Multimediatietokoneet. Oheislaitteet. Nykyiset laitteet. Sulautetut laitteet. Video ja grafiikka. Multimedia PC (MPC)

Transkriptio

1 1 Oheislaitteet Multimediatietokoneet Video ja grafiikka Audio Puhelin, Videoneuvottelu, Tietoverkot CD & DVD USB & FireWire Prosessorit Video for Windows, DirectX & ActiveMovie 1 Multimediatietokoneet Useat tietokoneet tukevat multimediaa Tietokoneissa on yleensä väylä Prosessori Muisti Kovalevy CD-ROM Väylä Video Audio Portit USB MIDI Verkko 2 Sulautetut laitteet Sulautetuissa laitteissa ei yleensä käytetä väylää Set-top-box Viritin ja demodulaattori Muisti Salauksen purku Demux Audiodekooderi Mikroprosessori Videodekooderi Modeemi 3 Nykyiset laitteet Ominaisuudet: 1) multimedian toisto, editointi ja tallennus 2) tiedosiirto puhelin- ja tietoverkon kautta Rajoitukset: 1) rajallinen määrä medioita (suorituskyky) 2) synkronointi (hoidettu laitteistolla) 3) interaktiivisuus 4 Multimedia PC (MPC) Video ja grafiikka Laitevalmistajien yhteinen standardi Määrittelee perusominaisuudet eri laitteille Sovelluksen tuottaja voi helposti ilmoittaa vaatimustason Nykyinen versio 3 Värikoodi 8 tai n bittiä Näyttö 256 tai 2 n väriä R G B.. VGA x 480 (max resoluutio) väriä SVGA x bit. väri 5 6

2 2 Video ja grafiikka (jatk.) Videokuva toistetaan grafiikkamuistin kautta MPC3: + 30 kuvaa/s x 240 resoluutio + 15 bit/pikseli MPEG1 kompressio Audio Useimmissa tietokoneissa on SoundBlaster yhteensopiva äänikortti PC AUDIO PCM CODEC MIDI Portti Audio in/out in out through stereo mic CD analog in CD-DA 7 8 MPC3:n audiovaatimukset 1) 8 tai 16 bit näytteet; 8, , 16, tai 44.1 khz taajuudella 2) Pulse Code Modulation (PCM) kodekki 3) 16 bit stereo vie max. 13 % prosessoriajasta taajuudella 44.1 khz ja 7 % taajuudella khz 4) CD-ROM asema digitaalisella audiolla 5) kaksi kaiutinta (120 Hz KHz) 6) subwoofer ( Hz) 7) MIDI-portti 9 Puhelin Computer-Telephony Integration (CTI) 1) puhelujen hallinta: + numeronvalinta + tietoliikenne + palvelukeskukset ym. 2) Puhelinpohjaiset sovellukset: + henkilökohtaiset tiedot +fax + vastaaja ym. 10 Windows rajapinnat 1) Telephony Application Programming Interface (TAPI) 2) Telephone Service Programming Interface (TSPI) 3) Messaging Application Programmin Interface (MAPI) 4) Speech Application Programmin Interface (SAPI) 5) Media Control Interface (MCI) MPC3 vaatii että järjestelmä on TAPI2.0 yhteensopiva 11 Videoneuvottelu Videoneuvottelu ja ryhmätyösovellukset Paljon valmistajien omia ratkaisuja Standardeja: 1) ISDN H.320: video H.261; audio G.711, G.722, G.728; data T.120 2) Puhelin (POTS) H.324: video H.261, H.263, audio G.723; data T.120 3) LAN ja Internet H.323: video H.261, H.263, audio G.711, G.722, G.723, G.728, data T

3 3 Videoneuvottelu (jatk.) Videoneuvottelulaitteisto Kaistanleveys 1) ISDN: 128 Kbps (n x 64 kbps) 2) Puhelin: 56 Kbps 3) LAN ja Internet: rajaamaton kaistanleveys Videoneuvottelu vaatii yleensä erillistä laitteistotukea Grafiikka, video & audio Grafiikka, video & audio Audio kodekki Video kodekki Data kodekki Audio kodekki Video kodekki Data kodekki Verkkolaite Verkkolaite TV ja radio Televisio ja radio voidaan tuoda tietokoneeseen erillisillä lisäkorteille + myös USB-väylä Sammutusjuovilla voidaan lähettää ylimääräistä informaatiota (Intercast) Esim. www-sivut, linkit, ohjelmatiedot Verkkoliityntä Tietoverkkoihin liitytään verkkoliityntäkortin kautta Tyyppinen nopeus 4, 10, 16, 25 tai 100 Mbps Siirtotie voi olla koaksiaalikaapeli, parikaapeli tai optinen kuitu Myös langattomat vaihtoehdot: radio, infrapuna Verkkokorttia ohjataan tietoliikenneprotokollapinon (esim. TCP/IP) kautta CD CD-ROM -levyt sopivat hyvin multimedian jakeluun Käytössä useita eri standardeja CD-DA (red book): digitaalinen audio, 150 Kbps, 44.1 Ksample/s, 682 MB CD-ROM (yellow book): 1) teksti & data, 2) audio & video data CD-I (green book): tekstin, grafiikan, audion ja videon toisto (multimedia ja pelit) 17 CD (jatk.) DVI: Indeo video (72 min) CD-XA (extended yellow book): parantaa audio ja video ominaisuuksia MSCDEX: MS-DOS käyttöliittymän laajennukset PhotoCD: max 100 kompressoitua kuvaan Video CD (white book): MPEG1 video (74 min) CD-R (orange book): kertaalleen tallentava CD 18

4 4 MPC3 CD-vaatimukset 1) CD-DA 2) CD-ROM 3) CD-XA 4) CD-I 5) Video CD 6) CD-R 7) Photo CD 8) Enhanced Music CD Siirtonopeuden on oltava vähintään 550 Ktavua/s 19 DVD DVD-levyissä on suurempi tallennuskapasiteetti kuin CD-levyissä 1) pienempi "kuopan" väli (0.4 mikronia vs mikronia) 2) pienempi uran väli (0.74 mikronia vs. 1.6 mikronia) 3) lyhyempi laserin aallonpituus ( nanometriä vs. 780 nanometriä) 4) kaksi puolta 5) kaksi kerrosta 20 DVD:n kapasiteetti DVD-levyjen kapasiteetti: 1) yksi puoli ja yksi kerros: 4.7 Gtavua 2) kaksi puolta ja yksi kerros: 9.4 Gtavua 3) kaksi puolta ja kaksi kerrosta: 17 Gtavua DVD-asemat voivat olla yhteensopivia CDlevyjen kanssa Videossa käytetään MPEG-2:ta ja audiossa Dolby AC-3:ta DVD-formaatit Fyysinen kerros + DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW Looginen kerros + Universal Disc Format (UDF) Sovellukset + DVD-Video, DVD-Audio, DVD-Professional (kesken) DVD:n salaus Vain osa sisällöstä salataan (säästää CPU-aikaa) DVD-soitin purkaa salauksen laitteistolla Salausavain löytyy levyltä + vain lisenssin hankkineet valmistajat tietävät miten TV-signaali on sotkettu, joten sitä ei voi kopioida DVD-ROM -asema antaa avaimen vain salattua väylää pitkin (Content Scrambling System - CSS) Vesileimoilla voidaan sallia rajattu määrä kopioita DVD-salausjärjestelmä 23 24

5 5 Toimiiko DVD-salaus? USB Universal Serial Bus (USB) -väylän kautta voidaan liittää erilaisia laitteita tietokoneeseen USB:n etuja: 1) laitteiston asetuksia (keskeytykset, DMA, osoitteet ym.) ei tarvitse määritellä 2) tietokonetta ei tarvitse "avata" 3) erillisiä sähköjohtoja ei tarvita USB-laitteita USB:n ominaisuuksia 1) näppäimistö, hiiri, tulostin, modeemi, skanneri, CD-ROM ym. 2) puhelin, ISDN ym. 3) joystick, peliohjaimet, datahansikkaat, virtuaalisilmiköt ym. 4) videokamerat, digitaaliset kamerat ym. 5) TV- ja radio-vastaanotin USB-väylän nopeus on 1.5 Mbps ja 12 Mbps USB-väylä sisältää neljä johdinta Vbus D+ D- GND Bitit ilmaistaan jännite-eroina Maksimietäisyys on 5 metriä Laitteet kytketään tähtitopologiaan (HUB) Verkot voivat olla hierarkisia Vbus D+ D- GND USB tukee 1) Isokroninen videon ja audion siirto 2) Reaaliaikaiset keskeytykset 3) Suurten datamäärien siirto paras yritys -metodilla 4) Ohjaustiedon siirto FireWire Kuten USB-väylä, mutta suurempi siirtonopeus: , ja Mbps Yli 1 Gbps nopeudet kehitteillä laitetta ja siltaa Yhden kaapelin etäisyys max 4.5 m Kahden laitteen etäisyys max 16 kaapelia eli 72 m 29 30

6 6 FireWire-väylän konfiguraaatio Laiteryhmät liitetään toisiinsa siltojen kautta FireWire-kaapeli Kaapeli koostuu kahdesta datajohdinparista ja virtajohtimista FireWire-väylän etuja 1) Väylä skaalaantuu hyvin 2) Joustava topologia 3) Laitteita voi liittää "kuumaan" väylään 4) Väylä on helppo käyttää (ei asetuksia) 5) Suunniteltu kulutuslaitteisiin (halpa) FireWire-väylän tilanne Tällä hetkellä laitteita rajatusti FireWire-kortteja saatavilla tietokoneisiin Joissakin työasemissa ja PC-koneissa on FireWire-väylä vakiona Joitakin videokameroita ym. Tulossa digitaalisen television set-top-boxeihin Prosessorit Multimedian käsittely vaatii laskentatehoa Ongelma voidaan ratkaista: 1) erikoislaitteistolla (MPEG purkupiirit ym.) 2) erikoisprosessoreille (signaaliprosesorit ym.) 3) yleisprosessorien laajennuksilla (MMX ym.) MMX MMX on Intelin Pentium ja Pentium Pro prosessorein multimedialaajennus Perustuu Single Instructin Multiple Data (SIMD) arkkitehtuuriin Yksi käsky käsittelee useampaa dataa yhtäaikaa Esim. 64 bitin rekisteri sisältää 8 kpl 8 bitin dataalkiota tai 4 kpl 16 bitin data-alkiota 35 36

7 7 Esim. rinnakkainen kertolasku MMX:n käyttö I(3) I(2) I(1) I(0) I(3) I(2) I(1) I(0) I(3) I(2) I(1) I(0) Kertolasku Sama operaatio toistetaan usealle data-alkiolle Videon kompressointi, kuvankäsittely, tietokonegrafiikka ja digitaalinen signaalinkäsittely Esim. MPEG1 videon purku on 1.5 kertaa nopeampi kuin ilman MMX-käskykantaa Ongelmana on algoritmien uudelleen koodaaminen Uudet arkkitehtuuri K. Diefendorff, P. K. Dubey: How Multimedia Workloads Will Change Processor Design, IEEE Computer, Sept. 1997, pp ) reaaliaikainen vaste 2) jatkuva-aikaist mediat 3) merkittävästi matalan tason rinnakkaisuutta 4) merkittävästi korkeamman tason rinnakkaisuutta 5) käskyjen keskittyminen paikallisiin silmukoihin 6) laajakaistainen muisti 7) laajakaistainen tietoliikenne 8) erilaiset dataformaatit 39 V-IRAM C. E. Kozyrakis et al., Scalable Processors in the Billion-Transistor Era: IRAM, IEEE Computer, Sept. 1997, pp Älykäs DRAM-muisti Cache-muistien tilalle Nopeat sarjaväylä Vektoriprosessointi Superskalaariprosessori 40 Mikropiiri (kuvitteellinen) PC-ohjelmistot Video for Windows Multimedia sovellus MCI (Multimedia Control Interface) Audio TAPI TSPI Video Conference Laitteita ohjataan ohjelmointirajapintojen kautta Osa on standardeja Osa on valmistajien omia määrityksiä 41 42

8 Video for Windows VFW etuja Microsoftin ratkaisu video pakkaamiseksi, purkamiseksi ja toistamiseksi Kodekit: 1) Microsoft Video 1 2) Intel Indeo R3.1 & R3.2 3) Radius Cinepak 4) Microsoft Runlength Encoding (RLE) 43 Pakkaus ja purku voidaan tehdä ohjelmistolla Video talletetaan tiedostoon (.AVI) audion kanssa MCI = Media Control Interface VFW = Video for Windows AVI = Audio Video Interleave ICM = Installable Compression Manager Media Control Interface (MCI) 44 DirectX Matalan tason ohjelmointirajapinta (API) 1) DirectDraw: 2D & 3D video ja animaatio 2) Direct3D: reaaliaikainen 3D grafiikka 3) DirectSound: audio 4) DirectPlay: monenpelaajan pelit Internetin kautta 5) DirectInput: peliohjaimet 45 DirectX:n käyttöönotto 46 DirectX:n käyttöönotto (jatk.) Alussa käytetään VFW:n ja MCI:n kautta Myöhemmin käytetään ActiveMovien palveluja

9 9 Active Movie ActiveMovie -arkkitehtuuri perustuu suodattimiin Esim. MPEG-suodattimet Suodattimia voidaan säätää käytössä olevan suorituskyvyn mukaisesti (orkestrointi) Active Movie esimerkki 49 50