Budowa i zasada działania karty TV. Podstawy obróbki plików.doc

1. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą dziania karty telewizyjnej, oraz poznanie podstaw obróbki plików VIDEO.

2. PODSTAWY TEORETYCZNE.

2.1. CO TO JEST KARTA TELEWIZYJNA ?

Karta TV lub tuner telewizyjny, to urządzenie które po podłączeniu do komputera umożliwi nam oglądanie telewizji na ekranie naszego monitora. Karty TV możemy ogólnie podzielić na dwie grupy. Pierwszą z nich stanowią zewnętrzne tunery telewizyjne. Są to niewielkie, prostopadłościenne urządzenia zawierające w sobie całą elektronikę służącą do odbioru sygnału telewizyjnego. Zazwyczaj sprzedaje się je razem z pilotem. Pod względem funkcjonalnym i technicznym nie różnią się one od typowego odbiornika telewizyjnego (oczywiście z wyjątkiem braku kineskopu). Dysponują przełącznikiem umożliwiającym wybór źródła wyświetlanego obrazu - z tunera TV lub z karty graficznej. Urządzenia te mają dwie podstawowe zalety - mogą pracować niezależnie od komputera i nie wymagają zainstalowania żadnego oprogramowania sterującego. Drugą, bardziej funkcjonalną i zaawansowaną technicznie grupę urządzeń stanowią tunery TV przeznaczone do zainstalowania wewnątrz komputera w slotach ISA lub PCI. Wyróżnić tu można dwa rozwiązania konstrukcyjne. Pierwsze z nich jest połączeniem "elektroniki" odbiornika telewizyjnego z kartą graficzną (nazywane all-in-one lub combo). Drugie to samodzielne urządzenie, które pracując niezależnie, komunikuje się z używaną przez nas kartą graficzną.
Urządzenia te zależnie od stopnia swojego zaawansowania technologicznego oferują szereg najrozmaitszych funkcji, od prostego wyświetlania obrazu, aż po wyrafinowane możliwości umożliwiające np. skalowanie oglądanego obrazu, oglądanie telegazety, podgląd kilku kanałów na raz, podłączenie naszego zestawu Video czy też zapisywanie poszczególnych klatek obrazu na dysk twardy komputera. Niektóre urządzenia mają w zestawie nawet pilot umożliwiający zdalne sterowanie lub dodatkowo tuner radiowy umożliwiający również słuchanie radia.

2.2. NAJBARDZIEJ ISTOTNE ATRYBUTY:

Przeznaczenie urządzenia - kupując kartę TV, należy dokładnie zapoznać się ze standardami i danymi technicznymi odbieranego sygnału telewizyjnego. Może od tego zależeć późniejsze, pełne wykorzystanie udostępnianych przez stację nadawczą możliwości (teletekst, dźwięk stereo) lub wręcz odbiór programu telewizyjnego.

Pasma i strojenie - praktycznie wszystkie tunery TV pracują w pełnym zakresie VHF, UHF i CATV. Niestety, niektóre urządzenia nie są wyposażone w funkcję dokładnego dostrojenia sygnału, przez co mogą pojawić się kłopoty z odbiorem słabszych stacji lub części kanałów w kablówce. Należy zatem unikać modeli bez możliwości tzw. fine tunningu.

System telewizji kolorowej - w Polsce obowiązuje system PAL D/K, jednak część telewizji kablowych  emituje niektóre kanały w zachodnioeuropejskim systemie PAL B/G. Jeśli tak właśnie postępuje nasz operator telewizji kablowej, to należy poszukać modelu współpracującego z oboma standardami.

Dźwięk - do większości zastosowań wystarczy przekaz monofoniczny (wszystkie karty TV). Jednak choćby w przypadku kanałów muzycznych warto zaopatrzyć się w urządzenie stereofoniczne. W Europie obowiązuje analogowy system A2 (np. Viva, MTV), a w USA BTSC. Sam chip przetwornika obrazu (poza układami Bt879 - stereo BTSC i Bt878 - mono) nie obsługuje fonii, dlatego producenci kart TV stosują z reguły własne rozwiązania odpowiedzialne za odtwarzanie dźwięku. Dobrze jest więc sprawdzić dokumentację urządzenia i wybrać egzemplarz z fonią A2. Większość dostępnych urządzeń stereofonicznie odtwarza jedynie amerykański system BTSC. Jeżeli zależy nam na odbiorze cyfrowego dźwięku stereo, warto zwrócić uwagę, czy wybrany model pracuje w standardzie NICAM lub ma możliwość rozbudowy o odpowiedni moduł.

Pilot - warto, by w skład naszego zestawu wchodził pilot. Podniesie on funkcjonalność i poprawi wygodę obsługi całego systemu.

Radio - część oferowanych na rynku modeli to karty radiowo-telewizyjne. Jeżeli zależy nam na możliwości słuchania podczas pracy wiadomości lub ulubionych radiowych stacji muzycznych, to powinniśmy zwrócić uwagę na tę funkcję karty TV.

Teletekst - do odbioru teletekstu w zupełności wystarcza dekoder programowy, który zazwyczaj dołączany jest do większości urządzeń. Rozwiązanie takie oferuje praktycznie wszystkie niezbędne funkcje, w tym zapis zawartości telegazety do pliku tekstowego. Wadą popularnej aplikacji Cebra Teletext jest brak współpracy z pilotem i większa czułość na zakłócenia sygnału.

Nowoczesne karty TV mogą przekształcić PC w wielofunkcyjne urządzenie: wysoka jakość i wysokie rozdzielczości dla obrazu telewizyjnego, dźwięk stereo albo Dolby surround, łatwość użycia video / telegazety, możliwość zapisywania klipów video czy pojedynczych klatek na dysk twardy. Najnowsze osiągnięcia mają swój początek na rynku przetwarzania dźwięku: wykorzystując darmowe oprogramowanie możliwy jest odbiór najnowszych hitów w skompresowanym formacie MP3 i zapisanie ich na dysk twardy z pomocą karty telewizyjnej.

Karty TV przekształcają przeciętny PC (nie musi nawet posiadać najnowszego sprzętu) w wielofunkcyjną maszynę, która przewyższy przeciętny telewizor w domu pod względem funkcjonalności. Obraz telewizyjny na PC jest całkowicie wolny od migotania, jako że odświeżanie rzędu 85 Hz jest standardem w dzisiejszych czasach. Większość telewizorów nie może temu dorównać, ponieważ operują przy częstotliwości zasilania, które wynosi 60 Hz (albo 50 Hz w Europie).

Silne migotanie w jasnych obszarach obrazu jest szczególnie dokuczliwe, gdy korzysta się z dużych ekranów. Jednakże PC wyposażony w kartę TV potrafi dużo więcej: wszystkie strony telegazety mogą zostać zapisane na dysk, więc dostęp do nich jest bardzo szybki poprzez kliknięcie myszką. Niektóre karty TV oferują możliwość analizowania danych telegazety w poszukiwaniu określonych słów. Wiele stacji telewizyjnych oferuje informacje niemalże w czasie rzeczywistym, jak ceny akcji na giełdzie, które to z kolei mogą zostać eksportowane i użyte w aplikacjach.

Karty telewizyjne rozpowszechniły się w Europie również ze szczególnego powodu: używając specjalnego oprogramowania, możliwe jest odbieranie zakodowanych płatnych kanałów bez posiadania specjalnego dekodera stacji, jak i bez subskrybowania.

Powyższa tabela pokazuje różne możliwości podłączeniowe dla kart TV. Najbardziej obszerna lista programów jest dostępna używając anteny satelitarnej.

Nowoczesne karty TV można podzielić przez sposób, w jaki odbierają sygnał - w formie cyfrowej lub analogowej. Wiele kart na rynku jest zaprojektowanych, aby odbierać analogową transmisję. Cyfrowe transmisje - zwane również cyfrową telewizją - można odbierać jedynie za pomocą specjalnych płyt DVB, które jednak nie mogą obsłużyć analogowych sygnałów. Z kart, które przetestowaliśmy, dwie są przeznaczone wyłącznie dla cyfrowej TV - Technisat Skystar 1 DVB i Siemens PCI-DVB Cable. Przegląd klasyfikacji kart TV na rynku jest podany w poniższej tabeli.

2.3. ZASADA DZIAŁANIA KARTY TV.

Wszystkie karty TV - niezależnie czy są zaprojektowane do odbioru sygnałów analogowych czy cyfrowych - mają taką samą podstawową architekturę. Zdjęcie poniżej pokazuje prostą kartę TV z interfejsem PCI do odbioru analogowej TV. Główną część komponentów zawiera właściwy tuner szerokopasmowy, który jest umieszczony pod metalową pokrywą, dla odpowiedniego ekranowania. Tuner odgrywa bardzo ważną rolę przez przekształcanie sygnału antenowego wysokiej częstotliwości na sygnały FBAS. Prawdziwym rdzeniem karty

TV jest konwerter A/D - układ, który przekształca analogowe sygnały FBAS na cyfrowe sygnały YUV.

W dodatku, układ konwertujący A/D obsługuje skalowanie obrazu telewizyjnego PAL/NTSC do cyfrowej rozdzielczości PC. Większość układów video (konwerterów A/D) dostępnych na rynku firmy Connexant / Brooktree podczas przeskalowywania obrazu TV

również filtruje zarówno poziomo, jak i pionowo. Sam ten fakt jest głównym powodem, dla którego większość kart TV oferuje doskonałą jakość obrazu. Cyfrowe informacje o obrazie są przesyłane bezpośrednio do karty graficznej przez szynę PCI z użyciem transferów DMA (bezpośredni dostęp do pamięci) i dlatego praktycznie nie zwiększa to obciążenia procesora. Niemniej jednak, strumień 25 do 30 MB/s jest obecny na szynie. Poza konwerterem A/D, wszystkie karty TV zawierają prosty układ audio, który zapewnia dźwięk.

2.4. POŁĄCZENIA AUDIO I VIDEO .

Nawet najprostsze i najtańsze karty są wyposażone w wiele użytecznych złączy audio i video. Zdjęcie poniżej pokazuje gniazda połączeniowe typowej karty TV: duże złącze jest wejściem antenowym IEC, które znane jest ze standardowego telewizora. Złącze S-VHS jest dostępne w wielu różnych źródłach video: np. kamera video S-VHS, magnetowid

(S-)VHS czy kamera CCD z zestawu wideokonferencyjnego. Drugie wejście video, złącze cinch, jest umieszczone pod wejściem antenowym. Pozostałe dwa gniazda mini-jack są stereofonicznymi wyjściem i wejściem audio. Gdy wejście audio tylko przesyła dźwięk z dowolnego źródła, sygnał dźwiękowy z wyjścia musi zostać podłączony do wejścia karty dźwiękowej wykorzystując mały kabelek. Bez tego, nie byłoby żadnego dźwięku podczas oglądania telewizji. Kilka kart dźwiękowych zawiera wejściowe złącze wewnętrzne, które pozwala na użycie wewnętrznej tasiemki.

Uwaga : karty TV przesyłają analogowy sygnał dźwiękowy z tunera do wyjścia audio tylko podczas odbioru sygnału telewizyjnego. Jednakże, gdy karta TV jest używana w trybie magnetowid ,wtedy zostanie zapisany tylko sygnał video. Aby nagrywać dźwięk zsynchronizowany z obrazem, analogowy sygnał dźwiękowy musi zostać podłączony do wejścia karty dźwiękowej.

Tylko kilka kart TV ma wyjście video, albo wyjście bezpośrednio na telewizor. Na przykład All-in-Wonder 128 firmy ATI ma takie wyjście, więc sygnał video może zostać przesłany do standardowego telewizora. Jakkolwiek, taki typ karty jest tak naprawdę kartą graficzną ze zintegrowanym tunerem TV.

NIEZBĘDNY DODATEK DO KARTY TV.

Sterowanie komputerowym "telewizorem" za pośrednictwem aplikacji sprawdza się w sytuacji, gdy użytkownik siedzi bezpośrednio przy klawiaturze. W przypadku oglądania programu telewizyjnego z oddalonej od monitora kanapy wspomniane rozwiązanie wydaje się już znacznie mniej komfortowe. Dlatego właśnie do większości zestawów, podobnie jak do współczesnych telewizorów, dodawany jest pilot. Należy jeszcze zainstalować detektor promieniowania podczerwonego. Podłącza się go zazwyczaj do specjalnego wejścia na "śledziu" karty telewizyjnej lub do złącza szeregowego komputera.

W konstrukcji popularnych kart telewizyjnych najczęściej stosuje się kości Brooktree (Bt848 i Bt878 u góry oraz Bt829 po lewej na dole). Rzadziej można spotkać układy konkurencji (np. Micronas ITT VPX 3216B po prawej na dole

Funkcjonalność pilota ogranicza się najczęściej do zmiany kanałów, regulacji głosu i obrazu, rzadziej do strojenia stacji i obsługi modułu teletekstu. Wśród spotykanych, dodatkowych funkcji znajduje się również często opcja przełączania pomiędzy trybami wyświetlania obrazu TV (na całym ekranie monitora lub w oknie aplikacji) oraz możliwość zarządzania innymi urządzeniami multimedialnymi wchodzącymi w skład systemu komputerowego (np. napędem CD-ROM lub tunerem radiowym). Wyjątkiem w swojej klasie są tzw. piloty uniwersalne. Urządzenia te umożliwiają dodatkowo sterowanie kursorem myszy, przeglądanie stron WWW, zarządzanie odtwarzaniem plików multimedialnych, prowadzenie wideokonferencji lub prezentacji .

2.5. TELEWIZYJNA GAZETA.

Teletekst nadaje coraz więcej stacji telewizyjnych. Jego użyteczność stanowi temat do odrębnej dyskusji, ale z reguły teletekst zapewnia przynajmniej dostęp do aktualnego programu telewizyjnego. W niektórych kart TV dekodowanie sygnału telegazety realizowane było przez oprogramowanie, np. współpracujący ze wszystkimi układami Brooktree program Cebra Teletext. Rozwiązanie takie zapewnia obsługę wszystkich podstawowych funkcji zarządzania wyświetlaniem emitowanej informacji (np. powrotu do strony indeksowej, współpracy z systemem TOP Q Table of Pages). Umożliwia ono również zapis treści stron na dysku. Wadą rozwiązania software'owego jest duża wrażliwość na zakłócenia sygnału i brak współpracy z pilotem.

W kartach telewizyjnych obsługę teletekstu realizuje się na dwa różne sposoby. Najbardziej popularnym i najczęściej stosowanym przez producentów rozwiązaniem jest programowe dekodowanie informacji tekstowych towarzyszących sygnałowi wizyjnemu. Konstruktorzy kart telewizyjnych najczęściej uzupełniają sprzedawane zestawy bardzo funkcjonalnym programem Cebra Teletext. Ze względu na koszt rzadziej stosuje się rozwiązania sprzętowe. Ponieważ jednak układ TXT (sprzętowy dekoder teletekstu) zapewnia lepszy odbiór informacji przy słabym sygnale antenowym, większość kart TV ma możliwość zamontowania takiego modułu

Sprzętowy układ TXT zapewnia lepszy odbiór teletekstu przy słabym sygnale antenowym. Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia również zdalne przemieszczanie się po stronach

2.6. SYSTEMY TELEWIZYJNE.

Na świecie obowiązują różne systemy telewizyjne: PAL (o odmianach D/K, B/G, M, I itd.), NTSC, SECAM i wiele innych, mniej znanych. W Polsce stosowany jest system PAL D/K, podobnie jak w Europie Zachodniej (z wyjątkiem Francji, gdzie używany jest SECAM), a w USA i Japonii – NTSC (dwie różne odmiany).

Aby karta umożliwiała odbiór telewizji w jednym z wymienionych formatów, jej tuner musi być odpowiednio dostrojony, w naszym przypadku – do systemu PAL D/K. Niektórzy operatorzy kablowi stosują zachodnioeuropejski standard PAL D/G. Jeśli chcemy mieć możliwość odbioru takich kanałów, tuner powinien pracować także w trybie PAL D/G. Na szczęście prawie wszystkie tunery potrafią pracować w obu standardach: PAL D/K oraz PAL D/G. Aktywny standard wybiera się z poziomu oprogramowania dołączonego do tunera.
Programy telewizyjne nadawane są w określonych częstotliwościach (od 46 MHz do blisko 1 GHz). Wybranym częstotliwościom przyporządkowane są specjalne kanały, od 1 do 125. Kanały te pogrupowane są w tzw. pasma VHF, UHF, CATV i Hyperband. VHF (46–230 MHz) to kanały od 1 do 12, UHF (470–864 MHz) – kanały 21 do 80, zaś CATV (Cable TV) i Hyperband – kanały 81 do 125.

Praktycznie każdy tuner wyposażony jest w tzw. głowicę Hyperband, potrafi więc odebrać wszystkie kanały, łącznie z programami nadawanymi w telewizji kablowej. Wyboru pasma dokonujemy najczęściej za pomocą oprogramowania dostarczonego z kartą. Opcja „air” lub „antena” umożliwia dostęp do pierwszych 80 kanałów, zaś opcja „cable” rozszerza zakres do pełnych 125 kanałów.

Inaczej jest z telewizją satelitarną. Jej programy nadawane są w bardzo wysokich częstotliwościach (rzędu gigaherców), zatem większość popularnych kart telewizyjnych nie zapewni możliwości oglądania telewizji bezpośrednio z anteny satelitarnej. Oczywiście, jeśli mamy zewnętrzny tuner satelitarny, łączymy z nim kartę telewizyjną przez kabel kompozytowy, a w oprogramowaniu karty zmieniamy wejście wideo „Tuner” na „Composite Video Input”.