Материал: Разработка бюджетного варианта HD-студии

На программном уровне видеопроцессор для своей организации вычислений (расчётов трёхмерной графики) использует тот или иной интерфейс прикладного программирования (API).

•        DirectX 7 - карта не поддерживает шейдеры, все картинки рисуются наложением текстур;

•        DirectX 8 - поддержка пиксельных шейдеров версий 1.0, 1.1 и 1.2, в DX 8.1 ещё и версию 1.4, поддержка вершинных шейдеров версии 1.0;

•        DirectX 9 - поддержка пиксельных шейдеров версий 2.0, 2.0a и 2.0b, 3.0;

•        DirectX 10 - поддержка унифицированных шейдеров версии 4.0;

•        DirectX 10.1 - поддержка унифицированных шейдеров версии 4.1;

•        DirectX 11 - поддержка унифицированных шейдеров версии 5.0;

•        DirectX 11.1 - поддержка унифицированных шейдеров версии 5.1.

Также поколения ускорителей в видеокартах можно считать по версии OpenGL, которую они поддерживают:

•        OpenGL 1.2

•        OpenGL 1.4

•        OpenGL 2.0

•        OpenGL 2.1

•        OpenGL 3.0

•        OpenGL 3.1

•        OpenGL 3.2

•        OpenGL 4.0

•        OpenGL 4.1

•        OpenGL 4.2

•        OpenGL 4.3

Основные производители видеокарт - AMD и nVidia. NVIDIA Corporation - американская компания, один из крупнейших разработчиков графических ускорителей и процессоров для них, а также наборов системной логики. На рынке продукция компании известна под такими торговыми марками как GeForce, nForce, Quadro, Tesla, Ion и Tegra. Компания была основана в 1993 году. NVIDIA не имеет собственного производства и размещает заказы на мощностях других компаний, например: ASUSTeK, Gigabyte, Leadtek, Zotac.Technologies - канадская компания, разработчик и поставщик графических процессоров и чипсетов материнских плат, действовавшая с 1985 по 2006 год как самостоятельная компания, являющаяся одной из крупнейших в своей отрасли. В 2006 году компания ATI была приобретена корпорацией AMD и перешла в ее состав как графическое подразделение AMD Graphics Products Group; продукция ATI продолжала выпускаться под прежним брендом. C конца 2010 года вся продукция выпускается под маркой AMD.

Вопрос "Видеокарта какого производителя лучше?" ответа не имеет, так как вся продукция выпускаемая ими на рынок достойная, и сравнивать их можно только на уровне конкретных моделей. Д

Имеется еще и чисто техническая сложность - видеоадаптер может просто физически не подойти к слоту (разъему) расширения материнской платы. Стараниями производителей, стремящихся унифицировать свой продукт, материнские платы снабжают разъемами двух, реже трех типов. Слоты разных типов имеют разные характеристики и не все они подходят для подключения видеокарты.

Интерфейс AGP считается устаревшим и видеокарты его поддерживающие уже не выпускают. * (от англ. Peripheral component interconnect - взаимосвязь периферийных компонентов) - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Некоторые видеоадаптеры, например NVIDIA GeForce 6 серии и ATI X800, снабжены ключами, не позволяющими установить их в старые системные платы без поддержки 1.5 В.

Во избежание неисправностей из-за несовместимости AGP версий следует знать, что старые видеокарты нельзя подключать на новые системные платы. Новые же AGP видеоадаптеры пробовать подключать в старые материнские платы можно, серьезных последствий в случае несовместимости не будет.

В период перехода с AGP на PCI Express выпускались материнские платы с поддержкой обоих интерфейсов.Express 1.0 и 2.0 - это самый распространенный и наиболее используемый сегодня и в ближайшем будущем интерфейс. При покупке новой видеокарты именно с ним Вам придется иметь дело, поэтому информация о нем будет полезной.

Скорость, с которой PCIe пропускает данные на одну линию, равна 250 Мбайт/с, что уже почти равно скорости AGP x1, а PCIe слот с 8 рабочими линиями примерно равен быстрейшей версии AGP х8. Слотами PCI Express максимально поддерживается 32 линии, что дает пропускную способность 8 ГБ/с. Еще больше впечатляет возможность PCIe - одновременная передача на высокой скорости в обоих направлениях. К примеру PCI Express x16, применяемый для видеоадаптеров и работающий с 16 линиями обеспечивает пропускную способность до 4 ГБ/с в каждом направлении.

Чаще всего для видеоадаптеров используются разъемы x16, но есть платы и с x1 разъемами. А большая часть системных плат с двумя слотами PCI Express x16, работает в режиме x8 для создания SLI и CrossFire систем. Физически другие варианты слотов, такие как x4, для видеокарт не используются. Всё это относится только к физическому уровню, попадаются и системные платы с физическими PCI-E x16 разъемами, но в реальности с разведенными 8, 4 или даже 1 каналами. И любые видеокарты, рассчитанные на 16 каналов, работать в таких слотах будут, но с меньшей производительностью.Express отличается не только пропускной способностью, но и новыми возможностями по энергопотреблению. Эта необходимость возникла потому, что по слоту AGP 8x (версия 3.0) можно передать не более 40 с небольшим ватт суммарно, чего уже не хватало видеокартам последних поколений, рассчитанных для AGP, на которых устанавливали по одному или двум стандартным четырехконтактным разъемам питания (NVIDIA GeForce 6800 Ultra). По разъему PCI Express можно передавать до 75 Вт, а дополнительные 75 Вт получают по стандартному шестиконтактному разъему питания. В последнее время появились видеокарты с двумя такими разъемами, что в сумме дает до 225 Вт.

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года. Вторая версия PCIe вдвое увеличила максимальную пропускную способность одного соединения lane до 5 Гбит/с, так что разъем x16 позволяет передавать данные на скорости до 8 ГБ/с в каждом направлении.Express 2.0 совместим с PCI Express 1.1, старые карты расширения нормально работают в новых системных платах, а новые карты в старых материнских платах со слотами PCIe 1.х. Спецификация PCIe 2.0 поддерживает как 2.5 Гб/с, так и 5 Гб/с скорости передачи, это сделано для обеспечения обратной совместимости с существующими PCIe 1.0 и 1.1 решениями. Обратная совместимость PCI Express 2.0 позволяет использовать прошлые решения с 2.5 Гб/с в 5.0 Гб/с слотах, которые просто будут работать на меньшей скорости. А устройство, разработанное по спецификациям версии 2.0, может поддерживать 2.5 Гб/с и/или 5 Гб/с скорости. Хотя не очень частые случаи несовместимости всё же встречаются, иногда помогает обновление BIOS.

Основное нововведение в PCI Express 2.0 - это удвоенная до 5 Гб/с скорость, но это не единственное изменение, есть и другие нововведения для увеличения гибкости, новые механизмы для программного управления скоростью соединений и т.п. Нас больше всего интересуют изменения, связанные с электропитанием устройств, так как требования видеокарт к питанию неуклонно растут.

Для PCI Express 2 в PCI-SIG разработали новую спецификацию для обеспечения увеличивающегося энергопотребления графических карт, она расширяет текущие возможности энергоснабжения до 225/300 Вт на видеокарту. Для поддержки этой спецификации используется новый 2x4-штырьковый разъем питания, предназначенный для обеспечения питанием.

В ноябре 2010 года были утверждены спецификации версии PCI Express 3.0. По данным PCI-SIG, первые тесты PCI Express 3.0 начнутся в 2011 году, средства для проверки совместимости для партнеров появятся лишь в середине 2011-го, а реальные устройства ― только в 2012-м.

Практически все современные видеокарты и системные платы поддерживают интерфейс PCI Express 2.0, так что ответ на вопрос "Какой интерфейс лучше?" становится очевиден. PCI Express 2.0 на сегодняшний день самый лучший по всем показателям интерфейс и именно его следует рассматривать при выборе видеокарты.(Digital Visual Interface) - спецификация интерфейса, внедренная организацией Digital Display Working Group (DDWG). По этой спецификации выполнен разъем, который может передавать как цифровые, так и аналоговые видеосигналы.

Существует три типа DVI разъемов:

.        DVI-D (цифровой);

.        DVI-A (аналоговый);

.        DVI-I (integrated - комбинированный или универсальный).

Во всех современных видеокартах есть хотя бы один DVI выход, а чаще всего универсальных DVI-I разъема ставят по два, а D-Sub вообще отсутствуют (но их можно подключать при помощи переходников, см. выше). Для передачи цифровых данных используется или одноканальное решение DVI Single-Link, или двухканальное - Dual-Link. Формат передачи - Single-Link использует один 165 МГц TMDS передатчик, а Dual-Link - два, он удваивает пропускную способность и позволяет получать разрешения экрана выше, чем 1920x1080 и 1920x1200 на 60 Гц, поддерживая режимы очень высокого разрешения, вроде 2560x1600 и 2048x1536. Поэтому для самых крупных LCD мониторов с большим разрешением, таких, как 30" моделей, обязательно нужна видеокарта с двухканальным DVI Dual-Link выходом.Definition Multimedia Interface (HDMI) - интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования (англ. High Bandwidth Digital Copy Protection, HDCP).

Разъём HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI состоит в том, что разъём HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов.1.3 - это свежая спецификация стандарта с увеличенной пропускной способностью интерфейса, увеличенной частотой синхронизации до 340 МГц, что позволяет подключать дисплеи высокого разрешения, поддерживающие большее количество цветов (форматы с глубиной цвета вплоть до 48-бит). Новой версией спецификации определяется и поддержка новых стандартов Dolby для передачи сжатого звука без потерь в качестве. Кроме этого, появились и другие нововведения, в спецификации 1.3 был описан новый разъем mini-HDMI, меньший по размеру по сравнению с оригинальным.- стандарт сигнального интерфейса для цифровых дисплеев. Принят VESA (Video Electronics Standard Association) в мае 2006.

Обновленная версия стандарта - 1.1, появилась через год после 1.0, в 2007 году. Её нововведениями стала поддержка защиты от копирования HDCP, важная при просмотре защищенного контента с дисков Blu-ray и HD-DVD, и поддержка волоконно-оптических кабелей в дополнение к обычным медным. Последнее позволяет передавать сигнал ещё на большие расстояния без потерь в качестве. Также планируется выпуск версии 2.0, но про него пока что мало известно, кроме того, что там появится поддержка ещё больших разрешений, таких как 3840 x 2400.

Ресурсоемкие операции

При обработке цифрового медиа наиболее высокие требования к производительности предъявляют операции рендеринга и кодирование. Рендеринг - необходимая и обязательная составная часть компьютерной обработки цифрового видео редакторами []. Поэтому именно рендеринг создает финальную картинку, как называют иногда видеоряд. Он присутствует, как правило, на стадии после монтажа и до сжатия медиа.

Почти во всех программах где на видео можно наложить хоть какие-нибудь спецэффекты, присутствует предварительный рендеринг или пре-рендеринг - не очень быстрый, но необходимый процесс. Только дождавшись завершения предварительного рендеринга можно увидеть окончательный результат обработки видеофайла, то, каким он в итоге станет. Кстати, после завершения пре-рендеринга сохранение видеофайла происходит значительно быстрее. При пре-рендеринге высокая производительность еще важнее,. Как правило, для снижения нагрузки используют понижение качества изображения при пре-рендеринге. Редакторы позволяют выбирать опции качества - DRAFT, PREVIEW, GOOD и BEST. Чем лучше качество, тем точнее можно увидеть результат будущей работы, в значит, высокая производительность для пре-рендеринга крайне необходима.

В процессе собственно рендеринга, который запускается по завершении монтажа проекта, происходит компиляция итогового изображения (результата) из заранее заданных его составных частей, например серии смонтированных отрезков видео и наложенных на них визуальных и звуковых эффектов.

Почти все программы применяют собственные алгоритмы рендеринга. И чем больше эффектов наложено на видео, тем дольше идёт рендеринг.

Только простейшие операции обработки видеофайлов не требуют рендеринга []. К примеру присоединении двух видеофайлов в один рендеринг не нужен. Но если видео хоть каким-нибудь образом редактировалось, к примеру на него был наложен логотип <#"783871.files/image001.jpg">

Загруженность GPU оценивали при помощи TechPowerUp GPU-Z версии 0.6.7:

Загруженность CPU оценивалась как усредненное значение за 60 с при помощи соответствующих гаджетов, а также с помощью встроенного диспетчера задач Windows.

3.       Полученные результаты и их обсуждение

3.1           Принципы минимальной комплектации бюджетной HD-медиастудии

В соответствии с поставленной целью работы имеет смысл отвлечься от всех рекомендаций и самостоятельно проанализировать, что же является тем самым минимальным набором оборудования и софта, который позволяет студии функционировать, т.е. позволяет назвать студию студией.

Для этого рассмотрим состав «полной» AV-студии, исходя из ее функций.

Планирование, сюжет, сценарий.

Это, несомненно, важнейшая часть в создании медиаматериалов не требует специального оборудования и может быть привнесена со стороны в готовом виде. В бюджетную студию эта функция не входит.

Подготовка медиаматериалов

Несомненно, это высоко затратная часть медиастудии. Съемки предлагают наличие видеокамер высокого разрешения, желательно 4К для свободы монтажа с выбором части сцены, поэтому нужны достаточно дорогостоящие камеры. Запись и подг7отовка звука требует еще большего количества дорогостоящего оборудования, начиная от микрофонов и предусилителей через кроссоверы и эквалайзеры до хай-фай мониторов, что вкупе может составить миллионы у.е. Зададимся вопросом - будет ли полезно студия без средств подготовки медиаматериалов? Такая студия могла бы работать только с готовыми съемками и готовыми звуковыми и музыкальными файлами.

К счастью, сегодня наблюдается большой «избыток» исходных материалов, которые не поглощаются имеющимися монтажными студиями. Причина этого в том, что:

· Продолжительность съемок часто ограничивается продолжительностью мероприятия. Получается ряд медиаматериалов, которые должны быть синхрониpизованы и смонтированы. Эта стадия может занимать недели и месяцы и ждать своей очереди. Так что появление чисто монтажных студий снимет напряжение с «полных» студий, и бюджетная студия не останется без работы;

·        Подготовка звука и музыкального сопровождения. Невзирая на то, что с видеокамер не годится для монтажа, студии не всегда занимаются записью и подготовкой звуков. Это происходит потому, что опытные операторы записывают звук на отдельные устройства со специализированными микрофонами; широко доступны библиотеки звуков с сотнями тысяч сэмплов; благодаря интернету стало возможным собрать музыкальную фонотеку с миллионами произведений в приличном качестве. Поэтому самая дорогостоящая часть «полной» студии - подготовка аудиоматериалов - может и не входить в состав бюджетной студии.

Монтаж

Следующая функция - непосредственно монтаж. Если ограничиться только цифровым медиа, то оборудование будет представлять собой устройства для захвата, последующего монтажа и тестового воспроизведения. Поскольку это и есть смысл существования AV-студии, то без нее не обойтись.

Рассмотрим ее подробнее.

Захват. Поскольку носителями видеоматериалов могут быть магнитная лента, диск или жесткий диск, то захват ограничивается преобразованием их в форму компьютерных файлов. В случае жесткого диска или лазерного диска достаточно стандартными средствами перенести файлы на винчестер. Захват с ленты осуществляется соответствующими платами, например Pinnakle, которые также доступны. Если даже у студии отсутствует плата видеозахвата, его легко провести на стороне. Поэтому функцию видеозахвата будем считать также необязательной для нашей бюджетной студии.