Оксана Буковецкая - Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD
Многие устройства видеоввода относятся к внутренним, обычно это платы на шине PCI. В первой главе мы уже говорили о различиях, связанных с числом бит данных, которые можно одновременно передать по шине. На сегодняшний день чемпион – шина AGP (64 бита), спроектированная специально для видеоплат 3D-ускорителей. Внутренние устройства видеоввода (а это большая часть устройств) работают на стандартной шине PCI (32 разряда). В спецификации вы нередко можете увидеть позицию «устройство Bus Master». Это означает, что данная плата может управлять шиной, то есть передавать данные без участия центрального процессора. Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. Такой подход обычно используется для высвобождения ресурсов процессора для передачи больших объемов информации. Если у вас стоит материнская плата, созданная на заре появления стандарта PCI, с режимом Bus Mastering могут возникнуть проблемы, и такое устройство, скорее всего, не только не будет работать нормально, но и вызовет «зависание» системы.
Проблема создания универсальной шины продолжает волновать умы разработчиков. Очередной кандидат на эту роль – шина FireWire (IEEE 1394-95). Как ясно из названия, основной особенностью шины должна стать необычайно высокая скорость передачи. Это действительно так: пропускная способность шины, в зависимости от подключенного оборудования, – от 100 до 400 Мбит/с. Это последовательная шина. Она допускает подключение 63 устройств. Кроме того, несколько шин (до 1024) могут соединяться мостами в сеть. Все устройства имеют равные права доступа. Функции управления выполняет «корневое устройство», которым обычно (но не обязательно) является компьютер. Для управления не требуется отдельных маршрутизаторов, концентраторов, заглушек и т. д. Кабель представляет собой две витые пары и два провода питания, поэтому часть устройств может получать питание непосредственно от шины. Шина допускает «горячее подключение» устройств (без остановки работы).
Данная шина предлагается в качестве универсального интерфейса между любой цифровой техникой, начиная от RAID-массивов и заканчивая видеокамерами. Используя интерфейс FireWire, можно принимать видео в формате DV и организовывать «перекачку» между разными форматами. Обычно дорогостоящие платы нелинейного монтажа имеют FireWire-интерфейс. Кроме того, существуют достаточно простые устройства с FireWire-входами (например, плата Miro Studio DV), поэтому можно сказать, что прием данных по интерфейсу FireWire может организовать практически каждый пользователь, имеющий компьютер Pentium 233 и выше (рекомендуемое ограничение для этой платы).
Однако, несмотря на то что цифровой интерфейс становится все более модным, большинство пользователей, по крайней мере, в нашей стране, пока не имеют цифровой видеотехники и, следовательно, для них наличие FireWire-шины может быть лишь вопросом престижа, а отнюдь не качества работы. В реальной практике мы обычно вынуждены работать с композитным сигналом, принимаемым от устройств VHS, и мириться со всеми недостатками такого решения.
Запись данных
Какой пользователь не любит быстрой работы? Если говорить серьезно, высокая скорость записи имеет принципиальное значение при вводе видеопоследовательностей. Непосредственное следствие недостаточно высокой скорости – пропущенные кадры. Вот почему при работе с магнитной видеозаписью операторы готовы идти на увеличение размеров и стоимости оборудования, расхода ленты и другие неудобства, лишь бы получить возможность быстро регистрировать большие потоки данных. Увы, многие из их ухищрений не подходят для работы с жесткими дисками – основным хранилищем информации для компьютера. Приходится придумывать свои.
В настоящее время существуют два основных типа жестких дисков: с интерфейсом IDE и SCSI. Устройства с интерфейсом SCSI обычно рекомендуются продавцами как наиболее быстрые. На самом деле их использование далеко не всегда оправдано. Во-первых, они в 1,5–3 раза дороже, при этом далеко не во столько же раз быстрее.
...Шина SCSI, использующая параллельную передачу данных, – первая попытка создания универсального, аппаратно независимого интерфейса (ближе к нам на этой эволюционной линии стоят USB и FireWire, с которыми вы познакомились в предыдущем разделе). Спецификация SCSI-1 (1985 г.) предусматривала 8-разрядную шину, допускала подключение до 8 устройств и имела скорость обмена от 1,5 до 5 Мбайт/c. Затем прошли усовершенствования интерфейса, увеличившие скорость и число подключаемых устройств: SCSI-2, Fast SCSI, Wide SCSI. Работа с SCSI требует некоторой квалификации, поскольку каждое устройство должно иметь свой уникальный номер. Поэтому при подключении неопытным пользователем нескольких устройств могут возникнуть определенные проблемы.
Ultra Wide SCSI имеет скорость передачи 40 Мбайт/с. Диски IDE спецификации UltraATA/33 (UltraATA) – скорость 33 Мбайт/с. Такие диски выпускаются сейчас всеми крупными производителями. Они устанавливаются в компьютере как обычный жесткий диск и совершенно не требуют от пользователя каких-либо дополнительных усилий. У наиболее современных Ultra 2 Wide SCSI скорость передачи до 80 Мбайт/c (уже появились устройства Ultra 3 – скорость до 160 Мбайт/с). Производители ГОЕ не отстают: фирма Quantum предложила спецификацию UltraATA/66, предусматривающую удвоенную по сравнению с UltraATA/33 скорость передачи – 66 Мбайт/с. Правда, эти диски уже требуют подключения при помощи специального 80-жильного кабеля (при подключении обычным 40-жильным они будут работать как ATA/33). Но это единственное их отличие, заметное пользователю. Работа же с SCSI-устройствами требует некоторой квалификации, хотя в среднем скорость дисковой подсистемы на основе SCSI-устройств 1,5 раза выше, чем при использовании IDE-устройств того же класса. Кроме того, IDE-устройства, например, не поддерживают на аппаратном уровне многопотоковый режим, поэтому одной из причин пропуска кадров при работе в среде Windows 95/98 являются изменения в файле подкачки, происходящие во время записи видео.
Но самое главное впереди: впечатляющие цифры, приведенные в предыдущем абзаце, мало что значат для реального процесса записи. Эти цифры отражают скорость передачи данных по шине. Скорость записи на диск значительно меньше и очень зависит от конкретной ситуации. Различия по скорости записи для отдельного IDE– и SCSI-дисков весьма невелики и определяются механическими особенностями самого носителя, а не характеристиками шины. Для того чтобы использовать преимущества высокоскоростной передачи, мы должны иметь несколько одновременно работающих дисков. Но об этом речь пойдет ниже. Если же мы говорим об одном носителе, следует выбирать диски, оптимизированные для видеозаписи. Они рассчитаны на безостановочную запись длинных последовательностей. Обычный диск в разгаре записи может остановиться для термокалибровки головок. Если это происходит в момент ввода видеопоследовательности, появятся пропущенные кадры. Диск, оптимизированный для видео, будет производить термокалибровку по окончании записи последовательности.
Однако распараллеливание записи дает несравненно большие преимущества. Еще несколько лет назад RAID-массивы из нескольких дисков создавались только на основе SCSI и стоили баснословно дорого. (Что довольно забавно, поскольку аббревиатура RAID означает Redundant Arrays of Inexpensive Disks и переводится как «избыточные массивы недорогих дисков»). Около двух лет назад фирма Promise выпустила очень дешевые контроллеры для создания массивов из IDE-дисков.
Любой RAID-массив (как из IDE-, так и из SCSI-дисков) строится на основе распределения данных между несколькими носителями, которые воспринимаются системой как единое целое. Существует девять уровней RAID-массивов, различающихся архитектурой и, как следствие, надежностью, скоростью и ценой. Наиболее распространены типы 0, 1 и 5 (рис. 3.10). Уровень 0 – наиболее простой и быстрый. Он представляет собой распределение данных «в чистом виде». Пространство каждого диска разбивается на сегменты размером от одного сектора до нескольких мегабайт. Совокупность всех сегментов на всех дисках является единым массивом. Поток данных разбивается на блоки, которые последовательно записываются на диски. Дублирования информации и вычисления контрольных сумм не происходит. Этот тип массива имеет очень высокую скорость и самую низкую надежность: вся информация теряется, если выходит из строя любой из дисков. Несмотря на этот недостаток, именно данный уровень RAID обычно используется для компьютерного видео.
Рис. 3.10. Типы RAID-массивов на примере массива из двух дисков
...Массив уровня 1 в некотором роде является антиподом массива уровня 0: вся информация здесь дублируется, запись происходит не быстрее, чем на одиночный диск. Зато значительно возрастает надежность. Только этот тип позволяет получить отказоустойчивую систему всего из двух дисков. При видеозаписи этот уровень практически не используется. При работе RAID уровня 5 производится контроль ошибок. В RAID 5 данные подразделяются на слова с числом бит в слове, равным числу дисков. Биты каждого слова записываются на диски последовательно. В процессе записи вычисляется контрольная сумма. Для контрольных сумм не выделяется отдельный диск (как в редко используемых уровнях 3 и 4). Они записываются вперемешку с данными на всех дисках. Этот тип массивов редко используется для видеозаписи.
