Тема: Пристрої Multimedia (звукова карта, тюнери, робота з телевізором, пристрої вводу/виводу звукової інформації) та стандартні програми роботи з ними.
Мета: засвоїти принципи пристроїв Multimedia (звукова карта, тюнери, робота з телевізором, пристрої вводу/виводу звукової інформації) та стандартні програми роботи з ними.
ЗВУКОВА КАРТА
Структура сучасних звукових плат

Усі звукові плати по призначенню можна розділити на три групи:
- звукові, що підтримують тільки тракт цифрового запису/відтворення. Ці плати дозволяють тільки записувати чи відтворювати безупинний звуковий потік, на зразок магнітофона. Уся робота з запам'ятовування записуваного і підготовці відтвореного потоку покладається на програмне забезпечення; оцифрований звук при цьому в самій платі не зберігається. Деякі звукові плати мають вбудовані сигнальні процесори для обробки звуку в процесі його запису чи відтворення.
- музичні, що підтримують тільки музичний синтезатор. Такі плати орієнтовані насамперед на генерацію відносно коротких музичних звуків по командах від центрального процесора; самі звуки при цьому або створюються параметрично, або відтворюються оцифровки, заздалегідь поміщені в пам'ять синтезатора (ПЗП чи ОЗП). Музичні плати не мають можливості запису звуку і, навіть при наявності ОЗП в синтезаторі, не розраховані на відтворення безупинного звукового потоку, хоча іноді цього можна домогтися за допомогою особливих методів. Деякі музичні плати містять ефект-процесор для обробки створюваного звуку.
- комбіновані (звуко-музичні), з об'єднаним на одній платі цифровим трактом і музичним синтезатором. Звичайно під словом "синтезатор" мається на увазі WT; плати тільки з FM-синтезатором, що сильно обмежений для музичного застосування, найчастіше відносять до категорії лише звукових.
По конструкції всі плати поділяються на звичайні, що називаються за традицією "картами", що вставляються в роз’єм системної магістралі (звичайно PCI), і дочірні, що підключаються до спеціального 26-контактного роз’єму на основній карті. По суті, дочірня плата як би "надівається" на роз’єм, утримуючись на ньому тільки силами тертя контактів і фіксуючих штифтів.

У комбінованих картах можна виділити чотири блоки:
1. Блок цифрового запису/відтворення, що називається також цифровим каналом, чи трактом карти. Здійснює перетворення сигналу з аналогової форми у цифрову і з цифрової у аналогову у режимі програмної передачі чи по DMA. Складається з вузла, що безпосередньо виконує аналогово-цифрові перетворення - АЦП/ЦАП (міжнародне позначення - coder/decoder, codec), і вузла керування. АЦП/ЦАП або інтегрується до складу однієї з мікросхем карти, або застосовується окрема мікросхема. Від якості АЦП/ЦАП залежить якість оцифровки і відтворення звуку; не менше залежить вона і від вхідних і вихідних підсилювачів.
2. Блок синтезатора. Побудовано або на базі мікросхем FM-синтезу OPL2 чи OPL3, або на базі мікросхем WT-синтезу (GF1, WaveFront, EMU8000 і т.п.), або того й іншого разом. Працює або під керуванням драйвера (FM, більшість WT) - програмна реалізація MIDI, або під керуванням власного процесора - апаратна реалізація. Майже всі FM-синтезатори сумісні між собою, різні WT-синтезатори - ні. Більшість WT-синтезаторів містить вбудований ПЗП зі стандартним набором інструментів General MIDI (128 мелодійних і 37 ударних інструментів), а також ОЗП для завантаження додаткових оцифрованих звуків, що будуть використовуватися при виконанні музики.
3. Блок MPU. Здійснює прийом/передачу даних по зовнішньому MIDI-інтер¬ейсу, виведеному на роз’єм MIDI/Joystick і роз’єм для дочірніх MIDI-плат. Звичайно сумісний з інтерфейсом MPU-401, але найчастіше потрібно програмна підтримка
4. Блок мікшера. Здійснює регулювання рівнів, комутацію і зведення використовуваних на карті аналогових сигналів. До складу мікшера входять попередні, проміжні і вихідні підсилювачі звукових сигналів.

Параметри звукових карт
Основні параметри - розрядність, максимальна частота дискретизації, кіль-кість каналів (моно, стерео, квадро тощо), параметри синтезатора, розширю¬ва¬ність, сумісність.
Під розрядністю карти розуміється розрядність цифрового представлення звуку - 8 чи 16 біт. 8-розрядні карти дають якість звуку, що близька до телефонного; 16-розрядні підходять під визначення "Hi-Fi" і теоретично можуть забезпечити студійну якість звучання, хоча практично це реалізується дуже рідко. Розрядність представлення звуку не має ніякого зв'язку з розрядністю системної шини для карти.
Максимальна частота дискретизації (оцифровки) визначає максимальну частоту записуваного/відтвореного сигналу, що приблизно дорівнює половині частоти дискретизації. Для запису/відтворення мови може бути досить 6 8 кГц, для музики середньої якості - 20-25 кГц, для високоякісного звучання необхідно 44 кГц і більше. У деяких картах можна підвищити частоту дискретизації ціною відмовлення від стереозвуку: два канали по 22 кГц, або один канал на 44 кГц.
Параметри синтезатора визначають можливості карти в синтезі звуку і музики. Тип синтезу - FM чи WT - визначає вид звучання музики: на FM-синтезаторі інструменти звучать дуже бідно, з "дзвінким" відтінком, імітація класичних інструментів дуже умовна; на WT-синтезаторі звучання більш "живе", "соковите", класичні інструменти звучать природно, а синтетичні - більш приємно, на якісних WT-синтезаторах може навіть створитися враження "живої гри" чи "слухання CD". Число голосів визначає гранична кількість елементарних звуків, що можуть звучати одночасно. Обсяг ПЗП чи ОЗП WT-синтезатора говорить про кількість різних інструментів чи якість їхнього звучання (ПЗП на 4 Мб може містити 500 інструментів середньої якості), але великий обсяг ПЗП не означає автоматично гарної якості семплів, і навпаки.
Для власної музичної творчості велике значення мають можливості синтеза¬тора по обробці звуку (огинаючі, модуляція, фільтрування, наявність ефекту-процесора), а також можливість завантаження нових інструментів.
Розширюваність визначає можливості по підключенню додаткових пристроїв, установці мікросхем, розширенню об’єму ПЗП чи ОЗП тощо. На багатьох картах є 26-розрядний внутрішній роз’єм для підключення дочірньої плати, що представляє собою додатковий WT-синтезатор. Практично на кожній карті є роз’єм для підключення CD-ROM з інтерфейсом Sony, Mitsumi, Panasonic чи IDE (зараз популярні в основному останні два; IDE-інтерфейс багатьох карт допускає підключення вінчестера), бувають роз’єми цифрового виходу (SPDIF) для підключення до студійного обладнання, роз’єми для підключення модему тощо. Деякі карти допускають установку DSP і додаткової пам'яті для семплів WT-синтезатора.
Під сумісністю зараз найчастіше розуміється сумісність з моделями Sound Blaster - звичайно SB Pro. Сумісність з SB Pro має на увазі сумісність і з AdLib - однієї з перших звукових карт для IBM PC.

Методи синтезу звуку, що використовуються в звукових платах
WT (WaveTable - таблиця хвиль) - відтворення заздалегідь записаних у цифровому вигляді звуків - семплів (samples). Інструменти з малою тривалістю звучання звичайно записуються цілком, а для інших може записуватися лише початок/кінець звуку і невелика "середня" частина, що потім програється в циклі протягом потрібного часу. Для зміни висоти звуку оцифровка програється з різною швидкістю, а щоб при цьому сильно не змінювався характер звучання – інструменти складаються з деяких фрагментів для різних діапазонів нот. У складних синтезаторах використовується паралельне програвання декількох семплів на одну ноту і додаткову обробку звуку (модуляція, фільтрування, різні "оживляючі" ефекти і т.п.). Більшість плат містить вбудований набір інструментів у ПЗП, деякі плати дозволяють додатково завантажувати власні інструменти в ОЗП.
Переваги методу – гранична реалістичність звучання класичних інструментів і простота одержання звуку.
Недоліки – наявність жорсткого набору заздалегідь підготовлених тембрів, більшість параметрів яких не можна змінювати в реальному часі, великі об’єми пам'яті для семплів (іноді - до мегабайта на інструмент), розходження в звучаннях різних синтезаторів через різні набори стандартних інструментів.
У сучасних платах WT звук формується як з паралельних, так і з послідовних ділянок, що дає значно більшу розмаїтість, а головне - виразність звуків.
FM (Frequency Modulation - частотна модуляція) - синтез сигналу за допомогою декількох генераторів синусоїдального сигналу із взаємною модуляцією. Кожен генератор забезпечується схемою управління частотою й амплітудою сигналу і утворює "оператор" - базову одиницю синтезу. Найчастіше в звукових картах застосовується 2-операторний (OPL2) синтез або - 4-операторний (OPL3). Схема з'єднання операторів (алгоритм) і параметри кожного оператора (частота, амплітуда і закон їхньої зміни у часі) визначає тембр звучання; кількість операторів і ступінь тонкості керування ними визначає гранична кількість синтезованих тембрів.
Переваги методу - відсутність заздалегідь записаних звуків і пам’яті для них, велика розмаїтість одержуваних звучань, повторюваність тембрів на різних картах із сумісними синтезаторами.
Недоліки - дуже мала кількість "благозвучних" тембрів у всьому можливому діапазоні звучань, відсутність якого-небудь алгоритму для їхнього пошуку, дуже груба імітація звучання реальних інструментів, складність реалізації тонкого керування операторами, через що в звукових картах використовується сильно спрощена схема зі значно меншим діапазоном можливих звучань.
При використанні в музиці звучань реальних інструментів для синтезу най¬краще підходить метод WT; для створення ж нових тембрів більш зручний FM, хоча можливості FM-синтезаторів звукових карт сильно обмежені через свою простоту.

Додаткові можливості звукових плат: DSP, ASP і CSP, S/PDIF
DSP (Digital Signal Processor - цифровий сигнальний процесор) - спеціалізований швидкодіючий процесор, який використовується для складної обробки звуку в реальному часі. За допомогою DSP реалізуються звукові ефекти типу Reverb/Chorus і інших, а також інші види обробки звуку - компресія, розпізна¬Ван-ня/синтез мови, моделювання акустики приміщень і т.п.
На всіх SB-сумісних картах DSP (у вигляді окремої мікросхеми чи вбудований у загальний чіп) керує оцифровкою/відтворенням, компре¬сією/ декомпресією, а також обміном по MIDI в обхід схеми MPU-401.
ASP (Advanced Signal Processor - посилений сигнальний процесор) і CSP (Creative Signal Processor – сигнальний процесор Creative) - назви того самого спеціалізованого DSP фірми Creative Labs (мікросхема CT1748), що використовується у деяких картах типу Sound Blaster. Його наявність дозволяє використовувати додаткові методи стискування звуку, збільшити швидкість стискування, підвищити швидкість і надійність розпізнавання мови.
У ранніх моделях SB на ASP за допомогою програмного завантаження пара¬мет¬рів був реалізований QSound - алгоритм обробки звуку для надання йому більшої просто-ровості; у нових моделях SB Pn це робить процесор 3DSound.
ASP обробляє тільки змішаний звук із усіх джерел карти, тому вибіркового впливу на звучання убудованих FM- і WT-синтезаторов він не робить.
S/PDIF (Sony/Рhіlірs Digital Interface Format - формат цифрового інтер¬фейсу фірм Sony і Рhіlірs) - цифровий інтерфейс для передачі звукових сигналів. Являє собою електрично спрощений варіант студійного інтерфейсу AES/EBU (Audio Engineers Society / European Broadcast Union - суспільство звуко¬інже¬нерів / євро¬пейсь¬ке віщальне об'єднання), і використовується для передачі зву¬ко¬вих сигналів у циф¬ро¬вій формі між блоками побутової апаратури, DAT (Digital Audio Tape - цифровий звуко¬вий магнітофон), для виводу сигналу з компакт-дисків і т.п.

Мікрофон для звукової карти
Розповсюджені  мікрофони  поділяються  на  електродинамічні і електретні.
Електродинамічний  мікрофон створює  електричний  сигнал  за рахунок  коливань  котушки в постійному магнітному полі. Він володіє низьким вихідним опором і генерує слабкий сигнал (одиниці мВ).  Для  одержання гарного звуку такі мікрофони краще підключати  до  карт  із  високоомним  підсилювачем, що має великий коефіцієнт підсилення.
У електретному (конденсаторному) мікрофоні звукова мембрана являє собою одну  з обкладок конденсатора, що знаходиться під дією електростатичного поля за рахунок нанесеного на обкладки поляризуючого шару електрета. При  коливанні мембрани змінюється ємкість конденсатора і напруга на  ньому; коливання напруги підсилюються вбудованим підсилювачем. Такий мікрофон має високий вихідний опір і генерує  досить сильний сигнал (десятки мВ), однак  він  має потребу у зовнішньому джерелі живлення підсилювача (звичайно близько 3-4 В).

TV-ТЮНЕР
TV-тюнер являє собою блок телевізійного приймача і декодера відеосигналу, виготовлений у вигляді самостійної карти або інтегрований на одній платі зі адаптером SVGA. Цифровий відеосигнал, отриманий із приймача,  накладається на основне зображення у вигляді вікна або з розгортається на повний екран.
Фактично TV-тюнер є пристроєм, який дозволяє комп’ютеру приймати і демонструвати програми телепередач. На багатьох TV-тюнерах є відеовхід, через який комп’ютер може обмінюватися інформацією з відео¬магніто¬фоном або іншим побутовим носієм. Саме завдяки наявності в TV-tuner системи перетворення  аналогового сигналу в цифровий у деякі моделі убудовані функції вводу (захоплення) зображення зі стандартного відеовходу, а  також – виводу цифрового зображення на  стандартний  відеовхід. Оскільки ці функції в TV-tuner реалізовані як додаткові, то він не може змагатися за якістю зі спеціалізованими платами вводу/виводу зображень; а також, оскільки на невеликій платі важко забезпечити якісну схему телеприймача і через значний рівень перешкод усередині корпуса комп'ютера, то якість телевізійного зображення не надто висока.
Крім того, у багатьох TV-тюнерах є вбудований FM-тюнер. У цьому випадку компьютер може приймати і радіопередачі.
Як приклад, розглянемо будову TV Tuner ДУ AVerMedia.
«AVerTV Model 505» (артикул 43405)
•    Пристрій для перегляду TV, прослуховування радіопередач FM, цифрового запису відео, організації відеоконференцій.
•    Чіп Philips SAA7130HL
•    Максимальна роздільна здатність 2D/3D 720 x 480
•    Роз’єми Телеантена, відеовхід S-video, відеовхід RCA, аудіовхід (miniJack), аудіовихід (miniJack), роз’єм для підключення ІЧ-приймача.
•    Частотный діапазон 49-860 МГц (TV)
•    Підтримувані формати NTSC, PAL, SECAM D/K
•    Захват: З роздільною здатністю від 352 x 240 до 720 х 576; в формате AVI або MPEG 1/2/4.
•    Вимоги до системи (мінімальні) Pentium III 450, RAM 128 Мб, звукова карта (full duplex для підтримки функцій Time Shift и I-Record), відеокарта з підтримкою DirectX 6.0; для проведення відеоконференцій: веб-камера, мікрофон, модем 28.8 Кбіт/сек або вище.
•    Інтерфейс PCI
•    TV in Композитний та S-Video
•    Пульт ДУ безпровідний.
•    Time-Shifting
•    Підтримка ОС Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP.

Хід виконання роботи:
1.    З'ясувати функціональне призначення та принципи дії звукової карти та тюнера користуючись курсом лекцій, та допоміжною літературою.
2.    Визначити основні види звукових карт та тюнерів, а також їхні технічні характеристики та параметри.
3.    Ознайомитися з усіма конструктивними елементами звукової карти та тюнера, з'ясувати їх функціональне призначення. Виконати в зошиті малюнок пристроїв з позначенням усіх наявних елементів.
4.    Занести в зошит технічні характеристики пристрою.
5.    3а допомогою викладача, або лаборанта спробувати під'єднати звукову карту та тюнер із системним блоком.
6.    Увімкнути комп'ютер та сконфігурувати його систему належним чином (при необхідності).
7.    Вимкнути комп'ютер.
8.    Навести порядок на робочому місті.

Контрольні запитання
1.    Перерахувати основні технічні звукових карт та тюнерів.
2.    Конструктивні елементи звукової карти та тюнера, їх функціональне призначення.
3.    Підключення звукових карт та тюнерів до ПК.