Разработка АРМ на основе персонального компьютера для дома

Преподаватель:

д-р техн. наук,

проф. Самме Г.В.

Студент:

Егоров А.К.

Шифр: 98п/ВИСЖ-5967

Москва – 2002

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1. Задание на проектирование 3

2. Изложение теоретических вопросов 4

2.1. Устройства ввода изображения 4

2.2. Требования к ПК 5

2.3. Устройства вывода изображения 6

1. Описание принятых решений с обоснованием 7

3.1. Выбор оборудования и конфигурации АРМ 7

3.2. Выбор программного обеспечения 12

3.3. Установка и настройка АРМ 14

1. Задание на проектирование

Разработать автоматизированное рабочее место (АРМ) для работы с видеоизображением и его звуковым сопровождением на основе персонального компьютера (ПК) для дома. Данное АРМ должно обеспечивать ввод видеоизображения и его звукового сопровождения в ПК, их обработку, редактирование, вывод на внешнее устройство (видеомагнитофон), а также сохранение полученных результатов на внешний носитель информации (CD-R/CD-RW диск).

2. Изложение теоретических вопросов

Не секрет, что компьютерная техника в нашем современном мире предоставляет широкие возможности по решению как локальных, так и глобальных задач. Поскольку в поставленной задаче требуется разработать видео студию, рассмотрим некоторые специфические вопросы, связанные с данным АРМ.

2.1. Устройства ввода изображения

Прежде всего, определим необходимое оборудование для решения задач, связанных с вводом видеоизображения в ПК. Для этих целей используются цифровые и аналоговые видеокамеры, видеомагнитофоны и видеоплееры.

Цифровые видеокамеры обладают небольшими габаритами, высоким качеством записи изображения, помимо обычного видео и аудио выхода имеют цифровой порт через который стыкуются с другими устройствами. Через этот порт они также могут получать команды управления, что существенно облегчает работу при монтаже видео на ПК. Наряду с этими достоинствами есть один существенный недостаток у АРМ с таким способом работы с изображениями. Поскольку изображение в ПК передается сразу в цифровом виде, то процесс записи готового результата после обработки на АРМ будет выглядеть так: компьютер – цифровая видеокамера – аналоговое устройство (видеомагнитофон), что неминуемо приведет к большей потере качества, чем запись сразу на аналоговое устройство.

Аналоговые видеокамеры обладают теми же возможностями, что и цифровые модели, однако не имеют порта управления. Некоторые модели (например, Panasonic серии M-ХХХХ) могут производить съемку сразу на кассету формата VHS и дальнейшая перезапись с видеокамеры на видеомагнитофон, в этом случае, не требуется.

Видеомагнитофоны помимо стандартных функций воспроизведения/записи изображения имеют дополнительные возможности (программируемая запись по таймеру, часы и т.д.). Как правило, качество картинки у них намного лучше, чем у видеоплееров в силу того, что видео головок в видеомагнитофонах больше от 4-х и выше. Видеоплеер содержит их, как правило, только 2 и очень редко 4.

Для ввода и вывода аналогового видеосигнала в ПК необходимо использовать дополнительное устройство (блок) устанавливаемое внутрь компьютера. Это устройство должно иметь поддержку аппаратного сжатия видеоизображения и высококачественный захват картинки, а также возможность ее вывода через аналоговый выход. Требования по сжатию изображения необходимы поскольку, на сегодняшний день самые современные и скоростные носители информации большой емкости не обладают скоростью позволяющей сохранять видеоинформацию без ее паковки.

Для работы с цифровыми устройствами необходим стандартный универсальный порт IEEE 1394. Этот порт разработан специально для подключения внешних устройств с высокой скоростью передачи данных (до 800Мб/сек). Внешне он очень похож на порт USB, однако, все-таки имеет некоторые внешние конфигурационные отличия. Полную спецификацию можно найти в Интернете на сайте http://www.1394ta.org.

2.2. Требования к ПК

Поскольку получаемые изображения имеют большой объем (несколько Гб), требования к ПК в данном АРМ к оперативной памяти и объему жесткого диска должны быть велики, а поскольку обработка изображений достаточно трудоемкий процесс, то и скорость центрального процессора должна быть тоже немалой.

Не менее важно использование современных блоков и узлов ПК с внедренными в них передовыми технологиями, такими как шина IDE ATA 133, ОЗУ типа DDRAM 266MHz или RIMM и т.д. Это обеспечит максимально возможную скорость и производительность АМР.

Особое внимание следует обратить на такие параметры как скорость записи/чтения, а также доступа к данным жесткого диска и линейность временных характеристик по всей его поверхности. В данном случае эти параметры играют огромную роль и влияют на конечный итог. Как показывает практика и многолетний опыт специалистов всего мира наилучших результатов можно достичь установив в ПК два жестких диска и сконфигурировав систему таким образом, чтобы операционная система была установлена на один жесткий диск, а оцифровка видео изображения производилась на другой.

При выборе конечной конфигурации ПК и его дальнейшей эксплуатации следует помнить, что на устойчивость работы системы влияют такие параметры, как хорошее охлаждение устройств и блоков ПК, своевременное и регулярное их техническое обслуживание (удаление пыли, смазка вентиляторов охлаждения и т.д.) и многое другое. Поскольку АРМ будет работать продолжительное время без перерыва (при создании видео файлов) необходимо предусмотреть систему автономного питания ПК - блок бесперебойного питания UPS (universal power supply). Он предотвратит потерю данных при внезапных скачках напряжения сети питания, обеспечит возможность сохранить промежуточные результаты на диск и корректно выключить компьютер в случае внезапного отключения сети переменного тока. Тем самым мы защитим чувствительные блоки АРМ от перегрузок по питанию и обеспечим более длительный срок его эксплуатации.

Стоит отметить также, что работа с изображениями требует хорошего и качественного вывода информации на экран монитора, а также поддержки большой разрешающей способности, как самого монитора, так и видео карты системного блока. Как правило, при работе с видео файлами используют разрешения 1280х1024 или 1600х1200 точек. Для того, чтобы можно было работать достаточно долго на АРМ и не чувствовать утомления глаз необходимо выбирать монитор с частотой регенерации экрана не ниже 75 Гц (вертикальная развертка).

Видео карта должна содержать не менее 64Mb внутренней памяти и иметь хорошее качество (четкость) изображения на больших разрешениях. К сожалению большинство видео карт представленных на российском компьютерном рынке не обладают этим свойством. В результате эти карты хотя и работают на разрешениях до 1900х1600 точек, но изображение не имеет четкости. Особенно это заметно на тонких линиях при контрастном изображении (черная линия на белом фоне). Также имеется оттененный след справа от линий и букв, который отстает от основного изображения на 1-2 мм. Этим свойством обладают видео карты малоизвестных производителей китайского производства в силу того, что себестоимость производства, а следовательно, и конечная розничная цена их не высока. По этому выбор необходимо производить среди известных фирм таких как ASUStek, Gigabyte и т.д.

Звуковая карта должна тоже отвечать определенным техническим требованиям. Немалую роль играет ее собственный шум, чувствительность и максимальная частота дискретизации при оцифровке звука. Простые и дешевые звуковые карты, такие как ESS 1868/1869/1938, Yamaha 724, VIA AC97 и даже Intel, а также интегрированные на материнскую плату здесь явно не подходят, т.к. все перечисленные карты и многие другие не обладают качественными характеристиками указанными выше. Максимальная частота дискретизации таких карт составляет 44100 Гц, что для создания файлов формата MPEG 2 (DVD) хотя и приемлемо, однако не максимально допустимо. Этот формат допускает паковку звука с частотой дискретизации до 48000 Гц. Внутренний шум таких карт тоже очень высок, что неминуемо скажется на качестве звукового сопровождения и наложит определенные ограничения при работе с ним.

3. Описание принятых решений с обоснованием

3.1. Выбор оборудования и конфигурации АРМ

Итак, мы подошли к самому главному – выбору конечного оборудования для создания домашней видео студии.

Начнем с устройств ввода/вывода изображения и их подключения к ПК. Для подключения цифровой камеры нам потребуется дополнительный универсальный порт IEEE1394. Для этого можно использовать звуковую карту Audigy фирмы Creative. Эта карта имеет встроенный порт IEEE1394, а поскольку ПК предназначен для домашнего использования, то и сама карта послужит пользователю как хорошее и качественное устройство ввода и вывода звука.

Технические характеристики звуковой карты Creative Audigy™ Player:

- 32-битный движок эффектов профессионального качества;

- поддержка в реальном времени цифровых эффектов, таких как реверберация, наложение голосов, нормализация звука, сдвиг тональности, искажение звука по любому источнику;

- 32-х битное цифровое микширование звука с удалением шума из сигнала;

- аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь с частотой дискретизации 48 кГц;

- функция "автоочистки" удаляет шум и треск, возникающие при воспроизведении виниловых пластинок и магнитных кассет;

- высокоскоростное соединение с IEEE1394 совместимыми устройствами со скоростью до 400Мб/сек.;

- реалистичный табличный синтез;

- неограниченные размеры сэмпла, загружаемого в хост-память для профессионального воспроизведения музыки (ограничены лишь объемом системной памяти);

- отношение сигнал/шум = 104дБ (А-взвешенный);

- перекрестные помехи (левый/правый и обратно) = -100дБ;

- общее гармоническое искажение + шум 1кГц (А-взвешенный) = 0.004 %.

Системные требования звуковой карты:

- процессор Intel® Pentium® 266МГц, AMD® K6 300МГц или выше;

- материнская плата Intel®, AMD или 100% совместимая;

- 64 МБ оперативной памяти (рекомендуется 128МБ);

- 600 МБ свободного дискового пространства;

- Windows® 98SE, Windows® 2000 или Windows® Millennium Edition;

- свободный PCI 2.1 совместимый слот половинной длины;

- свободный соседний слот для платы джойстика / MIDI;

- CD-ROM привод для инсталляции программного обеспечения.

Для работы с аналоговым видео изображением потребуется устройство, обладающее не только АЦП и ЦАП для преобразования видео сигнала, но и процессором его аппаратной паковки в реальном режиме времени. Такими свойствами обладает видео бластер фирмы Pinnacle Systems Gmbh. MiroVideo Studio DC 10 plus.

Технические характеристики MiroVideo Studio DC 10 Plus:

- частота кадров при видео захвате: до 25 (PAL),

до 30 (NTSC);

- разрешение видео захвата и воспроизведения до 768х576 YUV 4:2:2;

- скорость передачи данных до 6Mb/сек.;

- компрессия Motion-JPEG с выбо-

ром сжатия от 3,5:1 до

43:1 при полном разре-

шении;

- видео входы 1 RCA, 1 S-Video;

- видео выходы 1 RCA, 1 S-Video;

- поддержка видео стандартов PAL, SECAM, NTSC;

- аппаратный стандарт подключения Plug and Play 32-bit PCI

Минимальные системные требования:

- процессор Pentium II™ совместимый 350MHz или быстрее;

- свободный PCI слот стандарта V2.1 или выше;

- 64Mb ОЗУ (128Mb рекомендуется);

- видео карта с поддержкой разрешения 800х600х16 бит (3D-акселератор рекомендуется);

- DirectX8.0 совместимые видео и аудио карты;

- 300Mb для установки программного обеспечения;

- мышь;

- CD-ROM привод;

• Windows® 98, Windows® Millennium Edition.

Поскольку мы уже перешли к выбору компонентов ПК рассмотрим всю конфигурацию системного блока подробно.

Конфигурация системного блока:

Процессор AMD K7-1600+ Athlon XP

Материнская плата Soltek SL-75DRV5

ОЗУ DDRAM 512Mb 266Mhz

НЖМД

Системный Maxtor 20Gb IDE

Дополнительный Seagate 80Gb Barracuda 4 IDE

НГМД 3,5”/1.44Mb

Видео карта NVidia GeForce 4 MX440 Ti DDR 64Mb

Видео бластер MiroVideo Studio DC 10 plus

CD-ROM Drive NEC CDD-RW 7800 IDE

Звуковая карта Creative Audigy™ Player

Прежде всего базовая платформа системного блока выбрана на процессоре К7 фирмы Advanced Micro Devices семейства Athlon с тактовой частотой 1400 MHz. Почему именно AMD? По целому ряду причин. На сегодняшний день в компьютерной индустрии существуют процессоры двух фирм-разработчиков заслуживающих особого внимания это Intel Corp. и Advanced Micro Devices Inc. (AMD). По скоростным характеристикам процессоры этих фирм практически не уступают друг другу – около 5% в пользу AMD. Однако в плане цены разница между платформами Intel® Pentium 4® и AMD K7 Athlon с одинаковой тактовой частотой достаточно «чувствительна» для частного пользователя и составляет около 15-20% и не в пользу Intel.

Материнская плата Soltek SL-75DRV5 обладает весьма хорошими скоростными характеристиками при не высокой стоимости. Эта плата использует тип памяти DDRAM, внутренняя частота шины памяти до 300 MHz, встроенный контроллер IDE шины имеет два разъема для подключения 4-х устройств IDE (в общей сложности) и поддерживает стандарт ATA 133, поддерживает все современные процессоры семейства AMD K7 вплоть до модели 2100+. Таким образом дальнейшую модернизацию АРМ можно провести путем замены только центрального процессора на более быстрый и современный.

Выбор оперативной памяти типа DDRAM тоже имеет под собой достаточно веские основания – увеличение общей производительности ПК на 13-15% по сравнению с ПК с памятью типа SD-RAM. Что касается ОЗУ типа RIMM, то она используется только на платформе Intel® Pentium 4® и, как показывает практика, не оправдывает надежд по увеличению общей производительности ПК. В свою очередь это самая дорогая на сегодняшний день память, а в силу того, что она не получила широкого распространения, цены на нее снизятся еще не скоро.

Поскольку скорость обмена информацией с жестким диском (НЖМД) нам очень важна, а цена быстрых моделей НЖМД всегда была несколько выше остальных, выберем один НЖМД со скоростью вращения шпинделя 5400 об./мин. (Maxtor 20 Gb IDE) как системный (его скорость не играет особой роли), а второй НЖМД со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин. (Seagate 80Gb Barracuda 4 IDE) – для обработки видео изображения.

Выбирая видео карту необходимо учитывать то обстоятельство, что работа с видеоматериалами будет происходить на больших графических разрешениях и высокой глубине цвета. Чтобы иметь такие возможности необходимо иметь большой объем видеопамяти и скоростной графический процессор (особенно в режиме 2D). Оптимальными характеристиками по цене, скорости и объему видеопамяти являются видео карты на основе графического процессора фирмы NVidia GeForce 4 MX440 Ti с типом памяти DDRAM и объемом 64Mb. Производитель видео карты не особо важен – единственное, на что следует обратить внимание при выборе конкретной модели это качественная прорисовка линий и общая четкость изображения по всему растру экрана монитора на больших разрешениях с большой частотой.

Особо следует отметить выбор устройства записи CD-дисков. Цены на данные устройства имеют достаточно большой диапазон (от $70 до $300). При относительно малой цене ($80) CD-привод NEC CDD-RW 7800 IDE имеет хорошие характеристики (запись CD-R 16 скоростей, запись CD-RW 10 скоростей, чтение 40 скоростей) и надежность.

Монитор для данной АРМ необходимо выбирать не ниже 17" поскольку работа будет вестись на больших разрешениях. Также необходимо учесть и величину точки растра экрана. Чем она меньше, тем четче и качественнее будет изображение на мониторе. Исходя из этих соображений, выберем монитор фирмы NEC с диагональю 19" и величиной точки растра экрана 0,25 модели FE950 Plus Flat. Особенностью этой модели являются хорошие частотные характеристики регенерации экрана (кадровой развертки). Так на разрешении 1280х1024 точек максимальная частота кадровой развертки может составлять 85Гц.

Не будем заострять особого внимания на устройствах управления АРМ – клавиатуре и манипуляторе «мышь», поскольку удобство данных устройств подбирается индивидуально. Однако необходимо отметить, что оптические и беспроводные манипуляторы наиболее практичны с точки зрения долговечности и обслуживания.

3.2. Выбор программного обеспечения

Для работы с видео материалами нам потребуется следующее программное обеспечение:

- Microsoft® Windows® Millennium Edition;

- DirectX 8.0;

- Pinnacle Studio 7.0;

- Adobe® Premiere® 6.0;

- 3D Studio Max 2.5;

- Nero Burning Room 5.5.6.4 или выше;

- драйверы оборудования.

В качестве операционной системы (ОС) рекомендуется использовать Microsoft® Windows® Millennium Edition, т.к. эта ОС обладает удобным интерфейсом, содержит в себе DirectX 7.0, проста в управлении и т.д.

Минимальные системные требования, предъявляемые этой ОС к ПК:

- Pentium процессор совместимый 150Mhz или выше;

- 32Mb ОЗУ или выше;

- 320Mb свободного дискового пространства или более;

- CD-ROM или DVD-ROM привод;

- дисковод 3,5"/1.44Mb;

- Мышь Microsoft или совместимая;

- Видео карта и монитор VGA с поддержкой высокого разрешения;

- Звуковая карта;

- Колонки или наушники.

Более подробную информацию можно найти в Интернет на сайте http://www.microsoft.com.

Для создания видеоэффектов можно использовать как программу входящую в комплект к плате видео захвата Pinnacle MiroVideo Studio DC 10 plus, так и программу Adobe® Premiere® версии 6.0 поскольку она обладает огромными возможностями по работе с видео файлами.

Системные требования, предъявляемые к ПК Adobe® Premiere® 6.0:

- процессор Intel® Pentium® II 300MHz или быстрее;

- Microsoft® Windows® 98, Windows 98 Second Edition, Windows 2000, Windows Millennium Edition, Windows NT® 4.0 с Service Pack 6 или Windows XP;

- 64Мб оперативной памяти (128Мб рекомендуется);

- 85Мб свободного дискового пространства для установки ПО (40Мб для приложений);

- 256-цветная видео карта;

- CD-ROM привод.

Более подробную информацию можно найти в Интернет на сайте http://www.adobe.com.

Для создания видео роликов и мультипликации используем пакет создания 3D графики 3D Studio MAX R2. Этот пакет наиболее популярен во все мире для создания мультипликации и видеоэффектов.

Системные требования, предъявляемые 3D Studio MAX R2 к ПК:

- Windows® 2000 (рекомендуется), NT или Windows® 98;

- процессор Intel® - совместимый с частотой 300 MHz (рекомендуется система с двумя процессорами Pentium© III);

- оперативная память 128Мб и 300Мб свободного дискового пространства для файла подкачки;

- видео карта, поддерживающая разрешение 1024х768 и палитру цветов 16-bit (поддерживаются видео карты с аппаратным ускорением OpenGL и Direct3D);

- CD-ROM привод.

Более подробную информацию можно найти в Интернет на сайте http://www.softline.ru.

Остальные программные продукты менее требовательны к конфигурации ПК. Почему же мы выбрали ПК с конфигурацией, многократно превышающей минимальные требования самых мощных программ, используемых нами в АРМ?

Оснований для такого решения на самом деле достаточно много:

1. Неудовлетворительная производительность ПК с более слабыми техническими характеристиками;

2. Отсутствие на компьютерном рынке ПК более ранних платформ. Развитие научно-технического прогресса, а как следствие, быстрая смена поколений ПК и вытеснение более ранних платформ современными с компьютерного рынка.

3.3. Установка и настройка АРМ

Подключение устройств не составляет особого труда, поскольку каждый разъем имеет «защиту от дурака», т.е. отличается количеством контактов, габаритами или ответной частью. Соответственно подсоединение разъемов производится к соответствующим ответным частям этих разъемов.

Особое внимание следует уделить требованиям техники безопасности и правилам эксплуатации электрических приборов. В частности установку АРМ следует производить не менее чем в 1,5 метрах от отопительных приборов и сетей водоснабжения, отопления и канализации. Разъем розетки должен содержать контакт заземления. Эксплуатация АРМ разрешается при относительной влажности воздуха не более 80%.

Следует также располагать монитор компьютера таким образом, чтобы на его кинескоп не попадали прямые солнечные лучи, поскольку они пагубно влияют на маску кинескопа, на которой нанесен люминофор. Однако, расположение монитора перед окном тоже не желательно, поскольку яркий свет, падающий из окна, неизбежно будет приводить к быстрому утомлению глаз пользователя АРМ, и как следствие, к ухудшению зрения.

Конфигурирование ПК сводится к настройке BIOS, установке ОС и драйверов оборудования, а также используемых программ.

Настройка BIOS сводится к подбору параметров работы оперативной памяти таким образом, чтобы ПК работал максимально быстро и, в тоже время, устойчиво. Необходимо также включить кэширование BIOS видео карты и системной (материнской) платы в оперативную память ПК. Большинство BIOS имеют встроенную систему Plug and Play, но ее работа зачастую приводит к конфликтам с ОС где существует своя аналогичная система. Исходя из соображений максимальной устойчивости работы ПК, систему Plug and Play BIOS следует отключить. Особо следует отметить одну особенность работы менеджеров питания BIOS (ACPI) и ОС на некоторых чипсетах (например, VIA 693A). При одновременной работе этих двух менеджеров могут возникать проблемы при выключении питания у ПК (система просто «зависает»). Нормальной работы, в этом случае, можно добиться путем подбора режимов менеджера питания BIOS (как правило его отключают полностью). Следует также проверить корректную работу спящего режима ОС.

Поскольку нами выбрана ОС Microsoft® Windows Millennium Edition, то настройка и конфигурирование загрузочных файлов (типа autoexec.bat и config.sys) не требуется ввиду их отсутствия. Однако для наибольшего быстродействия системы следует обратить внимание на настройки устройств IDE. Подключение жестких дисков и устройств CD-ROM/CD-RW/DVD следует производить на разные шины IDE. Этим мы обеспечим наибольшую производительность дисковой системы и избежим конфликта на аппаратном уровне между этими устройствами. В свойствах устройств IDE необходимо установить флажок в опции "DMA" (т.е. прямой доступ к памяти или Direct Memory Access).

Таким образом, мы получили АРМ с хорошей производительностью, которая позволит использовать ее в домашних условиях не только как видео студию, но и для других целей (развлечение, отдых, обучение и т.п.).

12