В. П. Дьяконов, А. Н. Черничин Новые информационные технологии Часть Основы и аппаратное обеспечение Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова Смоленск 2003

Вид материала

Документы

Содержание 5.5. Экранно-звуковые средства обучения 5.5.1 Телевидение и телевизоры 5.5.2. Аналоговые видеомагнитофоны 5.5.3. Применение видеомагнитофонов Стандартное разрешение

Подобный материал:

• Высшее образование новые педагогические и информационные технологии в системе образования, 4841.75kb.
• Перевод с норвежского М. П. Дьяконовой Под редакцией М. А. Дьяконова Предисловие проф., 5465.89kb.
• Литература: Калугина Т. А. Новые информационные технологии в сфере образования: методологические, 14.35kb.
• Юрия Михайловича Лахтина, прочитанной на 3-х Лахтинских чтениях 21 сентября 2003 года, 1244.48kb.
• Под общей редакцией проф. Малого В. П., проф. Кратенко И. С. Харьков 2008, 8344.22kb.
• Информационные технологии и управление в технических системах всех форм обучения Под, 793.84kb.
• Леонид Владимирович Дьяконов указатель, 8647.04kb.
• Международный общественный благотворительный, 2426.77kb.
• 2. технические основы информационных технологий в экономике, 988.43kb.
• Учебник под редакцией, 9200.03kb.

5.5. Экранно-звуковые средства обучения

Теле- и видеотехника, как и кинотехника, относится к классу экранно- звуковых средств обучения и воспитания в соответствии с ранее рассмотренной классификацией. Кроме того, что эти средства являются комбинированными, они позволяют увидеть движение, т.е. рассмотреть процесс, а не состояние, в отличие от экранных средств обучения и воспитания, которые являются статическими.

5.5.1 Телевидение и телевизоры

Телевизионные передачи ведутся в метровом (6.2 – 1.3 м) и дециметровом (64 – 47 см) диапазоне волн. В метровом диапазоне расположено 12 телевизионных каналов (с 1 по 12), в дециметровом диапазоне размещено 40 каналов (с 20 по 60). Для приема телевизионных сигналов применяются телевизионные приемники - телевизоры.

Телевизионный приемник должен обеспечивать:

• выбор требуемого канала (передающей телестанции), который осуществляется селектором каналов;
  
• выделение аудиосигнала,
  
• выделение видеосигнала, который поступает на блок цветности и яркости;
  
• выделение сигналов синхронизации, поступающих на блок разверток (строчной и кадровой).
  

Функциональная схема телевизора представлена на рис. 5.29.






Рис.5.29. Блок – схема телевизионного приемника (1- антенный вход, 2- гнездо Video In (видеовход), 3- гнездо видеовыхода Video Out, 4- гнездо аудиовход Audio In, 5-гнездо аудиовыхода Audio Out).

Видео- и аудиосигналы (на рис. 5.29. звуковой канал изображен пунктиром) поступают на электронный коммутатор, с которого видеосигнал передается на блок цветности и яркости, а аудиосигнал поступает на усилитель звуковой частоты и затем - на громкоговоритель.

Электронный коммутатор снабжен штекерными гнездами и\или специальным разъемом, что позволяет при соответствующем выборе режима работы телевизора использовать полученные сигналы. Входные сигналы (гнезда Video In, Audio In) используются при воспроизведении видеозаписей, а выходные сигналы (гнезда Video Out, Audio Out) –для работы с видеомагнитофоном в режиме записи. Особенности соединений телевизора и видеомагнитофона будут рассмотрены позже.

Блок цветности и яркости на основе видеосигнала формирует сигналы трех составляющих (R- красный, G- зеленый, B- синий) цвета изображения. С выхода этого блока сигналы поступают на три электронных прожектора электронно-лучевой трубки (см. рис. 3.23), соответствующие этим цветам. На рис. 5.30 показана современная электронно-лучевая трубка с магнитным отклонением (кинескоп) и со щелевой маской (Trinitron).

Рис. 5.30. Современный кинескоп в разрезе


Если сложить все три основных цвета с максимальной интенсивностью, то получится чисто белый цвет; если просуммировать три цвета нулевой интенсивности, то получится чисто черный цвет. Сложение основных цветов с одинаковой интенсивностью в общем случае дает серый цвет. Если светятся синие и зеленые точки люминофора, то зрительно экран будет казаться голубым; если светятся красные и синие точки, то экран будет пурпурным и т.п. Таким образом, изображение на экране состоит из большого количества (примерно 1,5 млн.) светящихся различным цветом точек, т.е. представляет собой дискретный сигнал.

Подобную технику используют художники, правда, с гораздо меньшим количеством точек, чем на экране. Это направление в изобразительном искусстве называется пуантилизмом, а его самым известным представителем является французский художник Жорж Сера.

Построение изображения на экране электронно-лучевой трубки происходит по элементам, и этот процесс называется разверткой изображения. Для этого служит блок разверток. Сигналы с выхода блока разверток поступают на магнитную отклоняющую систему электронно-лучевой трубки, осуществляющей отклонение (развертку) электронного луча по горизонтали и по вертикали.

Развертка изображения на экране осуществляется электронным лучом, который перемещается равномерно по горизонтали, образуя строку, при одновременном смещении в вертикальном направлении (рис.5.31). Все строки, располагаясь одна под другой, образуют растр (кадр).


Рис.5.31. Формирование кадра телевизионного изображения


Движение луча по горизонтали называется строчной разверткой, а движение по вертикали - кадровой разверткой. Движение луча от начала строки к ее концу- прямой ход развертки (жирные линии на рис.5.31), возвращение луча к началу строки- обратный ход (тонкие линии на рис.5.31). Для перемещения луча (одновременно трех лучей) по экрану служат отклоняющие системы: строчная – для перемещения луча по горизонтали и кадровая – для перемещения луча по вертикали. Кадровая развертка, как и строчная, имеет прямой и обратный ход. Во время обратного хода как строчной, так и кадровой развертки электронные лучи «гасятся».

В телевизионных системах частота смены кадров принята 25 Гц и применяется чересстрочный способ, при котором передается кадр, состоящий из двух полукадров, или полей. За время развертки первого поля вычерчиваются нечетные строки, а за время развертки второго поля - четные.

Каждое поле содержит информацию только о половине элементов изображения целого кадра. Однако благодаря инерционности зрения изображение обеих полей воспринимается как слитное изображение, содержащее полное число элементов. Слитному восприятию способствует также тот факт, что при большом числе строк разложения сюжет изображения одной строки мало отличатся от сюжета изображения следующей строки.

Таким образом, мы еще раз отмечаем дискретный характер (триады, строки, поля, кадры) изображения на экране.

Полный телевизионный сигнал в упрощенном виде (рис. 5.32) включает импульсы кадровой и строчной разверток и видеосигнал.


Р
ис. 5.32 Полный телевизионный сигнал

На рис. 5.32 вверху изображены кадровые (серый цвет) и строчные синхроимпульсы, в нижней части рисунка представлены графики напряжения кадровой (пунктир) и строчной разверток.

Принцип получения подвижного изображения в телевизионной технике такой же, как в кинотехнике, т.е. на экране строится последовательность неподвижных кадров, на каждом из которых зафиксирована определенная фаза движения. Частота смены кадров, принятая в телевизионной технике, – 25 кадров в сек. - очень мало отличается от частоты смены кадров в кинотехнике, – 24 кадра в секунду, что, впрочем, не является принципиальным.

Внешний вид телевизора ныне знаком каждому. Наиболее распространенными являются настольные телевизоры (рис. 5.33). Существуют как миниатюрные (даже карманные на жидкокристаллических дисплеях) телевизоры, так и большие настольные и проекционные телевизоры. Основным параметром телевизоров является размер изображения или экрана трубки по диагонали (в дюймах или сантиметрах). У обычных настольных телевизоров он составляет 47-70 см.


Рис. 5.33. Настольный телевизор фирмы Aiwa TV-SE2130 со стереофонической акустикой


Современные телевизоры имеют, как правило, пульт дистанционного управления (на рис. 5.33 он показан слева), а также разъемы для подключения различных внешних устройств - видеомагнитофонов, DVD-проигрывателей, игровых приставок и т.д. Удобно (как на рис. 5.30), когда эти разъемы расположены на передней панели телевизора.

5.5.2. Аналоговые видеомагнитофоны

Для записи телевизионных изображений широко применяются аналоговые кассетные видеомагнитофоны. Хотя в основе магнитной записи звука и изображения много общего, аппаратура и применяемые для записи сигналов методы существенно отличаются друг от друга. Это связано с тем, что оптический сигнал является более информационно насыщенным. В то время как диапазон частот звуковых колебаний составляет 16- 20 000 Гц, диапазон частот полного телевизионного сигнала (канал звука и изображения) составляет 16 Гц- 6 Мгц, т.е. почти в 300 раз шире.

Широкое распространение и эксплуатационные удобства современных видеомагнитофонов базируются на двух основных их особенностях: применении наклонно-строчного способа записи и использовании кассет, которые вместе с заключенной внутри них магнитной лентой помещаются в аппарат при записи или воспроизведении изображения.

Блок-схема кассетного видеомагнитофона представлена на рис. 5.34. Магнитофон состоит из лентопротяжного механизма и электроники. Лентопротяжный механизм предназначен для обеспечения равномерного перемещения магнитной ленты мимо магнитных головок.




Рис. 5.34. Блок- схема аналогового видеомагнитофона: 1- гнездо RF In (антенный вход), 2- гнездо Video In (видеовход), 3- гнездо Video Out (видеовыход), 4- гнездо Audio In (аудиовход), 5-гнездо Audio Out (аудиовыход), 6- гнездо RF Out (высокочастотный выход), АГ- звуковая головка, БВГ- блок вращающихся головок, БР- блок радиоприема, ВГ1 и ВГ2- видеоголовки, ГСП- генератор стирания и подмагничивания (генератор высокой частоты), ЛПМ- лентопротяжный механизм, МЛ- магнитная лента, РП- радиопередающее устройство СГ- стирающая головка звуковой дорожки, ЭК- электронный коммутатор.

Несмотря на разнообразие типов видеомагнитофонов, по принципу построения это в основном двухголовочные несегментированные аппараты, в которых каждая головка записывает отдельное поле. Есть и более качественные четырехдорожечные аппараты. Общим у всех аппаратов является и то, что на ленте располагается одна (или несколько) звуковая дорожка и одна дорожка сигналов управления. Эти дорожки во всех системах находятся по краям ленты, их магнитная ориентация совпадает с продольной осью ленты.

Барабан видеоголовок – барабан в лентопротяжном тракте диаметром 30-110 мм с двумя или большим количеством вращающихся магнитных головок (рис.5.35,а). Магнитная лента транспортируется наклонно относительно плоскости вращения головок, что обеспечивает получение наклонно-строчной записи. Ось вращения барабана головок наклонена к плоскости движения ленты так, что видеоголовки записывают на ленте наклонные дорожки (рис.5.35,б). Для стабильной работы видеомагнитофона конструкция лентопротяжного механизма и особенно барабана видеоголовок делается высокоточной (прецизионной).




Рис. 5.35. Барабан видеоголовок (а) и структура записи на видеоленте (б)


Обычно барабан содержит две видеоголовки, расположенные относительно друг друга со сдвигом на 180⁰. Барабан совершает 25 об/сек, при этом обе видеоголовки записывают 50 дорожек, на каждой из которых - одно поле телевизионного изображения (т.е. в секунду записывается 25 кадров).

Когда одна видеоголовка заканчивает путь на ленте, записав 312.5 строк (первое поле), другая заходит на ленту и записывает еще 312,5 строк (второе поле), располагающихся на изображении между строками первого поля, образуя полный кадр. За счет вращения головок скорость записи намного выше скорости транспортировки ленты, что и обеспечивает широкополосность видеотракта. Частично это достигается и за счет улучшения качества магнитных видеолент.

Существует несколько форматов записи видеоинформации. Формат записи - это упорядоченное расположение на поверхности ленты строчек и дорожек, намагниченных под действием разнообразных сигналов. Указание формата записи и описание его параметров дает однозначное указание, каким образом производится запись и воспроизведение информации.

Запись звука в видеомагнитофонах популярных форматов (VHS и т.п.) осуществляется неподвижными магнитными головками по краю ленты, по другому краю ленты специальной магнитной головкой записывается сигнал управления.

Высокочастотный тракт (радиоканал) видеомагнитофона (рис.5.32) ничем не отличается от соответствующего устройства телевизионного приемника. С антенного входа (точка 1 рис.5.29), который обозначается обычно RF IN (высокочастотный вход) или ANTENNA IN (антенный вход), телевизионный радиочастотный сигнал поступает на вход блока радиоканала. В этом блоке происходит усиление радиосигнала и его преобразования (на рис.5.32 звуковой канал изображен пунктиром).

Назначение электронного коммутатора 1 и соединенных с ним гнезд аналогично назначению электронного коммутатора телевизора. Электронный коммутатор 2 выполняет необходимые переключения, связанные с выбранным режимом работы видеомагнитофона (запись или воспроизведение). Дело в том, что как звуковая (АГ), так и видеоголовки (ВГ1 и ВГ2) являются универсальными, т.е. используются в режиме записи и воспроизведения.

Радиопередающее устройство преобразует поступающие на него видео - и аудиосигналы и формирует высокочастотный сигнал, соответствующий одному из каналов телевизионного дециметрового диапазона (гнездо 6 на рис.5.32).

Внешне большинство видеомагнитофонов выполнены как стационарные аппараты (рис. 5.36). Спереди их располагается крышка отсека видеокассеты и основные органы управления. Как правило, видеомагнитофоны имеют пульт дистанционного управления. Сзади корпуса расположены выходы видеомагнитофона, а иногда и входы.


Рис. 5.36. Видеомагнитофон HV MX100 фирмы Aiwa со стереофоническим звуковым трактом и пультом дистанционного управления


В настоящее время рынок теле- и видеоаппаратуры насыщен изделиями самых различных фирм. Устройство и приемы работы с аппаратурой примерно одинаковы, в любом случае, освоив работу с одним из них, несложно освоить и другой.

5.5.3. Применение видеомагнитофонов

5. 
   

Основное применение видеомагнитофона - совместная работа с телевизором. Существуют две основные схемы соединения видеомагнитофона и телевизора: по высокой частоте и по низкой частоте с использованием входных и выходных гнезд видео- и аудиосигналов.

При соединении по высокой частоте антенна присоединяется к антенному (высокочастотному входу) видеомагнитофона, а его высокочастотный выход подается на антенный вход телевизора (рис.5.37).

Рис. 5.37. Соединения видеомагнитофона (ВМ) и телевизора (ТВ) по высокой частоте

Видеомагнитофон должен быть настроен на исходный сигнал, как на обычный антенный. Недостатком такого соединения является потеря качества как изображения, так и звука из-за искажений в радиоканале. Однако такое соединение просто и может использоваться с дешевыми телефизорами, не имеющими входов видео- и аудио-сигналов.

Е
сли такие входы есть, то целесообразно применять соединения, показанные на рис. 5.38. В современной аппаратуре для низкочастотных соединений применяется стандартный разъем SCART.


Рис. 5.38. Соединения видеомагнитофона (ВМ) и телевизора (ТВ) по низкой частоте

Телевизионный сигнал принимается видеомагнитофоном, а выходные гнезда видеомагнитофона соединяются с входными гнездами телевизора. При работе в таком режиме требуется выбрать режим работы AV (аудио – видео) видеомагнитофона и телевизора.

Соединение высокочастотного выхода видеомагнитофона и антенного входа телевизора обеспечивает работу в режиме «сквозного» канала, т.е. телевизор может принимать передачи напрямую, минуя многочисленные преобразования. Возможно также применение двух видеомагнитофонов и телевизора при копировании видеозаписи с одного магнитофона на другой.

5.5.4. Видеопроекторы

В настоящее время видеопроекторы, которые иногда называют мультимедиа-проекторами, представляются очень перспективным и динамически развивающимся видом оборудования.

Мультимедиа-проекторы можно подключить к источнику видеосигнала (телевизионный приемник, видеомагнитофон и т.п.) или к компьютеру вместо монитора. Они являются универсальными, так как, в отличие от аппаратов, снабженных только видеовходами, имеют еще и компьютерные разъемы. Некоторые модели имеют дополнительную возможность записывать дидактический материал на встроенную карту памяти, т.е. могут работать автономно, а кроме того имеют звуковой канал (стерео- или моно-) со встроенными громкоговорителями.

Оптическая схема видеопроектора похожа на схему обычного диапроектора, с той разницей, что световой поток, создаваемый осветительной лампой, направляется не на слайд, а на специальное светорегулирующее микроэлектронное устройство, являющееся основным элементом видеопроектора.

Это устройство в соответствии с видео- или RGB- сигналом для каждого пиксела изображения регулирует величину световых потоков основных цветов – красного, зеленого и синего, направляемых в объектив и далее – на экран. В видеопроекторах применяются различные типы светорегулирующих микроэлектронных устройств, использующие различные технологии изготовления и обладающие примерно одинаковыми возможностями.

В основу технологии LCD (Liquid Crystal Display) заложена многослойная структура дисплеев на жидких кристаллах. Обычно они содержат три панели, выполненные по полисиликоновой технологии, по одной на каждую составляющую оптического сигнала RGB.

Полисиликоновая технология p-Si TFT применяется в активно-матричных дисплеях. В каждом пикселе полисиликоновой матрицы используются три транзистора, каждый из которых соответствует одному из трех основных цветов. Тонкопленочные транзисторы имеют очень маленькие размеры, благодаря чему свет легче проходит через матрицу. Матрица, выполненная по такой технологии, выдерживает высокую температуру, что позволяет применять мощные проекционные лампы.

Основой проекторов, созданных по DLP (Digital Light Processing) технологии, является цифровой микрозеркальный кристалл, иногда называемый чипом. Он состоит из 508 тысяч микрозеркал размерами 1616 микрон, каждое из которых может изменять свой наклон между двумя крайними положениями (угол +10 градусов для включенного положения; угол –10 градусов – для выключенного). Во включенном положении зеркало направляет поступающий свет в объектив, а затем на экран, в выключенном – отраженный от зеркала свет направляется в световой поглотитель.

В видеопроекторах, как правило, используется объектив с переменным фокусным расстоянием, что позволяет в широких пределах регулировать размер изображения на экране.

Весьма важным параметром видеопроектора является обеспечиваемый им световой поток. От его величины, в частности, зависит возможность использования аппарата в незатемненном помещении. Световой поток – это энергия световых волн, переносимая в единицу времени через единицу площади поверхности и оцениваемая по зрительному ощущению.

Долгое время этот параметр измеряли в люменах, используя при этом метод проекции маленького белого окна на черный фон. Поскольку размеры такого окна у разных производителей имеют оригинальное исполнение, было трудно добиться усредненного показателя. Поэтому была введена единица, характеризующая среднюю величину светового потока -ANSI-Lm. Световой поток измеряют на контрольном экране с диагональю 40 дюймов при минимальном фокусном расстоянии вариообъектива проектора (измерения выполняются в 9 точках экрана и затем усредняются). Для работы в незатемненных помещениях лучше использовать видеопроекторы со световым потоком не менее 400 ANSI-Lm. Конкретно его величину можно оценить, имея в виду, что деление светового потока (в ANSI-Lm) на 300 дает приблизительно площадь экрана в квадратных метрах, яркость которого близка к яркости современного телевизора с большим экраном.

Например, проектор с потоком 450 ANSI-Lm по указанной оценке достаточен для использования в незатемненном помещении экрана площадью 450\300 = 1.5 кв. м (141106см), а для экрана размерами 21.5 м потребуется проектор со световым потоком 3300 = 900 ANSI-Lm.

Световой поток создается специальной дуговой лампой. Эти лампы бывают трех типов: металло-галогенные (MH), ртутные сверхвысокого давления (UHP) и ксеноновые (X). В отличие от ламп накаливания эти лампы не перегорают, а лишь со временем уменьшается их полезный световой поток.

Следующий важный показатель качества проектора – это разрешение отображаемого изображения, определяемое количеством пикселов в строке и количеством горизонтальных строк. В настоящее время максимально возможное разрешение достигает 18001440 пикселов.

Многие проекторы позволяют подавать на свой вход сигнал с разрешением, не совпадающим с физическим, для чего применяются различные алгоритмы сжатия или расширения. Как и в мониторе компьютера, видеопроектор обеспечивает достаточно высокую частоту кадровой развертки (примерно 50-100 Гц) и строчной развертки (примерно 15-100 кГц).

Практически все типы видеопроекторов обеспечивают коррекцию трапецеидальных искажений, причиной которых является неперпендикулярность оси проекции и плоскости экрана.

Типичным представителем современных видеопроекторов является видеопроектор фирмы TOSHIBA (рис 5.39).


Рис 5.39. Внешний вид видеопроектора TLP-471


Приведем технические характеристики этого проектора:

Световой поток -1200 ANSI – Lm.

Светорегулирующее микроэлектронное устройство –три ЖК-панели p-Si размерами 0.9 дюйма с микролинзами.

Стандартное разрешение – 800х600 пикселов.

Источник света – ртутная лампа высокого давления мощностью150 Вт, типа UHP со сроком службы 2000 часов, допускающая замену пользователем.

Объектив – управляемый вручную объектив с переменным фокусным расстоянием кратностью 1:1.5.

Проекционное расстояние – 1.1 – 10 м при размере изображения по диагонали 1.5 – 7.6 м соответственно.

Частота кадровой развертки - 50 – 85 Гц.

Частота строчной развертки - 15 – 90 кГц.

Потребляемая от сети мощность – 220 Вт.

Видеопроектор поддерживает все популярные телевизионные стандарты, снабжен системой цифровой коррекции трапецеидальных искажений, позволяет увеличивать фрагмент изображения и обеспечен звуковым моноканалом со встроенными громкоговорителями мощностью 1х1 Вт.

Он имеет встроенную видеокамеру (документ-камеру) с ручным вариообъективом и подсветкой. С ее помощью можно проецировать на экран различный дидактический материал с бумажных носителей, а также показывать слайды, прозрачные пленки, отображать трехмерные объекты. Если направить видеокамеру в сторону аудитории, то можно проводить видеоконференции.

Управление видеопроектором производится с панели управления или с пульта управления с функциями компьютерной мыши, стоп-кадра и лазерной указки, причем приемники инфракрасного излучения ручного пульта расположены на передней и на задней стенках видеопроектора. Разъемы для подсоединения видеопроектора к различным источникам сигналов расположены на задней стенке видеопроектора.

Варианты установки видеопроектора на столе (рис. 5.40) и на потолке предусматривают возможность использования как отражающего, так и просветного экрана. Расстояние от видеопроектора до экрана L определяется по формулам:

L_min = (В – 1.6)/27

L
_max = (В – 1.27)/21.5, где В – размер изображения по диагонали в дюймах, L – расстояние от диапроектора до экрана в метрах.


Рис. 5.40. Расположение видеопроектора на столе, слева - отражающий экран, справа - просветный экран

За пределами нашего описания остались некоторые второстепенные вопросы, однако рассмотренные возможности позволяют считать видеопроектор самым мощным устройством класса ЭЗСОВ, применение которого в практике школ и вузов ограничивается только его высокой ценой, составляющей несколько тысяч долларов.