Вазорати маорифи ҷУМҲурии тоҷикистон донишгоҳи давлатии ҳУҚУҚ, бизнес ва сиёсати тоҷикистон факултети инноватсия ва телекоммуникатсия кафедраи



страница6/7
Дата06.06.2016
Размер0.94 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Њафтаи 15

CD - ROM


- Как устроен компакт-диск?

Стандартный диск содержит три слоя: подложку из поликарбоната с уже отштампованным рельефом, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота и серебра или другого сплава и более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Некоторые диски "подпольных" производителей имеют недостаточный защитный слой (либо не имеют его вовсе), отчего отражающее покрытие довольно легко повредить.

Информационный рельеф диска представляет собой спиральную дорожку, идущую от центра к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). Информация кодируется чередованием питов и промежутков между ними.
- Какие форматы записи используются в дисководах CD-ROM?

В дисководах CD-ROM применяется та же технология, что и в обычной звуковой системе CD-DA. Разработанные фирмами Philips и Sony стандарты записи произвольных данных на компакт-диски известны как Yellow Book ("Желтая книга"), Green Book ("Зеленая книга"), Orange Book ("Оранжевая книга"), White Book ("Белая книга") и Blue Book ("Синяя книга"); все они дополняют основной стандарт CD-DA, описанный в Red Book ("Красной книге").

Для записи данных предусмотрены отдельные "звуковые дорожки". Упомянутые стандарты относятся не к диску в целом, а только к форматам самих дорожек, причем на одном диске могут сосуществовать дорожки различных форматов. Для чтения информации необходим проигрыватель, либо поддерживающий все представленные на диске форматы, либо пропускающий неизвестные (многие проигрыватели и дисководы CD-ROM не умеют пропускать дорожки незнакомых форматов).

Организацию файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO 9660. Уровень (level) 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MS-DOS и HFS (Apple Macintosh). Вложенность каталогов MS-DOS не может превышать 8, а длина имени составляет не более, чем 8+3 символа. Уровень 2 соответствует файловой системе с длинными именами и степенью вложенности до 32. Расширение Rock Ridge определяет формат файловой системы UNIX.

Частным случаем CD-R является формат Kodak Photo CD, применяемый для многосеансовой записи коллекций фотографий. Photo CD использует формат CD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могут воспроизводиться с помощью специальных проигрывателей на бытовом телевизоре или считываться компьютерными дисководами CD-ROM.

Yellow Book. Здесь определяются базовые форматы записи данных на диск: CD-ROM mode 1 и CD-ROM mode 2. В обоих форматах внутри каждого из кадров дорожки объемом по 2352 байта, которые называются также секторами, выделяется 12 байт для синхронизации, 4 байта для размещения заголовка сектора и 2336 байт для записи данных. Благодаря наличию байтов синхронизации и заголовка возможно точное нахождение нужного сектора данных, что в обычном звуковом диске чрезвычайно затруднено.

В формате mode 1, используемом в большинстве дисководов CD-ROM, из области данных выделяется 288 байт для записи кодов EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code -коды обнаружения и исправления ошибок), благодаря которым диски с данными считываются гораздо надежнее, чем звуковые при том же качестве изготовления. Остальные 2048 байт отводятся для хранения информации.

Формат mode 2 не предполагает наличия корректирующих кодов, и все 2336 байт данных сектора служат для записи информации. Считается, что записываемая информация либо уже содержит эти коды, либо нечувствительна к простейшим ошибкам, оставшимся после коррекции низкоуровневым кодом Рида-Соломона. Этот формат предназначен в основном для записи сжатых звуковых сигналов и изображений.

Диск формата mode 1, на котором совмещены звуковые программы и данные, называется Mixed Mode Disk. На первой его дорожке записываются данные, а на всех последующих - звуковая информация. Некоторые бытовые CD-проигрыватели, особенно прежних лет выпуска, не различают форматы и при попадании на дорожку данных пытаются воспроизвести ее содержимое, что может привести к повреждению усилителей и акустических систем.



Green Book. Формат mode 2 в чистом виде практически не применяется. На его основе разработаны форматы CD-ROM/XA (eXtended Architecture - расширенная архитектура) в двух вариантах. В первом варианте из блока данных объемом 2336 байт выделяется 8 байт подзаголовка, 4 байта EDC и 276 байт ECC, а для записи информации остается 2048 байт, как и в формате mode 1. Во втором варианте ECC не задействуется и для данных сохраняется 2324 байт. На одной дорожке формата XA могут встречаться секторы как первого, так и второго вариантов. Достоинством такого подхода является возможность одновременного считывания в реальном времени данных и звуковой и/или видеоинформации без лишних перемещений между дорожками.

Orange Book. Формат CD-I (CD-Interactive - интерактивный CD) предусматривает запись видеоизображения на дорожках формата XA и его воспроизведение с помощью специального проигрывателя CD-I на бытовом телевизоре параллельно с прослушиванием звуковой программы. Дорожки формата CD-I отсутствуют в оглавлении диска (TOC), поэтому они не видны на аппаратуре, которая не поддерживает этот формат.

Для обеспечения совместимости со стандартными звуковыми проигрывателями был предложен формат CD-I Ready ("готовый к воспроизведению на проигрывателе CD-I"), в котором для записи изображения используется растянутая пауза перед первой звуковой дорожкой, игнорируемая большинством обычных проигрывателей.

Совместимость с аппаратурой чтения дисков в формате XA достигается за счет формата CD-Bridge ("CD-мост"). Здесь включенные в общее оглавление диска дорожки формата CD-I содержат адресные метки обоих форматов - CD-I и XA.

В Orange Book определяется и формат дисков CD-R (CD-Recordable), которые могут записываться в несколько приемов (сессий). Многие из них имеют отштампованную при изготовлении начальную сессию - так называемый гибридный диск (Hybrid Disk). Каждая сессия содержит собственно данные, а также вводную (Lead In) и выводную (Lead Out) записи.



White Book. Речь идет о формате VideoCD, который основан на CD-Bridge и служит для хранения видеоданных в кодировках AVI, MPEG и им подобных.

Blue Book. Специфицирует формат CD-Xtra, состоящий из двух сеансов -звукового и
- Как устроен дисковод CD-ROM? Типовой дисковод CD-ROM состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и механизма загрузки диска.

На плате электроники размещены все управляющие схемы дисковода, интерфейс с контроллером, разъемы интерфейса и двухконтактный разъем выхода звукового сигнала. Большинство дисководов используют одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на небольшие вспомогательные платы.

Шпиндельный двигатель (шпиндель) служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью. Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. При поиске фрагментов он может вращаться быстрее, нежели при считывании данных, поэтому двигатель должен обладать хорошей динамической характеристикой. Шпиндель применяется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси двигателя закреплена подставка, поверхность которой обычно покрыта резиной или мягким пластиком для предотвращения проскальзывания диска. Последний прижимается к ней после загрузки с помощью расположенной сверху шайбы: подставка и шайба имеют постоянные магниты, которые взаимно притягиваются и фиксируют диск.

Система оптической головки включает саму головку и механизм ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель, выполненный на основе инфракрасного лазерного светодиода, устройство фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Устройство фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной звуковой катушкой (voice coil), которая аналогична применяемой в громкоговорителе. С изменением напряженности магнитного поля линза сдвигается и происходит перефокусировка лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения.

Механизм перемещения оптической головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с головкой посредством зубчатой либо червячной передачи. Для исключения люфта предусмотрено соединение с начальным напряжением: при червячной передаче это подпружиненные шарики, а при зубчатой - подпружиненные в разные стороны пары шестерен.

Загрузка диска выполняется в трех вариантах: с помощью специального футляра (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода; с использованием выдвижного лотка (tray), и путем прямой вставки в приемную щель привода. Во всех случаях система содержит двигатель для втягивания/выдвижения лотка, футляра или самого диска, а также устройство для перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая часть вместе со шпинделем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя.

При загрузке с обычного лотка дисковод CD-ROM невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В моделях, допускающих монтаж в вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом поддоне.

На передней панели CD-ROM обычно расположены кнопка для загрузки/выгрузки диска (Eject), индикатор обращения к дисководу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей есть еще дополнительная кнопка Play/Next для воспроизведения музыкальных дисков и перехода между звуковыми дорожками. Кнопка Eject здесь служит, как правило, для остановки проигрывания без выбрасывания диска. В моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход инициируются нажатием на ее торец.

В большинстве дисководов на передней панели имеется также небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно, - например, выходе из строя привода лотка, при отключении питания и т.п. Если в отверстие вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать, то блокировка лотка или дискового футляра снимается и его можно выдвинуть вручную.


- Какие здесь используются интерфейсы?

Дисководы CD-ROM со встроенными SCSI- и IDE-интерфейсами подключаются непосредственно к магистрали SCSI или IDE (ATA) с заданием номера устройства для SCSI или Master/Slave для IDE. Дисководы IDE обычно работают в стандарте ATAPI (ATA Packet Interface - пакетный интерфейс ATA).

В старых моделях CD-ROM встречаются также интерфейсы Sony, Mitsumi, Panasonic - три наиболее распространенных формата, поддерживаемые многими звуковыми картами и некоторыми адаптерами. Mitsumi и Panasonic используют 40-контактный соединительный кабель, аналогичный применяемому для жестких дисков в формате IDE, а Sony - 34-контактный, как для дисководов гибких дисков.

Существуют дисководы CD-ROM и с так называемым собственным интерфейсом изготовителя (Proprietary Interface), они поставляются в комплекте со специальным адаптером и соединительным кабелем.

В настоящее время дисководы CD-ROM выпускаются только с интерфейсами SCSI и IDE.
- Чем объясняется неравномерная скорость вращения диска?

Информация на компакт-диске записана с постоянной линейной плотностью, поэтому для достижения равномерной скорости считывания скорость вращения диска изменяется в зависимости от перемещения считывающей головки. Стандартная скорость его вращения равна 500 об/мин при чтении с внутренних зон и 200 об/мин - при чтении с внешних (информация записывается начиная с внутренних дорожек).


- Что означает "n-скоростной" CD-ROM?

При стандартной скорости вращения диска скорость передачи данных составляет около 150 Кбайт/с. В n-скоростных CD-ROM эта скорость пропорционально возрастает (например, до 1200 Кбайт/с для восьмискоростных дисководов).

Поскольку физические параметры диска (неоднородность массы, эксцентриситет и т.п.) стандартизованы для основной скорости вращения, на скоростях, кратных 4-6 и выше, уже возникают значительные вертикальные биения, и надежность считывания, особенно с дисков нелегального производства, может ухудшаться. Некоторые CD-ROM при ошибках чтения способны снижать скорость вращения, однако большинство из них после этого не могут вернуться к максимальной скорости до тех пор, пока не будет заменен диск.

На скоростях свыше 4000-5000 об/мин надежное считывание становится практически невозможным, поэтому последние модели 10-скоростных (и более) CD-ROM ограничивают верхний предел скорости вращения. При этом на внешних дорожках скорость передачи данных соответствует номинальной (например, 3600 Кбайт/с для 24-скоростных моделей), а по мере приближения к внутренним - падает до 1200-1800 Кбайт/с.


- "Нелегальные" диски читаются хуже фирменных?

Стандарт на компакт-диски определяет их физические и оптические параметры: толщину и отражающую способность алюминиевого слоя, глубину и форму питов (элементов записи), расстояние между дорожками, прозрачность защитного слоя, эксцентриситет и т.п. Ведущие фирмы-производители компакт-дисков владеют отработанными технологиями и надежным оборудованием, позволяющими выдерживать эти параметры; аппаратура же и технологии нелегальных производителей их зачастую не обеспечивают.

В принципе, вообще механика и оптика различных моделей CD-ROM имеют разные допуски и разные средства подстройки, из-за чего одни и те же диски могут какими-то моделями уверенно читаться, а другими не читаться вовсе. Кроме того, в результате эксплуатационного износа параметры привода со временем ухудшаются. Это приводит к сбоям при чтении дисков, чего, разумеется, не могло быть на новом приводе.
- Определяется ли качество диска визуально?

Да, но только приблизительно. Нужно тщательно исследовать рабочую поверхность диска - ровная ли она, нет ли на ней царапин, замутненных участков, выпуклостей или впадин, а также "разводов" на отражающем слое. Затем посмотрите диск на свет (рабочей стороной к себе). Он может быть слегка прозрачным, но без явных отверстий в отражающем слое. Чем прозрачнее диск, тем выше вероятность его неуверенного считывания.

Дешевые диски (особенно китайского производства) обычно не имеют с обратной стороны защитного лакового покрытия - даже мелкая царапина на этой стороне может привести к полному отказу чтения соответствующей области диска.
- Каково качество проигрывания звуковых дисков на CD-ROM?

Проигрывание звуковых дисков является побочной функцией для CD-ROM и реализуется, как правило, "по остаточному принципу" - через простейший (часто 12- или 14-разрядный) ЦАП и несложный выходной усилитель. Массовые CD-ROM значительно уступают в этом отношении стационарным проигрывателям Hi-Fi, и лишь отдельные модели приближаются к недорогим переносным устройствам. В любом случае качество сигнала на выходе для наушников (передняя панель) хуже, чем на линейном (задняя стенка) за счет дополнительных искажений при усилении.

Качество ЦАП весьма низкое, да и большинство CD-ROM не выполняют ни передискретизации цифрового сигнала для улучшения соотношения сигнал/шум, ни интерполяции и маскирования для сглаживания кривой и частичной компенсации неисправленных ошибок. Отсутствие интерполяции и маскирования приводит к заметным искажениям и щелчкам при ошибочном считывании дисков, в то время как на звуковом проигрывателе ошибки считывания не так заметны.

Многие современные CD-ROM имеют дополнительный аудио выход в цифровом формате S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format - формат цифрового интерфейса Sony/Philips). Такой дисковод можно подключить к студийной или бытовой аппаратуре, у которой есть вход S/PDIF или AES/EBU, что позволяет воспроизводить звук практически без искажений (некоторые искажения могут вноситься декодером CD-ROM). Выход выполнен в виде двухконтактного разъема на задней стенке дисковода и чаще всего обозначается как "Digital Audio".


- Какова максимальная емкость компакт-диска?

Стандартом установлено, что продолжительность записи составляет 74 мин (650 Мбайт), а скорость потока данных - 153600 байт/c. Однако при более плотном расположении дорожек или самих питов на диске эти характеристики могут быть улучшены. Правда, диски с отклонениями от стандарта неустойчиво считываются некоторыми дисководами CD-ROM, либо не считываются вовсе.


- Что такое CD-R и CD-E/CD-RW?

Эти аббревиатуры определяют форматы однократной (CD-Recordable - записываемый CD) и многократной (CD-Erasable - стираемый CD или CD-Rewriteble - перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. Терминами CD-R и CD-E/CD-RW обозначаются как дисководы, так и сами диски.

Для однократной записи чаще всего используются так называемые "золотые" диски. Это обычные компакт-диски, в которых отражающий слой выполнен из золотой пленки, а непосредственно прилегающий к нему прозрачный слой пластика - из материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи нагреваемые лазерным лучом участки пластика темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя "промежутки" между питами - неизменно прозрачными участками. В качестве отражающего покрытия применяются также различные сплавы. Кроме того, с помощью ряда полимеров создается еще и затеняющий слой, поэтому цвет рабочей поверхности диска постоянно меняется - от желтого до зеленого или синего.

Диски CD-R изготовляются с вспомогательной разметкой, что облегчает слежение за информационной дорожкой во время записи. При считывании такое слежение осуществляется, как правило, по записанной дорожке питов.

Некоторые версии программного обеспечения (скажем, CDR Publisher) позволяют записывать загружаемые диски. Для загрузки с таких дисков BIOS компьютера должен поддерживать эту возможность (она предусмотрена в последних версиях AWARD и Phoenix BIOS).
- Отчего иногда при записи WAV-файла на CD-R появляются помехи?

Причина, видимо, в том, что многие звуковые редакторы (например, Cool Edit и Sound Forge) помещают в конец WAV-файла свою служебную информацию, оформляя ее в виде дополнительной записи в полном соответствии с форматом RIFF. Однако программное обеспечение некоторых CD-R игнорирует поле длины звукового фрагмента, считая весь остаток файла после заголовка единым фрагментом, в результате чего эта служебная информация попадает на диск в формате цифрового звука и воспроизводится как шум или щелчки в конце программы. Для устранения такого явления необходимо либо запрещать звуковым редакторам сохранение в WAV-файле служебной информации, либо убирать ее с помощью других программ.

При многосеансовой записи отдельных звуковых дорожек в начале и конце каждого сеанса формируются вводная и выводная зоны, попадание на которые при воспроизведении вызывает появление случайного сигнала. Звуковые диски рекомендуется записывать в один сеанс и заранее формировать полный звуковой файл, если программное обеспечение CD-R не позволяет объединять файлы в процессе записи.

Кроме того, помехи могут возникать из-за нестабильности потока данных в CD-R (переполнение внутреннего буфера или прерывание потока), в результате отклонений от нормы параметров записываемого сигнала, режима работы лазера или скорости вращения диска, вследствие заводских дефектов последнего, а также по вине проигрывателей, неспособных уверенно считывать конкретные экземпляры дисков. В случае некачественной записи данных положение нередко спасают корректирующие коды больших объемов, предусмотренные в некоторых форматах CD-ROM.


- Допустимо ли применять с IDE-дисководом драйвер от другой модели?

В большинстве случаев - да, если CD-ROM поддерживает стандарт ATAPI. Однако некоторые драйверы могут неправильно работать с чужими моделями CD-ROM.


- Можно ли считать с музыкального компакт-диска звук в цифровом виде?

Можно. Для этого нужен CD-ROM, поддерживающий команду Read Long и способный находить звуковые секторы в режиме прямого доступа (например, многие дисководы с SCSI-интерфейсом, большинство моделей Panasonic и Sony), а также специальная программа grabber для считывания полных звуковых секторов, скажем, CDGRAB, CDDA, CDT, CD2HDD или CD2WAV - для DOS, WinDAC или CD-Worx - для Windows 95.

Программа WinDAC, помимо простого чтения звуковых дорожек, позволяет одновременно преобразовывать их в другие форматы с помощью системы ACM (к примеру, в MPEG-3 при установленном Fraunhofer IIS ACM Codec).

Часто к таким программам прилагается список моделей CD-ROM, поддерживающих команду длинного чтения. Из-за небольших различий в интерфейсах некоторые дисководы с одними программами могут работать, а с другими - нет.

В среде DOS желательно иметь "родной" драйвер применяемого дисковода CD-ROM, либо один из универсальных драйверов, использующих команду Read Long. Для контроллеров PIIX (установленных на системных платах с чипсетами Intel Triton) можно рекомендовать универсальный драйвер TriCD.sys от Triones.

Под управлением Windows 95 при наличии контроллера PIIX и стандартного драйвера IDE ATAPI может возникнуть проблема с чтением обычных звуковых дисков. В этом случае также нужно установить либо собственный драйвер CD-ROM в среде Win95, либо драйвер от Triones версии 3.22 или старше. Можно попытаться задействовать драйвер MKEATAPI из серии CD-ROM Panasonic ATAPI.

Одна из основных проблем при считывании звуковых дисков - устранение ошибок синхронизации секторов. Они возникают тогда, когда читающая диск программа не успевает выдать команду чтения очередного сектора до момента переполнения внутреннего буфера дисковода CD-ROM, и данные в начале этого сектора будут потеряны. В подобной ситуации CD-ROM вынужден выполнять позиционирование, а покадровая структура звуковых дисков не позволяет приступить к чтению в точности с нужного места. В результате таких сбоев в формируемом программой файле происходит выпадение или образуется несколько лишних отсчетов сигнала. Для борьбы с ошибками синхронизации в некоторых программах предусмотрена проверка правильности стыковки соседних секторов. При использовании CD-ROM с большим объемом буфера вероятность появления ошибок снижается.

При чтении звуковых дисков на различной аппаратуре с помощью различных программ и даже при повторном чтении начало звуковых данных в файле может сдвигаться - по причине невозможности точного позиционирования на требуемый сектор дорожки. Нарушения синхронизации в следствие позиционирования часто называют "jitter". На самом деле применение здесь этого термина не совсем корректно. Им принято обозначать дрожание фазы цифрового сигнала из-за мгновенных колебаний скорости потока, порожденных изменением скорости вращения диска и его вертикальными биениями, хотя в некотором смысле нарушения синхронизации тоже являются фазовыми ошибками, но более высокого уровня.


- Почему могут не читаться видеодиски?

Чтобы читать видеодиски, необходимо обеспечить поддержку этой функции со стороны самого дисковода и его драйвера, а также наличие программы распаковки (проигрывателя) для данного видеоформата (CD-I, VideoCD, MPEG-1 или MPEG-2). Некоторые комбинации из дисковода CD-ROM, контроллера, драйвера и программы распаковки бывают несовместимы друг с другом. Можно попробовать сменить драйвер или программу распаковки. Известны также случаи, когда при установке CD-ROM на один канал с жестким диском видеодиски воспроизводились значительно медленнее.


- В чем причины плохой работы дисководов Samsung-631 ?

Помимо невысокого качества самого механизма дисковода и системы считывания, в этой модели наблюдается недостаточный прижим диска к шпинделю, отчего диски проскальзывают при разгоне и торможении. Причиной слабого прижима является большой зазор между магнитом шпинделя и металлическим диском, который им притягивается. Можно приклеить к магниту (рекомендует Михаил Свечков - 2:460/140@FidoNet) стальную шайбу толщиной 1-2 мм, подобрав ее так, чтобы зазор был минимальным, однако при очень тонких дисках шайба и металлический диск не должны соприкасаться, иначе будет нарушена работа системы выдвижения лотка.


- Где найти программы и драйверы для CD-ROM?

Существует множество страниц в Internet, на которых можно найти программы и драйверы для различных моделей CD-ROM. Для их нахождения по ключевому слову или названию модели/фирмы-производителя удобно использовать поисковые службы (например, Infoseek, Yahoo). Ниже мы приводим адреса страниц, на которых расположены драйверы и программы, упоминавшиеся в тексте:



ftp.panasonic.co.jp - MKEATAPI.MPD (58x_95.ZIP)
http://www.aha.ru/~alegr - CD2HDD
http://sunny.aha.ru/~gw/ - CD2WAV и CD2SB
http://members.aol.com/mbarth2193- CDCOPY
http://www.ncf.carleton.ca/~aa571/index.html - CDDA
http://www.tfh-berlin.de/_s570959/cdworx.html - CD Worx
http://members.aol.com/schmelnik/dac.html - WinDAC
Њафтаи 16

Видео. Мафхумхои асосии видео-мултимедиа
РАБОТА С ВИДЕО

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕЛЕВИДЕНИИ

1. Телевизионные системы

Во времена вражды в 50–60-е годы прошлого века правительства

стран соседей старались всячески оградить свое население от

«тлетворного» влияния, глуша радиопередачи и делая невозможным

прием телевидения из-за границы. Многие преуспели в этом, придумав

собственные стандарты, несовместимые с принятыми в других странах.

Сыграла свою роль и коммерция – никто ведь не хочет, чтобы его фильмы

бесплатно смотрели миллионы зрителей другого государства. Так и

появилось множество разноликих стандартов – сначала черно-белого, а

затем уже цветного телевидения (рис. 1). До середины 60-х годов XX века наши специалисты в области телевидения в основном ориентировались на американский стандарт NTSC, вещание в котором началось в США еще в 1953 году. Но даже в богатой Америке цветные телевизоры с трудом находили дорогу в дома зрителей. Стоили они довольно дорого, но не это главное – краски на экранах были далеки от реальности.

Дело в том, что стандарт NTSC обеспечивает высокую четкость по

цвету, но крайне привередлив к качеству канала передачи.


Рис. 1. Стандарты телевидения


Пробные передачи в стандарте NTSC в начале 60-х лет велись и у

нас в Москве, телевизионная промышленность готовилась сделать родной

стране и партии трудовой подарок к очередному съезду или же к

празднику.

Но при наших масштабах – от Москвы до Владивостока – затраты на

модернизацию линий связи могли превысить текущие финансовые

возможности в стране.

Но тут наступил 1965 год, и президент Франции Де Голь захотел

вдруг выйти из НАТО. Советское руководство пришло от этого в восторг

и решило сделать ряд встречных шагов по сближению. И во время одного

из визитов на высшем уровне, без каких бы то ни было консультаций со

специалистами, наши заявили о принятии французского стандарта

SECAM.

После этого министру связи оставалось ответить «Есть!» и запросить



деньги на технологию и оборудование из Франции. Так в СССР и в

«братских странах социалистического лагеря» появилась система,

несовместимая с общепринятой в большинстве стран Западной Европы.

Немцы, долгие годы наблюдавшие со стороны за мучениями

американцев с их системой NTSC, тоже не дремали. В 1963 году Вальтер

Брух из компании Telefunken продемонстрировал систему PAL, в которой

цветовая информация передавалась дважды в двух соседних строках, но в

противофазе. За счет усреднения сигналов удавалось почти полностью

подавить характерные цветовые искажения. Конечно, четкость в цвете при

этом снижалась вдвое, однако на глаз это было практически незаметно. По

существу, PAL – это усовершенствованная NTSC, только для ее

реализации требуется прецизионная линия задержки сигнала на одну

строку. Сегодня это наиболее распространенная система цветного

телевидения, которую использует около ста стран Западной Европы, Азии

и Африки. Даже некоторые наши бывшие соседи по соцлагерю, Польша, к

примеру, полностью перешли на PAL и влились в европейское

сообщество.

Надо также заметить, что ограниченность зоны вещания – это одна

из объективных причин появления на свет множества несовместимых

стандартов.



Сепаратный SECAM. Франция всегда шла своим особым путем и при

появлении цветного телевидения вспомнила об изобретении инженера Анри

де Франса. Еще в 1954 году он создал систему, свободную от недостатков

американской. SECAM в переводе с французского означает «поочередная

передача цветов и память», и в полном соответствии с этим в ней в разных

строках поочередно передаются красный и синий сигналы, а в приемнике для

восстановления недостающей информации имеется линия задержки (память)

на одну строку. Но самое главное, что для передачи сигналов цветности в

ней используются частотная модуляция, делающая ее нечувственной к

помехам и искажениям в каналах связи. Как и PAL, SECAM снижает

цветовую четкость в два раза по сравнению с NTSC.

После заключения политического соглашения в 1965 году система

еще пару лет дорабатывалась совместно специалистами Франции и СССР,

и после ряда модификаций она наконец-то была принята для вещания

одновременно у нас и во Франции.

За прошедшие годы с момента принятия SECAM в нашей стране

много раз возникали споры: стоило ли равняться на французов и не

сменить ли нам стандарт на более распространенный PAL. Сейчас, в связи

с интенсивным переходом к цифровым технологиям эти споры поутихли –

«цифра» гарантирует не только полную совместимость всех телевизоров

нового поколения, но и гораздо более высокую четкость, стабильность ююююююююююи

качество цветов картинки. В таблице 7.1 приведены сравнительные

характеристики телевизионных систем.

Таблица 7.1

Разновидности видеосигналов телевизионных систем

Тип системы NTSC PAL SECAM

Вертикальная частота развертки, Гц 60 50 50

Горизонтальная частота развертки, кГц 15.374 15.625 15.625

Число строк в кадре 525 625 625

Число видимых (активных) строк в кадре 480 576 576

Тип модуляции цветовой поднесущей Амплитудная Амплитудная Частотная

В настоящее время все телестудии США в массовом порядке

переходят на цифровой стандарт ATSC (Advanced Тelevision Systems

Committee). В Европе внедряется наземное цифровое телевидение в

стандарте DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial), а спутниковое у

них уже давно почти все цифровое. Япония разработала свой стандарт

ISBD (Integrated Services Digital Broadcasting), который, однако, является

модификацией европейского стандарта. Таким образом, в мире налицо

период совместного существования аналогового и цифрового наземного

ТВ. Даже у нас в России ведутся передачи в стандарте DVB-T, а многие

сотни тысяч домов оснащены тарелками и цифровыми ресиверами для

приема передач со спутников. Более того, цифровое телевидение сегодня

приходит в дома жителей крупных городов по кабелю.

Так что «лучше цифр могут быть только цифры», но с еще более

высоким разрешением.

В России принят стандарт SECAM D/K (первая буква относится к

диапазону метровых волн, вторая – дециметровых), во Франции – SECAM

E/L, Монако – SECAM C/L, Иране – SECAM В, Германии – PAL B/G,

Англии – PAL A/I, Бельгии – PAL В/Н, Бразилии – PAL М/М, Китае – PAL

D/K, в США, Японии и Тайване – NTSC М/М.


7.2. Форматы представления видеосигнала

Низкочастотный телевизионный видеосигнал является композитным,

т.е. представляет собой результат сложения яркостного сигнала Y, двух

цветовых поднесущих, модулированных сигналами цветности U и V, а также

синхроимпульсов, причем частоты цветоразностных сигналов лежат в

пределах полосы спектра яркостного сигнала.

В бытовых устройствах ограничиваются более простыми

полосовыми фильтрами, заметно снижающими четкость изображений. Так

в видеомагнитофонах и камерах классов VHS (Video Home System) и

Video-8 используются только композитные видеосигналы, при этом

разрешение ограничено 240 телевизионными строками.

Следующим шагом к повышению качества является переход к



компонентному сигналу YUV. Он используется в профессиональной

аппаратуре класса Betacam и обеспечивает разрешение до 500 строк.

И, наконец, последним в этой череде является RGB-представление,

при котором отсутствуют какое-либо кодирование и модуляция, и

осуществляется наиболее простая и точная передача сигнала. Подобное

представление реально используется только в высокоточной научной

измерительной аппаратуре.

За последние несколько лет появилось большое число различных

цифровых форматов представления видеосигнала. Аппаратура,

работающая в этих форматах, выпускается рядом фирм – законодателей

мод в видеотехнике, такими как Sony, Panasonic, JVC и т. д. Такая

аппаратура стала появляться и на нашем рынке, хотя пока она слишком

дорога для «российского» уровня, особенно для бытового.

7.3. Цифровое представление телевизионного сигнала

По своей массе и производственным мощностям аналоговая

вещательная аппаратура все еще преобладает, но очень быстро сдает одну

позицию за другой. Как и ожидалось, переход к цифровым вещательным

комплексам осуществляется, главным образом, за счет поэтапного

встраивания цифрового оборудования в аналоговое окружение. Процесс

этот идет повсеместно, но в разных странах темпы перехода различны. В

наиболее развитых странах уже сейчас можно говорить о преобладании

цифровой аппаратуры, в некоторых она просто отсутствует. Россию в этом

плане, пожалуй, следует отнести к слаборазвитым странам. Тем не менее,

дело сдвинуто с мертвой точки и идет с впечатляющим ускорением.

Появление цифровой видеозаписи означало не просто значительное

улучшение параметров. Эффект накопления искажений, присущий всем

аналоговым системам, например, ограничивает предельно допустимое

число перезаписей, которые могут быть сделаны на аналоговом

магнитофоне. Так, например, перезапись на магнитофонах формата VHS,

без потери качества в пределах нормы, не допускается вообще, формат SVHS

допускает одну-две перезаписи, a Betacam SP три-четыре. А вот

цифровые системы практически свободны от эффекта накопления искажений.

А это уже не просто количественное улучшение. Можно сказать, что

предельно допустимое количество перезаписей уже практически не

ограничивает возможности создателей телевизионных программ.

Появление цифровой видеозаписи ознаменовало начало

кардинальных изменений в технологии производства телевизионных

программ. Но цифровая техника порождает и проблемы. Полоса частот

цифровых сигналов значительно шире полосы их аналоговых

предшественников. Например, полоса частот, занимаемая телевизионным

видеосигналом в цифровой форме, составляет сотни мегагерц.

При плотностях записи информации, которые приходится

использовать, например, в цифровых видеомагнитофонах, ошибки при

воспроизведении просто неизбежны. Поэтому сам факт преобразования

аналоговых сигналов в цифровую форму не гарантирует высокого качества.

Принципиальный способ решения проблем передачи и записи с

высокой степенью помехозащищенности был обоснован Шенноном.

Он заключается в кодировании сигнала. К системам кодирования в

цифровой видеотехнике предъявляются весьма многочисленные и часто

противоречивые требования. Поэтому на практике кодирование всегда

выполняется в несколько приемов.

Принято выделять следующие основные виды кодирования:

− кодирования источника информации с целью преобразования сигнала

в цифровую форму и его экономное представление путем сжатия или,

как часто говорят, компрессии;

− кодирования с целью обнаружения и исправления ошибок;

− канального кодирования с целью согласования параметров цифрового

сигнала со свойствами канала связи и обеспечения

самосинхронизации.



7.3.1. Аналого-цифровое преобразование видеосигналов

Итак, для преобразования любого аналогового сигнала (звука,

изображения) в цифровую форму необходимо выполнить три основные

операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

Дискретизация – представление непрерывного аналогового сигнала

последовательностью его значений (отсчетов). Эти отсчеты берутся в

моменты времени, отделенные друг от друга интервалом, который

называется интервалом дискретизации. Величину, обратную интервалу

между отсчетами, называют частотой дискретизации.

На рис. 7.2. показаны исходный аналоговый сигнал и его

дискретизированная версия. Картинки, приведенные под временными

диаграммами, получены в предположении, что сигналы являются

видеосигналами одной строки, одинаковыми для всего телевизионного

растра.


Понятно, что чем меньше интервал дискретизации и,

соответственно, выше частота дискретизации, тем меньше различия

между исходным сигналом и его дискретизированной копией.

Ступенчатая структура дискретизированного сигнала может быть

сглажена с помощью фильтра нижних частот. Таким образом и

осуществляется восстановление аналогового сигнала из

дискретизированного. Но восстановление будет точным только в том

случае, если частота дискретизации по крайней мере в 2 раза

Рис. 7.2. Процесс дискретизации аналогового сигнала

превышает ширину полосы частот исходного аналогового сигнала

(это условие определяется известной теоремой Котельникова). Если это

условие не выполняется, то дискретизация сопровождается необратимыми

искажениями.



2. Квантование представляет собой замену текущей величины

отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин

– уровней квантования. Другими словами, квантование – это округление

величины отсчета. Уровни квантования делят весь диапазон возможного

изменения значений сигнала на конечное число интервалов – шагов

квантования. Расположение уровней квантования обусловлено шкалой

квантования. Используются как равномерные, так и неравномерные шкалы.

На рис. 7.3 показаны 1074 €uисходный аналоговый сигнал и его

квантованная версия, полученная с использованием равномерной шкалы

квантования, а также соответствующие сигналам изображения.

Искажения сигнала, возникающие в процессе квантования, называют

шумом квантования. При аппаратной оценке шума вычисляют разность

между исходным сигналом и его квантованной копией, а в качестве

объективных показателей шума принимают, например,

среднеквадратичное значение этой разности. Временная диаграмма и

изображение шума квантования также показаны на рис. 7.3 (изображение

шума квантования показано на сером фоне). В отличие от

флуктуационных шумов шум квантования коррелирован с сигналом,

поэтому шум квантования не может быть устранен последующей

Рис. 7.3. Процесс квантования

фильтрацией. Шум квантования убывает с увеличением числа уровней

квантования.



3. Цифровое кодирование. Квантованный сигнал, в отличие от

исходного (аналогового), может принимать только конечное число

значений. Это позволяет представить его в пределах каждого интервала

дискретизации числом, равным порядковому номеру уровня квантования.

В свою очередь это число можно выразить комбинацией некоторых

знаков или символов. Совокупность знаков (символов) и система правил,

при помощи которых данные представляются в виде набора символов,

называют кодом. Конечная последовательность кодовых символов

называется кодовым словом. Квантованный сигнал можно преобразовать

в последовательность кодовых слов. Эта операция и называется



кодированием. Каждое кодовое слово передается в пределах одного

интервала дискретизации. Для кодирования сигналов звука и изображения

широко применяют двоичный код.

Кодовые слова можно передавать в параллельной или

последовательной формах (рис. 7.4). Для передачи в параллельной форме

надо использовать n линий связи (в примере, показанном на рисунке n =

4). Символы кодового слова одновременно передаются по линиям в

пределах интервала дискретизации.

Рис. 7.4. Аналого-цифровое преобразование




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница