Moc dla DVD
-
- Marcin Lejman,
- 01.07.2000
Kolejnym premierom modeli podzespołów komputerowych stale towarzyszy pytanie, czy jeszcze większa wydajność jest komukolwiek potrzebna. Przyjrzeliśmy się nowym kartom graficznym i napędom DVD-ROM, oceniając ich przydatność w kinie domowym.
Kolejnym premierom modeli podzespołów komputerowych stale towarzyszy pytanie, czy jeszcze większa wydajność jest komukolwiek potrzebna. Przyjrzeliśmy się nowym kartom graficznym i napędom DVD-ROM, oceniając ich przydatność w kinie domowym.
Skompletowanie komputerowego zestawu do kina domowego jest prawdopodobnie łatwiejsze niż w przypadku urządzeń stacjonarnych, gdzie liczy się nawet rodzaj kabla łączącego poszczególne komponenty. Najistotniejsze w całym zestawie podzespoły to napęd DVD-ROM i karta graficzna. Wciąż jednak tylko w tych dwóch grupach urządzeń liczba dostępnych modeli sprawia, że podjęcie decyzji nie jest łatwe.
Trochę teorii
Choć pojemność płyty DVD wydaje się olbrzymia, to jednak zapisanie na niej kilku godzin materiału wideo wysokiej jakości wcale nie jest proste. Posłużmy się prostym porównaniem, do którego będziemy się odwoływać w dalszej części tekstu. Podczas nagrywania materiału wideo cyfrową kamerą pracującą w standardzie DV obraz kompresowany jest w stosunku 5:1. Po skopiowaniu go na twardy dysk komputera trzeba zarezerwować 1 GB powierzchni na nieco ponad 4 minuty filmu. W takim przypadku na jednej stronie jednowarstwowej płyty DVD zmieściłoby się około 20 minut obrazu. Wiadomo jednak, że mieści się znacznie więcej.
Łatwo zgadnąć, że zastosowano zaawansowane metody kompresji obrazu. Kluczowe znaczenie ma kompresja progresywna, której podstawowe założenie stanowi obserwacja, że zazwyczaj każda klatka jest podobna do kilku poprzednich i kilku następnych. W związku z tym nie trzeba zapisywać każdej klatki w całości. Wystarczy znać dokładny obraz co n-tej klatki wzorcowej (w przypadku systemu PAL interwał wynosi dwanaście klatek). Dla pozostałych klatek zapisywane są cząstkowe informacje pomocnicze, wykorzystywane podczas dekompresji do rekonstrukcji obrazu.
Sprzętowe dekodery DVD miały swoje najlepsze chwile, gdy standardem były komputery z procesorem słabszym od Celerona 300A. Wówczas moc samego procesora zdecydowanie nie wystarczała do tego, aby poprawnie zdekodować obraz zapisany w formacie MPEG-2 i jeszcze przeprowadzić downmixing dźwięku Dolby Digital 5.1 (redukcję pięciokanałowego dźwięku Dolby Digital do systemu stereo lub Dolby Prologic). Do oglądania DVD za pomocą komputera konieczny był dekoder sprzętowy. Jeszcze rok temu można było wybierać wśród co najmniej sześciu modeli (w postaci samodzielnych kart bądź kart graficznych zintegrowanych z dekoderem MPEG-2). Dziś wciąż dostępnych jest kilka modeli, ale praktycznie wszystkie opierają się na tym samym układzie. Poza tym coraz więcej osób decyduje się na zastosowanie jednego z kilku dekoderów programowych. W połączeniu z dobrą kartą graficzną otrzymuje się wówczas pełnowartościowy zestaw do odtwarzania DVD. Nie przez przypadek podkreśliliśmy, że potrzebna jest dobra karta graficzna. Okazuje się bowiem, że w wielu wypadkach nawet szybki procesor główny nie wystarczy, aby obraz zapisany na płycie DVD odtwarzany był płynnie. Dlatego wielu producentów kart graficznych wyposaża swoje produkty w dodatkowe funkcje wspomagające dekodowanie materiału MPEG-2.
Opiszmy to za pomocą przykładu. Sekunda filmu to dwadzieścia pięć klatek. Oznacza to, że trzy klatki to dosłownie ułamki sekund. Jest bardzo prawdopodobne, że w tym czasie większość obiektów na ekranie nie będzie zmieniała swojego położenia. Często przywołuje się przykład samolotu filmowanego na tle nieba. Samolot szybko się przesuwa po ekranie, ale obraz nieba praktycznie się nie zmienia. Szkoda zatem miejsca na ponowne opisywane go w każdej kolejnej klatce. Zdecydowanie lepiej przeanalizować, które obiekty w scenie przemieszczają się z dużą prędkością i za pomocą wektorów opisać zmiany w stosunku do klatki wzorcowej.
Kompresja międzyklatkowa to jeszcze nie cała sztuczka, jaką przewidzieli autorzy formatu MPEG-2. Uznali również, że w obrazie zawartych jest wiele informacji nadmiarowych, których braku ludzkie oko nie potrafi wychwycić w obrazie zmieniającym się dwadzieścia pięć razy na sekundę. Postanowiono zatem owe redundantne dane usunąć. Zastosowano w tym celu dyskretną transformację kosinusową. Operacja ta wymaga podziału obrazu na klatki o rozmiarach 8x8 pikseli. Powstałe w ten sposób bloki są analizowane (poddawane kwantyzacji) i usuwa się na przykład bardzo kontrastowe przejścia między kolorami, zmniejszając w ten sposób objętość pojedynczej klatki.
Jak łatwo przewidzieć, dekompresja obrazu w formacie MPEG-2 również wymaga dość złożonych obliczeń, tym bardziej kłopotliwych, że muszą się odbywać w czasie rzeczywistym (to znaczy, że komputer musi odtworzyć dwadzieścia pięć bądź trzydzieści klatek na sekundę, w zależności od systemu telewizyjnego). Spośród kilku wyróżnianych zazwyczaj etapów najbardziej czasochłonna jest odwrotna dyskretna transformacja kosinusowa, oznaczana zazwyczaj angielskim skrótem iDCT, oraz kompensacja ruchu (MC). Te dwie operacje zabierają mniej więcej 60 procent czasu procesora przeznaczonego na dekodowanie DVD.
To jednak nie koniec problemów. Sygnał dla monitora komputerowego zapisany jest w standardzie RGB, podczas gdy sygnał dla telewizorów i magnetowidów musi być zakodowany jako YUV. W takim standardzie zapisany jest również materiał na płycie DVD, co oznacza, że karta graficzna nie będzie mogła odtworzyć go w zwykły sposób. Konieczna jest albo konwersja kolorów, albo specjalny tryb Overlay, obsługiwany na szczęście przez większość współczesnych kart graficznych. Gdy karta przełącza się na ten tryb, nie ma znaczenia rozdzielczość ani liczba kolorów zdefiniowana w ustawieniach systemowych.
