Устройства ввода и хранения изображения

Устройства ввода изображений — фреймграбберы (от англ. framegrabber — захват изображения), осуществляющих ввод и фильтрацию видеоинформации и определяющих форму представления и способ обработки данных в про­цессоре СТЗ.

Рис 17. Фрэймграббер Framelink PCIe

Конструктивно устройство ввода обычно выполняют в виде печатной платы, установленной на шине компьютера СТЗ, на входной разъем которой поступает стандартный видеосигнал. Выходная информация зависит от на­значения и сложности устройства ввода.

Основными задачами фреймграббера являются: кодирование видеосигнала, частотная фильтрация, буферизация и ввод массива данных.

Кодированием видеосигнала называется процедура представления чер­но-белого или цветного изображения дискретным массивом двоичных данных, однозначно соответствующим исходному массиву.

Быстродействие СТЗ связано со временем ввода и временем обработки данных процессором СТЗ. Как правило, оно задается числом обрабатываемых изображений в секунду и зависит от размера и типа изображения, а также числа градаций яркости.

Разрешающую способность устройства ввода оценивают по полю (пространственное разрешение) и по амплитуде (уровню квантования видеосигнала). Пространственное разрешение характеризует размер пикселя изображения и определяется частотой дискретизации устройства ввода. Чем тоньше деталь, тем выше соответствующая ей частота видеосигнала.

Способы хранения изображения

Магнитная запись

Последовательно технология магнитной записи изображения прошла три этапа: I этап: высокая скорость протяжки ленты; - II этап: поперечно – строчный метод записи (строчки записи расположены почти перпендикулярно направлению движения ленты); - III этап: наклонно – строчный метод записи (строчки записи наклонены к направлению движения ленты.

Изображение записывают на дорожки магнитной ленты продольно, поперечно или перпендикулярно направлению ее движения (рис. 6.17). При продольной записи лента перемещается относительно неподвижной магнитной головки, причем разноименные магнитные полюсы участков расположены на одной и той же стороне рабочего слоя (см. рис. 6.17, а). Поперечная запись реализуется путем формирования строчек остаточной намагниченности на ленте подвижными магнитными головками, перемещающимися перпендикулярно ей с большой скоростью (см. рис. 6.17, б). При этом строчки записи уже не оказываются строго поперечными, а имеют некоторый наклон в сторону движения ленты. Разновидностью поперечной записи является наклонно-строчная (диагональная) запись, когда магнитные дорожки располагаются под острым углом к направлению движения ленты.

Для улучшения качества записи используют ЧМ, при которой видеосигнал модулирует некоторую несущую частоту f0= (1.1-1.5)fmax. Спектр записываемых частот в этом случае перемещается в более высокочастотную область, уменьшая тем самым максимальную длину волны записываемого сигнала. Недостатком такого подхода является расширение полосы пропускания.

Видеосигнал на магнитную ленту записывают с помощью аналоговых и цифровых видеокамер. В большинстве из них в качестве датчика изображе­ния используют матрицы ПЗС разного размера.

Аналоговые видеокамеры получили название камкордеров. Недостаток систем аналоговой записи изображения — ограничение на многократное копирование (уровень шума возрастает на 1,5...3,0 дБ с каждой новой копией).

Кодирование видеосигнала

Кодирование видеосигнала, как и звукового сигнала, предполагает использование линейной импульсно-кодовой модуляции. Полоса частот, необходимая для обеспечения требуемой пропускной способности, зависит от характеристик канала.

Импульсно-кодовая модуляция является, как правило, базовым методом цифрового кодирования источников изображений. Он характеризуется тем, что каждому закодированному в цифровую форму слову на выходе соответствует квантованный по времени и амплитуде отсчет видеоинформации на входе.

Импульсно-кодовой модуляции присуща значительная избыточность в передаваемой информации. Это связанно с самой сущностью видеоинформаци. Ведь, несмотря на равновероятность любых из возможных уровней яркости (цветности) соседних элементов, изображение их мало отличается или не отличается вовсе.

В последнее время оптические диски высо­кой плотности (DVD) стали заменять магнитную ленту. Информация хранится на дорожках дисков в виде последовательности бинарных элементов с разной отражательной способностью — питов. Емкость оптических носителей DVD достигает 40 Гбайт при пропускной способности канала более 20 Мбит/с.

Кроме кодирования необходимо сжатие изображения. Степень сжатия изображения равна отношению разме­ра исходного изображения к размеру изображения после сжатия.