Московский  государственный институт электроники  и математики

(технический  университет)

_____________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по организации  ЭВМ

на тему:  

«Оборудование для работы с видеоизображением. Мониторы.

Поиск оптимального решения» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка группы с-34

Шестернёва  Александра 
 
 

Проверил:

Мартиросян  С.Т. 
 
 
 
 
 

Москва 2007г.

 

Оглавление

Введение

 

С 2006 года в МИЭМ на кафедре ЭВА действует студенческая экспериментальная студия, освоены  технологии телетрансляции через Интернет и ведется работа по подготовке инженеров IP телевещания. С сентября 2007 года студия получила помещение для организации съемочной, вещательной и монтажной студий. Встал вопрос о техническом оснащении студии.

Цель этой работы: создать качественные условия для работы с видеоизображением, в которые входит подбор мониторов для оснащения видеостудии кафедры, а также решение проблемы композиции кадра для отображения видео на мониторах разного назначения.  Мы должны проанализировать те требования, которые предъявляются при оснащении видеостудии кафедры. Особое внимание уделяется таким техническим параметрам, как наличие композитных и S-Video входов, хорошим углам обзора и качественной цветопередаче, а также корректному отображению одного и того же видео на мониторах разного назначения. Также необходимо учитывать параметры помещения, в котором организована студия. Будет произведён обзор рынка мониторов. На основе его анализа будет происходить подбор оборудования, подходящего по соотношению цена-качество. Для решения проблемы композиции кадра будет рассмотрен метод достижения корректного отображения одного и того же видео на мониторах разного назначения, произведён анализ этого метода, выявлены преимущества и недостатки.

Для того, чтобы получить чёткое представление о той работе, которую необходимо проделать, в первую очередь нужно познакомиться с основами, а именно рассмотреть разные типы мониторов, изучить их характеристики, назначение и использование в работе студии.

Глава I

Обзор разных типов мониторов

Само слово  «телевидение» уже говорит о  том, что речь идет о видении, то есть о восприятии информации в основном посредством зрения.

Не требует  доказательства факт, что средством оценки визуального ряда любого телевизионного контента является монитор. Опытный специалист при помощи высококачественного монитора способен выявить если не все, то подавляющее большинство «болезней» изображения. Это, конечно, не исключает использования контрольно-измерительного оборудования в телевизионных трактах. Но измерительная техника направлена, скорее, на количественную оценку искажений, выявление места возникновения проблемы и т. д.

Долгое время  единственным средством визуального  контроля был монитор на основе кинескопа, или ЭЛТ — электронно-лучевой  трубки. Принцип ее действия довольно прост, как все гениальное. Нагретый до высокой температуры катод испускает электроны, которые посредством электромагнитного поля формируются в луч, разгоняются до большой скорости и попадают на покрытый люминофором экран кинескопа, вызывая его свечение. Изображение формируется в виде строк благодаря наличию отклоняющей системы, полностью повторяющей порядок сканирования изображения, имевший место при съемке. Дискретность изображения на экране кинескопа практически не видна благодаря эффекту послесвечения люминофора. Иными словами, точка после бомбардировки электроном гаснет не сразу, а светится еще некоторое время, следствием чего является практическая незаметность строчной структуры изображения. Все элементы кинескопа помещены в колбу, внутри которой — глубокий вакуум.

Цветной кинескоп принципиально не отличается от самого простого — черно-белого. Вместо одной  пушки в нем использованы три: R — красная, G — зеленая, B — синяя. Формирование всех оттенков цветов на экране осуществляется путем смешивания этих трех основных цветов.

Несомненным достоинством кинескопа, помимо простоты и привычности, является его способность маскирования дефектов изображения благодаря, в  частности, все тому же послесвечению, а также очень высокому быстродействию. Последнее имеет большое значение, особенно при отображении панорам и кадров, наполненных быстрым движением.

Недостатки кинескопных  мониторов очевидны. Это, в первую очередь, большие габариты и масса, высокое энергопотребление (а значит, и выделение тепла).

Тенденция последних  лет говорит о том, что мониторы на основе электронно-лучевых трубок постепенно уступают место плоскоэкранным дисплеям на основе жидкокристаллических панелей. Естественно, плоскими являются и плазменные панели, но они не нашли широкого применения в телевизионных студиях. Тому есть несколько причин. Главная из них — высокое потребление энергии и большой уровень шума, создаваемый дисплеями этого типа. Это и не удивительно, ведь, чтобы зажечь и поддерживать плазму, требуется много энергии, значительная часть которой выделяется в виде тепла. А потому в конструкции дисплея предусмотрен вентилятор, создающий шум.

Поэтому считается, что на смену трубочным мониторам  пришли жидкокристаллические дисплеи.

Жидкие кристаллы  представляют собой вещество, обладающее свойствами как жидкости, так и твердого тела. Главным у этих кристаллов, и это позволило использовать их как средство визуального отображения, является возможность поляризации, то есть изменения пространственной ориентации в зависимости от напряженности электрического поля, приложенного к ним.

Особенность ЖК-дисплеев заключается в том, что кристаллы  сами по себе не излучают света. То есть в темноте их просто не видно. Но поляризованные кристаллы меняют свою прозрачность. Поэтому для отображения необходим дополнительный источник света, в качестве которого в ЖК мониторах выступает неоновая лампа.

Как и в случае с кинескопом, результирующий цвет каждой точки формируется путем  сложения трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Иными словами, одна видимая точка образуется тремя физическими пикселями разного цвета. Интенсивность «свечения» (помним, что на самом деле не светится, а меняет прозрачность) регулируется различными фильтрами, в частности поляризационным и цветовым.

В общих чертах активная ЖК-матрица работает следующим образом (см. рис.).

Свет от лампы (ее еще называют лампой

задней подсветки  — back light) проходит через систему  отражателей, потом попадает на первый поляризационный фильтр, а затем  — в слой жидких кристаллов. Поскольку каждый пиксель управляется своим транзистором, то степень прозрачности каждого из них зависит от напряжения, получаемого на выходе элемента управления. Таким образом формируется первичное изображение, которое проходит через цветовые фильтры. В зависимости от поляризации каждого пикселя прошедший через него свет будет либо полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (так получаются черные пиксели), либо частично (оттенки разных цветов), либо вообще не будет поглощен (чистый белый цвет).

В итоге на экране образуется полноцветное изображение.

Надо отметить, что такая природа получения  изображения обусловила и один из главных недостатков ЖК-технологии. Поскольку кристаллы не излучают свет, а лишь меняют свою ориентацию, приводя к изменению светопропускания панели, визуальное восприятие в значительной мере зависит от положения наблюдателя относительно самой панели. То есть имеет значение угол обзора, который изначально является малым по сравнению, например, с ЭЛТ мониторами.

На какие же основные параметры надо обращать внимание при выборе ЖК монитора? Их несколько. Конечно, это разрешение. Максимальное разрешение ЖК монитора всегда фиксировано, поэтому надо оценить не только сегодняшние, но и потенциальные потребности. Многое зависит также от сферы применения монитора. Если речь идет о студийном устройстве контроля качества, то нужно устанавливать максимально эффективный монитор с возможностью отображения материала «пиксель в пиксель», то есть безо всякого преобразования размера картинки: 1920×1080 в исходном изображении — столько же на экране монитора.

Если же назначение монитора — просто визуальный мониторинг наличия изображения либо контроль компоновки кадра (например, при съемке), то соответствие его разрешения исходному разрешению изображения не обязательно.

Вторым важным параметром является угол обзора. При  использовании монитора в телевизионных  комплексах он приобретает повышенную важность по сравнению с компьютерными  системами и тем более с  персональными компьютерами. В случае с телевизионными системами количество мониторов может исчисляться десятками, и располагаются они зачастую так, что угол обзора может превышать 150° и более.

Важен и такой  общий для всех устройств отображения параметр, как яркость. Для ЖК мониторов повысить ее куда проще — достаточно увеличить интенсивность подсветки, тогда как в электронно-лучевой трубке повышение яркости связано с усилением эмиссии, что влечет за собой не только дополнительное потребление энергии, но и ускоренный износ трубки. Конечно, увеличение яркости свечения лампы подсветки тоже сокращает срок ее службы, но заменить лампу куда проще и дешевле, чем кинескоп.

Контрастность — это отношение максимальной яркости к минимальной. Для ЖК-матриц характерна проблема достижения высокой  контрастности, связанная со сложностью отображения абсолютно черного цвета, ведь лампа подсветки включена постоянно, и чтобы получить глубокий черный цвет, надо использовать совершенную систему поляризации, что приводит к существенному повышению стоимости монитора.

Что касается количества отображаемых цветов, то для всех высококлассных мониторов оно исчисляется миллионами, поскольку практически все эти устройства являются 24-разрядными (по 8 бит на каждую цветовую компоненту).

С появлением ЖК мониторов в обиход прочно вошло понятие «время отклика». Этот параметр обозначает время, необходимое для изменения пространственной ориентации молекул жидких кристаллов. Чрезмерно большое время отклика приводит к появлению на экране шлейфов, тянущихся за движущимися в кадре объектами либо возникающих при быстром панорамировании. Этот же параметр ограничивает частоту смены кадров на экране монитора. Понятно, что чем меньше время отклика, тем лучше. Но также не стоит забывать, что достигнуть времени отклика, меньшего 8 мс, исключительно честным путём технически невозможно. Дело в том, что жидкие кристаллы имеют определённую инертность и заставить их крутиться быстрее можно только при помощи электрических разрядов на определённые точки. Соответственно это приводит к тому, что такие мониторы часто промахиваются с цветом, картинка начинает рябить.

Классификация мониторов по назначению

А сейчас разберёмся, как мониторы делятся по назначению.

I тип. Компьютерный монитор общего назначения.

Используется  для отображения текстов и  графики (в том числе динамической), некритичной к передаче полутонов  и точному цвету. Стоимость таких  мониторов в среднем составляет примерно 250 $. Это обычный монитор, который, как правило, мы используем в наших домашних ПК.

II тип. Графический компьютерный монитор.

Применяется для  работы с фото и видеоизображениями, цветокоррекции и обработки компьютерной графики. Стоимость его составляет примерно 600-800 $.

III тип. Видеомонитор.

Это эталонный  монитор телевизионного изображения. Его характеризуют чересстрочная развёртка (interlace), обрез кадра (overscan area) и параметры изображения, аналогичные обыкновенным телевизорам. Бывают как ЭЛТ, так и ЖК. Их стоимость находится в диапазоне от 400 до 2000 $.

IV тип. Мониторы для публичной демонстрации (панели).

Обычно панели бывают плазменными или ЖК. Их отличает высокая яркость/контрастность и  цифровой интерфейс (HDMI/DVI). Стоимость их составляет от 1000 $ и выше.

Непосредственно для оснащения видеостудии требуются  мониторы II и III типов, а именно графические компьютерные мониторы и видеомониторы.