Oheislaitteet Multimediatietokoneet Video ja grafiikka Audio Puhelin, Videoneuvottelu, Tietoverkot CD & DVD USB & FireWire Prosessorit Video for Windows, DirectX & ActiveMovie Petri Vuorimaa 1
Multimediatietokoneet Useat tietokoneet tukevat multimediaa Tietokoneissa on yleensä väylä Prosessori Muisti Kovalevy CD-ROM Väylä Video Audio Portit USB MIDI Verkko Petri Vuorimaa 2
Sulautetut laitteet Sulautetuissa laitteissa ei yleensä käytetä väylää Set-top-box Viritin ja demodulaattori Salauksen purku Demux Muisti Videodekooderi Audiodekooderi Mikroprosessori Modeemi Petri Vuorimaa 3
Matkapuhelimet Java WLAN. Käyttöjärj. Protokolla Bluetooth. Näyttö ASIC Multimedia ASIC Järjestelmä GPS Kamera Antenni Näppäimet RAM HW kiihd. DSP MCU SRAM Logiikka DSP MCU SRAM Analogiset piirit Flash Muistikortti Muistikortti Flash Petri Vuorimaa 4
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 Petri Vuorimaa 5
Multimedia PC (MPC) Laitevalmistajien yhteinen standardi Määrittelee perusominaisuudet eri laitteille Sovelluksen tuottaja voi helposti ilmoittaa vaatimustason Nykyinen versio 3 Petri Vuorimaa 6
Video ja grafiikka Värikoodi 8 tai n bittiä Näyttö 256 tai 2 n väriä R G B.. VGA + 720 x 480 (max resoluutio) + 256 väriä SVGA + 1280 x 1024 + 32 bit. väri Petri Vuorimaa 7
Video ja grafiikka (jatk.) Videokuva toistetaan grafiikkamuistin kautta MPC3: + 30 kuvaa/s + 352 x 240 resoluutio + 15 bit/pikseli MPEG1 kompressio Petri Vuorimaa 8
Audio Useimmissa tietokoneissa on SoundBlaster yhteensopiva äänikortti AUDIO MIDI Portti in out through PC PCM CODEC Audio in/out stereo mic CD analog in CD-DA Petri Vuorimaa 9
MPC3:n audiovaatimukset 1) 8 tai 16 bit näytteet; 8, 11.025, 16, 22.05 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 22.05 khz 4) CD-ROM asema digitaalisella audiolla 5) kaksi kaiutinta (120 Hz - 17.5 KHz) 6) subwoofer (40-250 Hz) 7) MIDI-portti Petri Vuorimaa 10
Puhelin Computer-Telephony Integration (CTI) 1) puhelujen hallinta: + numeronvalinta + tietoliikenne + palvelukeskukset ym. 2) Puhelinpohjaiset sovellukset: + henkilökohtaiset tiedot + fax + vastaaja ym. Petri Vuorimaa 11
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 Petri Vuorimaa 12
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.120 Petri Vuorimaa 13
Videoneuvottelu (jatk.) Kaistanleveys 1) ISDN: 128 Kbps (n x 64 kbps) 2) Puhelin: 56 Kbps 3) LAN ja Internet: rajaamaton kaistanleveys Videoneuvottelu vaatii yleensä erillistä laitteistotukea Petri Vuorimaa 14
Videoneuvottelulaitteisto Grafiikka, video & audio Audio kodekki Video kodekki Data kodekki Verkkolaite Grafiikka, video & audio Audio kodekki Video kodekki Data kodekki Verkkolaite Petri Vuorimaa 15
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 Myös DigiTV-kortteja olemassa Petri Vuorimaa 16
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 Petri Vuorimaa 17
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) Petri Vuorimaa 18
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 CD-RW: uudelleen kirjoitettava CD Petri Vuorimaa 19
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 Petri Vuorimaa 20
DVD DVD-levyissä on suurempi tallennuskapasiteetti kuin CD-levyissä 1) pienempi "kuopan" väli (0.4 mikronia vs. 0.834 mikronia) 2) pienempi uran väli (0.74 mikronia vs. 1.6 mikronia) 3) lyhyempi laserin aallonpituus (635-650 nanometriä vs. 780 nanometriä) 4) kaksi puolta 5) kaksi kerrosta Petri Vuorimaa 21
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 Petri Vuorimaa 22
DVD-formaatit Fyysinen kerros + DVD-ROM, + DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW (Panasonic, Toshiba, Apple, Hitachi, NEC, Samsung ja Sharp) + DVD+R, DVD+RW (Philips, Sony, HP, Dell, jne.) Looginen kerros + Universal Disc Format (UDF) Sovellukset + DVD-Video, DVD-Audio Petri Vuorimaa 23
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 Petri Vuorimaa 24
DVD-salausjärjestelmä Petri Vuorimaa 25
Toimiiko DVD-salaus? Petri Vuorimaa 26
Seuraavan sukupolven DVD Sininen laser (450 nm) punaisen (650 nm) sijasta Blu-Ray + Sony, Hitachi, LG, Matsushita, Philips, Pioneer, Samsung, Sharp ja Thomson + 23, 25 tai 27 GB DVD-HD + Toshiba, Nec, Warner, Paramount ja Universal + 15-20 GB Petri Vuorimaa 27
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 Petri Vuorimaa 28
USB-laitteita 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 Petri Vuorimaa 29
USB:n ominaisuuksia 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 Petri Vuorimaa 30
USB tukee 1) Isokroninen videon ja audion siirto 2) Reaaliaikaiset keskeytykset 3) Suurten datamäärien siirto paras yritys -metodilla 4) Ohjaustiedon siirto Petri Vuorimaa 31
USB 2.0 Siirtokapasiteetti max 480 Mbps (40 kertainen) Yhteensopiva USB 1.1:n kanssa Nopeus tiputetaan tarvittaessa automaattisesti Mahdollistaa uusien oheislaitteiden käytön + videoneuvottelu (parempi kuvanlaatu) + tulostimet & skannerit (nopeus & resoluutio) + CDROM & DVD (suurempi datan määrä) Petri Vuorimaa 32
FireWire Kuten USB-väylä, mutta suurempi siirtonopeus: 98.304, 196.608 ja 392.216 Mbps Yli 1 Gbps nopeudet kehitteillä 64 000 laitetta ja 1 000 siltaa Yhden kaapelin etäisyys max 4.5 m Kahden laitteen etäisyys max 16 kaapelia eli 72 m Petri Vuorimaa 33
FireWire-väylän konfiguraaatio Laiteryhmät liitetään toisiinsa siltojen kautta Petri Vuorimaa 34
FireWire-kaapeli Kaapeli koostuu kahdesta datajohdinparista ja virtajohtimista Petri Vuorimaa 35
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) Petri Vuorimaa 36
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 Petri Vuorimaa 37
Prosessorit Multimedian käsittely vaatii laskentatehoa Ongelma voidaan ratkaista: 1) erikoislaitteistolla (MPEG purkupiirit ym.) 2) erikoisprosessoreille (signaaliprosesorit ym.) 3) yleisprosessorien laajennuksilla (MMX ym.) Petri Vuorimaa 38
MMX MMX on Intelin Pentium ja Pentium Pro prosessorein multimedialaajennus Perustuu Single Instructin Multiple Data (SIMD) arkkitehtuuriin Yksi käskykäsittelee useampaa dataa yhtäaikaa Esim. 64 bitin rekisteri sisältää 8 kpl 8 bitin dataalkiota tai 4 kpl 16 bitin data-alkiota Petri Vuorimaa 39
Esim. rinnakkainen kertolasku I(3) I(2) I(1) I(0) I(3) I(2) I(1) I(0) Kertolasku I(3) I(2) I(1) I(0) Petri Vuorimaa 40
MMX:n käyttö Sama operaatio toistetaan usealledata-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 Petri Vuorimaa 41
Uudet arkkitehtuuri K. Diefendorff, P. K. Dubey: How Multimedia Workloads Will Change Processor Design, IEEE Computer, Sept. 1997, pp. 43-45. 1) reaaliaikainen vaste 2) jatkuva-aikaiset 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 Petri Vuorimaa 42
V-IRAM C. E. Kozyrakis et al., Scalable Processors in the Billion-Transistor Era: IRAM, IEEE Computer, Sept. 1997, pp. 75-78. Älykäs DRAM-muisti Cache-muistien tilalle Nopeat sarjaväylä Vektoriprosessointi Superskalaariprosessori Petri Vuorimaa 43
Mikropiiri (kuvitteellinen) Petri Vuorimaa 44
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 Petri Vuorimaa 45
Video for Windows Microsoftin ratkaisu video pakkaamiseksi, purkamiseksi ja toistamiseksi Koodekit: 1) Microsoft Video 1 2) Intel Indeo R3.1 & R3.2 3) Radius Cinepak 4) Microsoft Runlength Encoding (RLE) Petri Vuorimaa 46
VFW etuja 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 Petri Vuorimaa 47
Media Control Interface (MCI) Petri Vuorimaa 48
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 Petri Vuorimaa 49
DirectX:n käyttöönotto Alussa käytetään VFW:n ja MCI:n kautta Petri Vuorimaa 50
DirectX:n käyttöönotto (jatk.) Myöhemmin käytetään ActiveMovien palveluja Petri Vuorimaa 51
Active Movie ActiveMovie -arkkitehtuuri perustuu suodattimiin Esim. MPEG-suodattimet Suodattimia voidaan säätää käytössä olevan suorituskyvyn mukaisesti (orkestrointi) Petri Vuorimaa 52
Active Movie esimerkki Petri Vuorimaa 53