Курс: Технические средства АИС и телекоммуникационных сетей (стр. 12 )

Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами (обычно офисного применения) и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций, но существуют ускорители, обладающие функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

Обработка трехмерной графики

Трехмерная графика (3D-графика) представляет собой графику, отображающую объем и перспективу. Для ее поддержки требуются достаточно мощные графические карты, оснащенные собственным высокопроизводительным процессором и большим объемом памяти. Для охлаждения графических процессоров иногда применяют собственный вентилятор, и, в некоторых случаях, на графическую карту подают отдельное питание.

Практически 3D-графика представляет собой последовательность кадров, частота и качество которых определяется параметрами ЦП, шины AGP и графической карты. Для того, чтобы смена кадров казалась плавной их частота должна быть не менее 30 fps (frames per second). Для получения достаточного качества кадров необходимо поддерживать соответствующий графический режим, например 1024Х768Х32 без снижения частоты кадров.

Для разработки приложений трехмерной графики в настоящее время применяются в основном два программных интерфейса (3D API): Direct3D от Microsoft и OpenGL от Silicon Graphics. Современные графические карты могут аппаратно выполнять некоторые функции этих интерфейсов. Для этого производитель графического чипсета создает драйвер 3D API. При вызове функции драйвер определяет, кто будет ее выполнять: акселератор графической карты (аппаратная реализация) или ЦП (программная реализация).

При вычислениях, характерных для 3D-графики, графические карты используют так называемый z-буфер. Свое название он получил в связи с основным назначением – хранить z-координаты пикселов. Качество изображения зависит от разрядности z-буфера. Сейчас применяются чипы с 16, 24 и 32-разрядным z-буфером. Для получения качественной трехмерной графики необходимо иметь z-буфер с разрешающей способностью не менее чем 24 разряда на пиксел.

Для 3D-графики характерна потербность в большом количестве видеопамяти, необходимой для z-буфера, буфера кадров и хранения тектстур. Например, для режима 1024Х768Х32 требуется 32 Мбайт видеопамяти.

Дополнительные возможности графических карт

Аппаратная поддержка воспроизведения DVD-видео. Это требует размещения ускорителя на графической карте для уменьшения потока данных, передаваемого по шине PCI.

TV-вывод. Имеется в виду вывод изображения одновременно на дисплей и телевизор. Максимальное разрешение, которого можно достигнуть на бытовом телевизоре, составляет 800Х600.

TV-тюнер. Позволяет принимать телевизионный сигнал.

Захват отдельных кадров с TV-входа или аналогового TV-видео.

DFP для цифровых дисплеев. Некоторые графические карты наряду с разъемом VGA для аналогового подключения дисплеев, так и DFP-разъем для цифрового подключения плоскопанельных мониторов.

Акустическая система

Наряду с термином «акустическая» система применяются также «аудио» и «звуковая». Акустическая система компьютера может состоять из следующих компонентов:

Звуковая карта (устройство, выполняющее вычислительные операции обработки звука, речи, музыки), колонки и наушники. Это наиболее полнофункциональная конфигурация, позволяющая получать 3D-звук.

Цифровые активные колонки. Позволяет прослушивать аудио с компакт-дисков.

Наушники. Также пригодны только для прослушивания компакт-дисков.

Области применения акустической системы

Начиная с 1992 г. в дистрибутиве операционной системы Windows отсутствует драйвер динамика. Это говорит о том, что с этого времени для обработки звука предполагается использовать только звуковую карту. Вот список некоторых функций, которые может выполнять это устройство:

Воспроизведение звука, записанного в виде файлов на каких-либо электронных носителях.

Звуковое оповещение пользователя о событиях в операционной среде.

Распознавание речи.

Реализация звукового канала при воспроизведении видео.

Звуковое сопровождение игр.

Подключение MIDI-инструментов и воспроизведение их игры или запись с них.

Воспроизведение MIDI-файлов.

Запись звука с микрофона, реализация функции караоке.

Воспроизведение звука из Интернета в режиме реального времени (RealAudio).

Реализация Интернет-телефонии.

Воспроизведение радиосигнала.

Технологии поддержки 3D-звука

Позиционируемый 3D-звук (Positional 3D Audio) – технология, допускающая множество звуковых каналов, каждый из которых исходит от определенного источника. Существует промышленный стандарт I3DL2, который требует: поддержки эффекта реверберации для учета свойств помещения и окклюзии – эффекта прохождения звука через препятствие.

Звуковая карта

Звуковая карта вместе с акустическими колонками образует акустическую систему компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки.

Компоненты

Конструктивно звуковая карта состоит из следующих компонентов:

Основной аудиочип;

аналоговый микшер;

кодек;

MIDI-интерфейс;

цифровой микшер;

цифровой эквалайзер (опционально);

эффект-процессор;

аппаратный 3D-движок;

MIDI-синтезатор.

Разъемы

Для подключения устройств карта снабжена следующими разъемами.

Линейные выходы для подключения активных колонок.

Выход для наушников. Используется имеющийся на карте маломощный усилитель.

Линейный вход. Необходим для подключения устройств, которые выдают аналоговый сигнал с линейного выхода (магнитофона, телевизора и т. п.).

Вход для микрофона. Используется усилитель микрофонного сигнала с автоматической регулировкой усиления (АРУ).

MIDI-разъем. MIDI есть Musical Instrument Digital Interface – интерфейс музыкальных цифровых инструментов. Используется для подключения цифровой музыкальной клавиатуры или джойстика.

Цифровой выход. Служит для подключения к внешним устройствам, имеющим интерфейс SPDIF.

Цифровой внутренний разъем используется для подключения цифрового выхода с накопителя на компакт-дисках.

Аналоговый внутренний разъем для компакт-дисков. Используется для воспроизведения аудио компакт-дисков.

Внутренний разъем для связи с модемом. Используется для реализации функций автоответчика.

Внутренний дополнительный линейный вход применятся для подключения FM-тюнера.

PCBeep – аналоговый разъем для подключения к системной плате. Заменяет системный динамик.

Аудиочип

Основной аудиочип представляет собой производительный цифровой сигнальный процессор (DSP). Он имеет свои каналы DMA для обмена с памятью. Качество оцифровки звука прямо зависит от разрядности АЦП/ЦАП. Стандартный показатель разрядности равен 16 битам, возможны также 18 и 20 битов.

Аналоговый микшер позволяет смешивать несколько каналов в один. Кроме того он содержит предварительные усилители для каждого канала и благодаря этому может выступать в роли пульта управления, регулируя громкость, тембр и стереобаланс. Параметрами являются число каналов, объем буфера и скорость памяти.

Кодек есть устройство для кодирования и декодирования, а также для компрессии и декомпрессии. Для записи звука используется АЦП (аналогоцифровой преобразователь, устройство преобразующее сигнал из аналоговой формы в цифровую), а для воспроизведения – ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, выполняющий обратное преобразование). Кодек поддерживает так называемый полный дуплекс – свойство работать одновременно с несколькими каналами независимо друг от друга. Спецификация AC’97 предписывает наличие полного 16-битного дуплекса при частоте дискретизации 48 КГц.

MIDI-интерфейс существует вследствие наличия ставшего стандартом MPU-401 – MIDI Processing Unit, разработанного фирмой Roland. В соответствии с требованиями АС’99 для подключения MIDI-устройств предполагается использовать порт USB. Фактически это интерфейс между цифровыми музыкальными инструментами и синтезатором звука. Последний озвучивает поток сообщений, содержащих номер инструмента, ноту, длительность, громкость и др. Параллельно с игрой на цифровом музыкальном инструменте может выполняться запись музыки в файл с помощью секвенсора. Секвенсор – это приложение, которое позволяет записывать в виде нот то, что сыграно на MIDI-инструменте. Такое название происходит от слова sequence (последовательность), которое в данном случае обозначает последовательность кодов нот.

Цифровой микшер может обслуживать одновременно несколько каналов. Применяется в приложениях, требующих большого количества звуковых каналов.

Эффект-процессор нужен для наложения определенный звуковых эффектов на канал, например: эхо, реверберация и т. п.

Аппаратный 3D-движок осуществляет аппаратное ускорение позиционируемого 3D-звука для одного или нескольких 3D-аудио API.

MIDI-синтезатор позволяет генерировать звук цифровых MIDI-инструментов, используя таблицу волн.

Наушники

По сравнению с колонками наушники обладают рядом преимуществ и недостатков. Преимущества:

возможность индивидуального прослушивания;

экранирование от внешних шумов;

лучшее качество воспроизведения стереозвука;

только через наушники можно слышать источники звука в вертикальной плоскости.

Недостатки:

отсутствует вибрационное воздействие низких частот на прослушивающего, что характерно для рока;

отсутствует ощущение глубины сцены.

Современный рынок насыщен такого рода устройствами различного качества. Самые простые, дешевые, миниатюрные наушники страдают некачественным воспроизведением низких частот, для которых нужна большая мембрана. Вес составляет несколько десятков грамм, диаметр мембраны около 20 мм. Качество наушников растет в соответствии с увеличением веса и диаметра мембраны.

Кроме диаметра мембраны на качество наушников влияют качество магнитного материала и провода, а также некоторые аудиопараметры. Из параметров, влияющих на удобство эксплуатации наушников, можно указать закрытость или открытость, наличие одностороннего кабеля и анатомичность прилегания. Первое определяет доступность прослушивания внешних звуков, например наушники для домашнего ПК являются открытыми, так как необходимо слышать телефонные звонки, звонки в дверь и т. п. Односторонний кабель в отличие от другого возможного варианта выходит из одного наушника. Анатомическое прилегание достигается за счет регулировки шарниров, винтов и т. п.