5.3.2. Устройства формирования аудио и видеосигнала
Первые попытки обработать изображение были предприняты на телевидении. Телевизионные сигналы существенно отличаются от сигналов в компьютере. В США стандарты для цветного телевидения были введены в действие в 1953 году Национальным комитетом по телевизионным системам – NTSC (National Television System Committee). Некоторые страны, например Япония, поддерживают этот стандарт, а в Европе были разработаны собственные стандарты: PAL (Phase Alternate Line) и SECAM (SEquential Couleur Avec Memoire).
С помощью TV – адаптеров (конвертеров VGA/NTSC) можно просматривать созданные компьютером изображения на обычном телевизоре и записывать на дисковый носитель. Подобные устройства делятся на две категории: с полной ”привязкой” (для взаимной синхронизации многих источников видеосигналов или телевизионных устройств и компьютера) или без таковой. Первые обеспечивают высокую стабильность сигналов; они необходимы, например, для качественной записи на диск, однако при обычной демонстрации можно обойтись более простыми конвертерами [12].
Конвертеры выпускаются либо как встраиваемые платы, либо как отдельные устройства (для портативного компьютера). Такие внешние устройства не заменяют адаптер VGA, а подключаются к нему извне с помощью кабеля. Во встраиваемых конвертерах, помимо входного и выходного портов VGA, устанавливаются стандартные видеоразъемы.
Конвертеры обычно поддерживают телевизионные стандарты NTSC и PAL. Разрешение, отображаемое на экране телевизора и фиксируемое видеомагнитофоном, обычно 640х480 пикселями, но могут иметь и более высокие параметры разрешения. На платах могут устанавливаться схемы, позволяющие избавиться от мерцания картинки, которое возникает из – за различия в частотах кадровой синхронизации в телевизионном и VGA – стандарте. Одним из режимов TV – тюнера, подключаемого к шине PCI или PCI- Express может быть режим перехвата изображения. С помощью этого режима можно сохранить отдельные кадры и весь видеопоток на жестком диске для дальнейшего просмотра и редактирования. Качество изображения высокое. Перехваченное изображение можно обработать в приложениях, которые предоставляют возможности изображения, конвертирование файлов, вырезание фрагментов и др.
5.3.3. Модемы
Моде́м (модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функции модуляции и демодуляции и протоколов обмена. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).
Модемы можно классифицировать по определенным признакам.
По исполнению различают внешние модемы, которые подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы, а также радиомодемы).
Внутренние модемы устанавливаются внутрь компьютера в слот PCI, PCMCIA, AMR, CNR, PCI- EXP.
Встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или системной платы.
По принципу работы бывают:
- аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например, с использованием DSP процессора, универсального контроллера). В аппаратно- реализованном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом. Другой тип аппаратных модемов — Win-модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособность обеспечивается только при наличии драйверов, которые разработаны для операционных систем семейства MS Windows;
- аппаратно - программнные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.
- программно - управляемые (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).
По типу среды передачи информации:
- аналоговые — наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий;
- ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий;
- DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть; Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке;
- кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS;
Беспроводные (радио- модемы), например, GSM – модемы;
Спутниковые модемы;
PLC –модемы — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.
Наиболее распространены в настоящее время: внутренний программно- управляемый модем; внешний аппаратный модем; встроенные в ноутбуки модемы; кабельный модем.
Имеются модемы, реализующие дополнительные функции:
- факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину;
- голосовой модем — имеет функцию преобразования аналогового сигнала с телефонной линии в цифровой код и воспроизведение (синтез) произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Это позволяет осуществить:
передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удалённый голосовой модем и приём сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик;
использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.
Схема современного модема представлена на рис.5.43.
Микроконтроллер управления имеет порты ввода-вывода, предназначенные для обмена данными между модемом и компьютером . Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор. Узел АЦП, ЦАП и линейных фильтров обеспечивает преобразование модулированного входного сигнала в поток цифровых кодов для последующей обработки и обратное преобразование потока кодов от DSP.
Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) обычно демодулирует входящие и модулирует исходящие сигналы на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.
Контроллер управляет обменом с компьютером.
Для хранения данных и программ используется память типа ROM и RAM.
ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепропрограммирования и хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширять возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.
Рис.5.43. структурная схема современного модема
Используется также память типа NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например, используя набор AT-команд.
RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, обеспечения реализации алгоритмов сжатия и т.д.
В качестве линии связи для большинства модемов используется коммутируемая телефонная линия.
Телефонная линия для большинства современных россиян по прежнему является единственным способом выхода в Интернет.
Применение простейших аналоговых модемов и реализация протокола dial-up не обеспечивает потребности пользователей, поскольку скорости выше 55,6 кбит/с получить затруднительно, кроме того, часты разрывы соединения.
Выходом из создавшейся ситуации стало применение технологии DSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия). Она позволяет подключаться к Интернету через обычную телефонную линию, но в отличие от dial-up, частотные возможности линии используются гораздо шире. Это позволяет увеличить скорость соединения до 7,5 Мбит/с.
На сегодня широко распространена технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - ассиметричная цифровая абонентская линия). Для ее реализации весь диапазон передаваемых частот разделен на три части. Частоты от 0 до 4 кГц (голосовые) остаются незадействованными в передаче данных. Они используются исключительно для телефонных разговоров. Частоты от 25 до 160 кГц, используются для передачи данных от пользователя к провайдеру и, наконец, частотный диапазон диапазона от 240 кГц до 1,5 МГц используется для передачи основного потока от провайдера к пользователю. В этом отличие ADSL от DSL. Понятно, что от провайдера к пользователю информационный поток значительно больший, чем в обратную сторону. Эта асимметрия используется в ADSL для увеличения скорости связи и отражено в названии.
Для реализации DSL - технологии на телефонной станции должно быть оборудование, обеспечивающее частотное разделение сигналов. ”Голосовые” сигналы после разделения поступают на штатное оборудование цифровых АТС, обеспечивая телефонную связь, а информационные сигналы передаются в сеть обмена данными провайдера.
Со стороны пользователя необходимо наличие DSL – модема. Принципиальное отличие от обычного модема в том, что большинство DSL– модемов могут выполнять функции маршрутизаторов и, следовательно, использоваться несколькими пользователями.
К недостаткам следует отнести максимально допустимое расстояние от пользователя до АТС (5 – 7 км).