Che cos'è l'elaborazione video
Vediamo che cos'è l' elaborazione video e come si possa con il computer miscelare immagini bitmap con la grafica vettoriale.
TELEVISIONE SUL PC
Come menzionato in precedenza, le televisioni sono un sistema video di livello molto basso per i PC a causa del dot pitch molto grande e della lenta velocità di ridisegno. Tuttavia, ci sono alcuni casi in cui è utile collegare un PC alla televisione. Si supponga di aver creato una presentazione da mostrare a un pubblico molto vasto. Un grande schermo televisivo può essere ideale per visualizzare la presentazione. Se la presentazione viene preparata tenendo in considerazione i limiti della televisione, si possono ottenere risultati sorprendenti. Ci si potrebbe quindi chiedere come si può collegare l’adattatore video del PC a una televisione. Le televisioni possono essere dotate di un connettore RCAo di una presa SCART per la trasmissione di segnali video compositi, mentre il PC è dotato di un connettore RGB a 15 piedini. Inoltre, la frequenza di scansione del PC non è compatibile con la frequenza di scansione standard delle televisioni. Per risolvere questi problemi di compatibilità ci sono due soluzioni. La prima consiste nel riprogrammare il chip del controller AVGA per ottenere la frequenza di scansione della televisione e convertire quindi il segnale video in segnale composito mediante un dispositivo chiamato Composite Encoder. Questo schema, tuttavia, viene usato raramente perché il composite encoder deve essere incorporato nell’adattatore video e fa quindi salire i costi dei dispositivi video. Una soluzione alternativa consiste nell’acquistare un convertitore VGA-TV. Questo dispositivo viene collegato al connettore dell’adattatore video, cattura le immagini generate dal PC in un buffer di memoria speciale, converte l’immagine in base alla frequenza di scansione della televisione e la passa a un composite encoder in modo che possa essere visualizzata sulla TV. Ci sono diversi produttori che forniscono questi convertitori che sono disponibili sia per lo standard americano NTSC che per lo standard europeo PAL.
VIDEO SUI PC
Molte nuove applicazioni multimediali permettono di visualizzare immagini televisive sullo schermo del PC. Possono essere immagini dal vivo prese da una videocamera, da un videoregistratore, da un laser disko da un sintonizzatore TV. Un’altra applicazione che si sta espandendo rapidamente è la video conferenza dal vivo su PC. In tutti i casi, è necessario visualizzare un’immagine televisiva in movimento sullo schermo ad alta risoluzione del PC. Se le immagini video provengono da unVCR o un sintonizzatore TV non sono compresse e vengono generalmente trasmesse mediante un segnale composito o un segnale analogico S-Video. Se il video proviene da un CD-ROM o un disco fisso, è già stato convertito in rappresentazione digitale ed è probabilmente stato compresso per risparmiare spazio su disco.
In qualsiasi caso, il primo passo per spostare un video dal vivo o preregistrato su un PC è quello di convertire il segnale video analogico in informazioni digitali. Questa operazione viene eseguita da un dispositivo conosciuto come composite video digital decoder, che campiona il segnale video analogico in arrivo e lo converte in rappresentazione digitale. Per quanto riguarda gli standard televisivi più diffusi, la frequenza di output dei dati digitali è tipicamente di 27MB al secondo. A questa velocità, anche pochi secondi di video possono riempire rapidamente il disco fisso del PC. La maggior parte dei dati campionati deve essere compresso per raggiungere una dimensione maneggevole per le applicazioni multimediali. Sfortunatamente, i dati digitali non sono in formato RGB standard riconoscibile dall’adattatore video AVGA. Lo standard industriale prevede una rappresentazione digitale differente che permette ciò che viene chiamato subcolor sampling. Ciò significa che la porzione di colore (Chroma) del segnale viene campionato a una velocità minore della porzione di luminanza (Luminance). Il segnale video viene quindi convertito in una rappresentazione digitale speciale chiamata “YUV”. Le lettere YU e V non sono abbreviazioni, ma lettere usate comunemente per definire la luminanza (Y) e il colore (UV).
Per portare l’immagine sullo schermo del PC, i dati digitali YUV devono essere convertiti nella rappresentazione digitale RGB più familiare che viene capita dall’adattatore video del PC. Questa conversione viene chiamata conversione dello spazio del colore. Una volta decodificato il segnale analogico e completata la conversione dello spazio del colore, è possibile spostare i dati nella memoria video dell’adattatore per la visualizzazione su schermo. Il livello di qualità dell’immagine digitale dipende dalla frequenza di campionamento e viene generalmente specificato da una serie di tre numeri, come 4:4:4, 4:2:2 o 4:1:1. Questi tre numeri si riferiscono alle frequenze di campionamento dei componenti di colore Y:U:V. I componenti U e V nel sistema YUV contengono le informazioni del colore; di conseguenza, la modalità 4:2:2 indica che la porzione di colore dei segnali è campionata a un mezzo della frequenza della porzione di luminanza. Quando la porzione di colore viene campionata con una frequenza inferiore di quella della luminanza si parla di subcolor sampling. Per ottenere una conversione accettabile di un segnale televisivo composito in segnale digitale, è richiesto generalmente un campionamento di 4:2:2. Se vengono usati campioni a 8-bit, il componente di luminanza (Y) richiede una frequenza di 13,5MB al secondo e i due componenti Chroma (U e V) richiedono una frequenza di 6,75MB al secondo ciascuno per un totale di 27 MB al secondo.
MISCELARE VIDEO E GRAFICA
Una volta convertito un segnale video in rappresentazione digitale, può essere miscelato con le immagini grafiche del PC per la visualizzazione su schermo CRT.
Questa fusione di grafica e video può verificarsi in tre modi differenti: metodo DAC, metodo analogico e metodo del buffer condiviso.
Il metodo più semplice consiste nell’evitare la conversione del video in dati digitali e miscelare i segnali nel dominio analogico.
Ciò richiede un’attenta sincronizzazione dei due segnali analogici. Il secondo metodo consiste nel fondere i dati video in arrivo nel RAMDAC nel dominio digitale.
Questo è il motivo per cui nell’adattatore video VGA è stata riservata una porta appositamente per questo scopo.
L’interfaccia e il connettore per il supporto della sovrapposizione video sullo schermo del PC è chiamata VFC o VGA Feature Connector.
L’interfaccia VFC ha comunque alcuni limiti; per esempio, l’interfaccia ha una larghezza di soli 8 bit e supporta solamente la modalità a 256 colori.
L’interfaccia VFC ha una capacità di larghezza di banda di 40MB al secondo.
Benché sia maggiore dei 27MB al secondo necessari per supportare video dal vivo, quando le immagini video vengono mostrate su schermi con alta velocità di ridisegno, bisogna fonderie con le frequenze di scansione del PC, che possono essere molto più alte di 40MB al secondo.
Per superare questi problemi di prestazioni, gli standard VESA hanno definito una nuova interfaccia chiamata VESA Advanced Feature Connector (VAFC). Questa interfaccia supporta il true color (16,8 milioni di colori) con velocità di 150MB al secondo.
Molti dei nuovi adattatori video supportano la nuova interfaccia VAFC.
Se l’hardware per il video dal vivo deve essere aggiunto successivamente, sarebbe saggio acquistare un adattatore video dotato della nuova interfaccia VAFC.
Poiché il video digitale e la grafica del PC vengono miscelate nel DAC, l’interfaccia VFC oVAFC viene a volte chiamata schema di fusione video DAC.
E anche possibile per le applicazioni per PC miscelare video digitale e grafica prima di inviarli allo schermo.
Questo schema, tuttavia, richiede una CPU e un adattatore video molto veloci, ma nessun componente hardware speciale.
L’operazione di miscelazione di video e grafica può risultare molto costosa. Il componente più costoso è il buffer di memoria (chiamato anche scan convert memory), che contiene l’immagine digitalizzata prima che venga passata al DAC.
Poiché le prestazioni della memoria video sono state incrementate aggiungendo chip di memoria più veloci e capaci, è possibile inserire il video direttamente nella memoria video del PC, eliminando così la necessita di un buffer di memoria addizionale.
Questo schema non solo consente un notevole risparmio, ma permette anche al PC e al controller AVGA di accedere al video per operazioni di cattura e manipolazione. Questo metodo è conosciuto come Shared Frame Buffer (SFB).
Alcuni produttori di chip AVGA supportano ora l’architettura SFB per miscelare video e grafica nella memoria video. Sfortunata- mente, nella maggior parte dei casi viene usata un’interfaccia proprietaria.
L’organizzazione VESA ha cercato di standardizzare un bus (o canale) ad alta velocità chiamato VESA Media Channel (VMC), che dovrebbe essere usato per spostare video non compresso alla velocità nativa.
Attualmente, questo approccio richiede un bus a 32 bit che funzioni a una velocità massima di 33 MHz per un trasferimento dati di 132MB al secondo. Il metodo SFB presume che il chip AVGA incorpori funzioni di elaborazione video.
ELABORAZIONE VIDEO
Come menzionato in precedenza, la maggior parte delle immagini televisive viene codificata per produrre immagini in formato YUV.
Per visualizzare immagini digitali televisive sul dispositivo CRT del computer a pieno schermo, l’immagine digitale deve prima essere convertita dal formato YUV al formato RGB e ingrandita quindi fino alla dimensione desiderata (cioè fino a riempire tutto lo schermo).
La modifica delle dimensioni di un’immagine e la conversione da YUV a RGB non è un’operazione semplice.
Questa funzione viene normalmente svolta da un componente hardware speciale chiamato processore video. Il processore video può anche ritagliare l’immagine e aggiungere effetti speciali quali dissolvenze e transizioni.
Per scalare o ingrandire un’immagine, è necessario eliminare, creare o duplicare una serie di pixel. Il metodo più semplice per scalare un’immagine è quello di rimuovere alcuni pixel quando si riducono le dimensioni o duplicare dei pixel quando si ingrandisce l’immagine.
Questa tecnica, ovviamente, non produce i risultati migliori, dato che si noteranno blocchi di pixel dello stesso colore, ma è comunque molto efficace. Un altro metodo (migliore del precedente) consiste nel creare nuovi pixel tramite interpolazione.
Con questa tecnica si crea un’immagine più nitida di quanto si possa ottenere con la tecnica precedente. Alcuni processori video esegue l’interpolazione solo in direzione orizzontale e utilizzano la tecnica di duplicazione o rimozione in direzione verticale.
Un buon processore video effettua l’interpolazione sia in senso orizzontale che in senso
ADATTATORE VIDEO E CURSORE
Qualsiasi informazione inserita nella memoria video appare sullo schermo, indipendentemente dalla presenza del cursore.
Il cursore è solo un modo conveniente per indicare dov’è la parte attiva dello schermo, cosa che può essere molto utile alla persona che sta lavorando sul computer.
A rinforzare quest’idea si aggiungono le routine della ROM-BIOS che visualizzano i dati sullo schermo scrivendo le informazioni in corrispondenza della posizione del cursore.
Per la ROM-BIOS, il cursore non è solamente un accorgimento visivo, ma equivale anche a una coordinazione tra lo schermo, la ROMBIOS e il programma che genera le informazioni.
Il cursore permette sia al programma che alla ROM-BIOS di avere un solo modo per indicare la posizione in cui devono apparire i dati.
Il cursore lampeggiante viene generato dal controller video stesso che gestisce, tra le altre cose, la velocità di lampeggiamento del cursore.
Questa velocità non può essere cambiata, mentre la posizione e la dimensione del cursore possono essere modificate utilizzando delle routine della ROM-BIOS.
Normalmente il cursore lampeggia nella parte bassa di un carattere. Questa posizione può però essere modificata con un comando hardware che viene eseguito attraverso la ROM-BIOS.
Tuttavia molti programmi creano un loro cursore, generalmente usando il video inverso per evidenziarne l’area, quando il cursore hardware non soddisfa le loro esigenze.
Una delle ragioni principali per cui un programma crea un cursore personalizzato, è quella di rendere il cursore più grosso di una singola posizione sullo schermo (il cursore dei fogli elettronici, per esempio, evidenzia l’intera larghezza di una cella).
Tecnicamente, un cursore del genere è qualcosa di completamente diverso dal cursore hardware, ma la funzione di entrambi è la stessa: mostrare all’utente dove si trova la parte attiva dello schermo.
Quando un programma crea un cursore personalizzato, normalmente fa sparire il cursore hardware disattivandolo, o spostandolo in una zona al di fuori dello schermo.
Grafica e Multimedia
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Dr.Maurizio Cucchiara
autore del corso:
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