, большие объемы памяти для сэмплов (иногда до сотен Кб на инструмент), неодинаковое звучание разных моделей синтезаторов из-за различающихся наборов стандартных инструментов.
В заключение отметим «появление» в некоторых моделях звуковых карт программных (виртуальных) синтезаторов на основе физического моделирования.
В отличие от синтеза звука на основе таблицы волн, где в качестве исходных выступают оцифрованные звуки реальных музыкальных инструментов, записанные в ПЗУ, физическое моделирование предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде соответствующих волновых форм, которые затем конвертируются в звук при помощи ЦАП. Например, существует точное математическое описание явлений, происходящих в саксофоне: в качестве источника колебаний воздуха выступает трость, затем звук усиливается и тембрально окрашивается в резонаторе, в качестве которого используется изогнутая металлическая труба. В синтезаторе сначала производится расчет сложных колебаний воздуха, которые возникают под влиянием колебаний трости, затем на основании полученных данных создается цифровое подобие этих колебаний, после чего рассчитываются все изменения, происходящие со звуком в резонаторе.
Остается только преобразовать цифровую модель звука в электрические колебания, с чем успешно справляется ЦАП звуковой карты. Пионер в области физического моделирования, фирма Yamaha производит синтезаторы, которые очень близко имитируют духовые и структурные инструменты, причем с их помощью можно производить крайне интересные эксперименты в области формирования звука, комбинируя различные типы источников колебаний с совершенно неожиданными резонаторами и обрабатывая получившийся звук всевозможными фильтрами.
Тип синтезатора звуковой карты во многом определяет качество звучания, т. е. точность воспроизведения (синтеза) звуков реальных музыкальных инструментов. Так, FM-синтезатор воспроизводит звучание музыкальных инструментов не вполне достоверно: инструменты звучат очень бедно, со «звенящим» оттенком, а имитация классических музыкальных инструментов вообще весьма условна. WT-синтезатор воспроизводит инструменты более точно: звучание инструментов «живое», «сочное», классические инструменты звучат естественно, а синтетические - более приятно.
Важной характеристикой синтезатора является полифония (polyphony) - число голосов (voice) синтезатора, определяемое предельным количеством одновременно воспроизводимых элементарных звуков (нот). Для карт с FM- синтезаторами полифония обычно составляет 20 голосов, а для карт с WT- синтезаторами - 32.
Объем памяти (ROM или RAM), отводимой для хранения инструментов WT-синтезатора, определяет набор инструментов и качество их звучания. Например, ROM объемом 4 Мбайт может содержать до 500 образцов звучания инструментов среднего качества или стандартный набор из 128 инструментов General MIDI.
Практически все FM-синтезаторы совместимы между собой, т. е. используют одинаковые команды. Звуковое сопровождение игры, написанное для одной модели синтезатора, будет воспроизводиться другим синтезатором. А вот различные WT-синтезаторы между собой практически несовместимы.
Сканирование - перевод изображений (графических или текстовых) из аналоговой формы в цифровой компьютерный вид. Применение сканеров для ввода информации в компьютер имеет уже довольно длинную историю. Ее начальный этап был для российских пользователей экзотикой, ведь в комплекте с продаваемым сканером они получили программу, осуществляющую распознавание текстов на любом из широко распространенных языков, кроме русского. На сегодняшний день можно сказать, что среди всего относительного многообразия программ распознавания текста вперед вырвались две: CuneiForm и FineReader. Их облегченные версии вы теперь сможете получить в комплекте программного обеспечения к сканеру. Что касается качества распознавания, то здесь возможности программ примерно одинаковы.
Среди пользователей нет однозначного мнения о необходимости использования программ распознавания, как и в любом вопросе, мир делится на оптимистов и пессимистов. Оптимисты утверждают, что ввести текст с помощью сканера проще и быстрее, чем его напечатать. Пессимисты указывают на невозможность корректного распознавания текстов плохого качества, при распознавании которых сам процесс, включая последующее редактирование, займет гораздо больше времени, чем ввод этого текста с клавиатуры квалифицированной машинисткой. Истина, наверное, как всегда, где-то посередине.
Ручной сканер - самый небольшой, размер рабочей поверхности - Л 10 см , разрешение - до 600 dpi, разрядность - до 24 бит, предназначен для сканирования фотографий или страниц небольшого формата.
Планшетный сканер предназначен для сканирования форматов А5, А4, А3, А2; лист с изображением кладется на стеклянную поверхность, под которой перемещается распознающий элемент сканера (тот же принцип работы, что и у ксерокса), на выходе получается файл - цифровая копия изображения; самый распространенный тип сканеров.
Протяжный - сканируемый лист протягивается сквозь сканер с помощью специального механизма (тот же принцип работы, что и у факса), по качеству и удобству работы занимает среднее положение между первыми и вторыми, главный недостаток - не способен работать с толстыми оригиналами.
Качество сканера определяется его разрешающей способностью (resolution). Как и для принтера, это основная характеристика. Измеряется она в точках на дюйм (dpi). Выделяют следующие разновидности разрешения:
Оптическое разрешение - это показатель первичного сканирования с помощью оптической системы, далее с помощью программных методов можно повысить качество изображения и его разрешение.
Например, оптическое разрешение 600 х 600 dpi или 800 х 800 dpi (качество среднего сканера), программное может доходить до 4 800 х 4 800 dpi.
Второй основной показатель сканера - разрядность (точность цветопередачи) составляет 24, 32, 48 бит.
CCD (Charge Coupled Device - прибор с зарядовой связью; в российской документации - ПЗС). Изображение, получаемое с его помощью, дороже и качественнее. CCD-матрица представляет собой фоточувствительный, размером с почтовую марку кристалл полупроводника и служит для преобразования воспринимаемого изображения в пикселы. CCD-матрица содержат сотни тысяч или даже миллионы резисторов, или элементов выборки. Чем больше элементов-ячеек, тем выше разрешение и качество изображения. Луч падает сначала на систему зеркал, которые направляют его на призму. Призма разлагает луч на отдельные цветовые потоки, каждый из которых падает на свою распознающую матрицу CCD-элементов. Такие же ПЗС используются в факсах, Web-камерах, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах.
CIS (Contact Image Sensor - Контактный датчик изображения) - дешевле и менее качественно получаемое изображение, система зеркал отсутствует, отраженный луч попадает прямо на матрицу, которая и разлагает полученный поток при помощи специальной микросхемы. Такой сканер хуже распознает цвета и оттенки, ниже разрешение, ниже глубина резкости, оригинал необходимо прижимать к стеклу как можно плотнее.
Дигитайзер представляет собой специальный планшет, оборудованный чувствительной поверхностью, которая реагирует на сигналы, излучаемые пером и сообщающие о том, каким цветом и какой толщины нужно нарисовать штрих, и передает точные координаты точки соприкосновения в компьютер. Тесный контакт планшета с пером необязателен, между ними может находиться лист бумаги. Именно это качество дигитайзера делает возможным не только создание новых рисунков, но и перенос в компьютер старых - их надо положить под пленку и обвести пером.
Разрешающая способность дигитайзера измеряется в линиях на дюйм (lpi), современные планшеты поддерживают до 2 540 lpi.
Для удобства перо не должно содержать встроенных элементов питания, должно быть снабжено кнопками (обычно тремя), с помощью которых регулируются параметры рисуемой линии. Чувствительность пера к нажатию: от 128 до 1 024 уровней, стандартная - 256.
MIDI-клавиатура предназначена для создания MIDI-мелодий, подключается к звуковой карте через разъем для джойстика. В отличие от синтезаторов, MIDI-клавиатура сама не звучит, она только отдает встроенному в звуковую карту синтезатору команды: какую ноту, какой длительности и на каком инструменте следует воспроизвести.
MIDI-клавиатура должна обладать несколькими элементами:
Web-камера предназначена для видеообщения в Интернете в реальном времени, ее задача - обеспечить поступление на ваш компьютер видеопотока качеством и объемом, достаточным для передачи в Интернет.
Практически все Web-камеры рассчитаны на работу не в медленном режиме модемного подключения, а с цифровыми каналами связи.
Параметры изображения: разрешающая способность 640 х 480, градация серого цвета, частота обновления кадров 25-30 кадров в секунду.
Дополнительные показатели: реакция на различные условия освещения, наличие встроенного дополнительного микрофона, наличие USB-шнура, функции цифрового фотоаппарата (возможность сделать отдельные кадры среднего качества, сохранять их во встроенной памяти; более дешевые модели встроенной памяти не имеют, сбрасывают изображение сразу на компьютер).
Почти все модели Web-камер выпускаются для подключения к USB-порту и не требуют дополнительного источника питания.
Цифровой фотоаппарат (или видеокамера) во многом похож на традиционный пленочный. Он имеет такую же оптическую систему, но свет, проходя через объектив, попадает не на светочувствительную пленку, а на матрицу CCD. При открывании затвора свет, попадая на ячейки ПЗС, приводит к образованию электрического заряда; чем больше света, тем больше ток. В темных местах заряд не образуется. АЦП преобразует аналоговый электрический ток в цифровой сигнал, который сохраняется в памяти, и уже через несколько секунд после съемки его можно увидеть на ЖК-дисплее, которым снабжается большинство фотоаппаратов.
Разрешающая способность матрицы: 640 х 480; 1 280 х 960; 2 100 х 1 600 ит. Д.;
Число пикселов на матрице - это результат умножения двух составляющих разрешения (1024 х 768 = 786 432 ~ 800 000), в современных моделях число пикселов достигает 8-10 миллионов (8-10 мегапиксел);
Вид и емкость носителя - первое поколение цифровых фотоаппаратов имело только встроенную память объемом от 1 до 4 мб. При заполнении памяти отснятые кадры необходимо перекачать на компьютер через usb-порт. Сегодняшние фотоаппараты комплектуются сменными картами флэш-памяти объемом от 512 мб и выше. Храниться без потери информации «заполненные» карты могут отдельно от аппарата, скачать информацию можно, подключив карту памяти к компьютеру через специальный адаптер;
Число кадров может варьироваться в зависимости от качества изображения: чем выше разрешение и битовая глубина, тем меньшее количество снимков может поместиться в памяти аппарата;
Тип объектива - традиционная стеклянная оптика качественнее, чем дешевая пластмассовая. Желательно наличие оптического увеличения (zoom). В цифровых фотоаппаратах обычно сочетаются два вида zoom - истинный (оптический) и виртуальный (цифровой). Коэффициент zoom: от 2 до 20 крат;
Специальные возможности вывода изображений - к некоторым моделям фирмы olympus можно докупить мини-принтер для получения фотоотпечатков «фотографического качества» - непосредственно с фотоаппарата, минуя компьютер; многие новые фотоаппараты оборудованы специальным разъемом и кабелем для вывода изображений на экран телевизора, а также возможностью беспроводной связи с компьютером или принтером.
МР3 - цифровой формат звуковых файлов (см. подразд. 5.3). Сохранять музыку, записанную в цифровом виде, можно на самых разных носителях: жестких дисках, флэш-картах, компакт-дисках. Соответственно, и плееры бывают разными - плееры на основе флэш-памяти, на основе компакт-диска, на основе встроенного жесткого диска.
МРЗ-плееры на основе флэш-памяти. Они отличаются компактностью, низким уровнем энергопотребления, имеют встроенные FM-приемники или диктофоны. Встроенный объем памяти невелик - 256 Мб, можно сохранить до 4 часов музыки. Не боятся тряски.
МРЗ-плееры на основе компакт-диска. В отличие от флэш-памяти имеют те преимущества, что компакт-диск - не только емкий (700 Мб), но и недорогой носитель. Существенным минусом является боязнь тряски и некомпактные размеры.
МРЗ-плееры на основе встроенного жесткого диска. Они самые объемные и тяжелые. Встроенный винчестер имеет объем до 20 Гб. Оснащены разъемами USB и WireFire (беспроводная связь с компьютером).
Цифровые диктофоны, в отличие от плееров, ориентированы на работу не с музыкой, а с речью, следовательно, требования к качеству намного ниже. На объеме флэш-памяти 16 Мб можно сохранить до 8 часов речи. Размеры последних моделей сравнимы с авторучкой. Желательно наличие цифрового выхода для передачи записанной информации в ПК.