„Scalaki” do zadań specjalnych

Zapis zdjęcia zarejestrowanego przez przetwornik CCD na karcie flash to nie jedyne zadanie procesora w aparacie cyfrowym. Czym jeszcze zajmują się układy scalone w obecnych cyfrakach?

Obecnie niemal każde elektroniczne urządzenie wyposażone jest w procesor sterujący jego pracą. Mają go również aparaty cyfrowe, w których stanowi on obok matrycy CCD (Charge Coupled Device) lub CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) i obiektywu kluczowy element przetwarzający dane z przetwornika CCD/CMOS i zarządzający pracą obiektywu, migawki, menu oraz ekranu LCD. Główne zadanie tego układu to przetwarzanie obrazów, dlatego zwykle jest on programowalnym procesorem sygnałowym DSP (Digital Signal Processing) o wysokiej skali integracji LSI (Large-Scale Integrated). Od prędkości przetwarzania danych przez tego „scalaka” zależy szybkość działania cyfraka. Oczywiście procesor graficzny ma także częściowy wpływ na finalną jakość fotografii.

Przetwórnia zdjęć

Jednym z zadań, które wykonuje procesor w aparacie cyfrowym, jest zamiana na cyfrową postać analogowych sygnałów zarejestrowanych przez przetwornik CCD/CMOS. Konwersji dokonują przetworniki analogowo-cyfrowe, które w zależności od klasy aparatu cyfrowego mogą mieć dokładność 8, 10, 12 lub 14 bitów. W następnym kroku układ musi usunąć błędy powstałe podczas procesów interpolacji i aliasingu kolorów, które zostały wprowadzone do zarejestrowanego obrazu przez matrycę CCD/CMOS (patrz: $(LC134978: Uchwycić fotony)$).

Mając zdjęcie w postaci cyfrowej, możemy poddać go dalszej obróbce lub skompresować i zapisać na karcie pamięci. Podczas obliczeń procesor musi wykonać około 25 milionów operacji, aby przetworzyć obraz o rozdzielczości jednego megapiksela, czyli w fotkach sześciomegapikselowych liczba ta rośnie już do 150 mln. CPU w aparacie cyfrowym korzysta z programu zapisanego w pamięci podręcznej flash, zawierającego niezbędne algorytmy umożliwiające przetworzenie i skompresowanie zdjęcia do pliku JPEG lub zapisanie go w bezstratnym formacie TIFF. Dane zarejestrowane przez matrycę CCD/CMOS i niepoddane żadnej obróbce układ graficzny w bardziej zaawansowanych modelach aparatów rejestruje w postaci plików RAW.

Zadaniami realizowanymi przez procesor aparatu są pomiar parametrów ekspozycji i analiza sceny pod kątem wybranego przez użytkownika programu tematycznego. Ważną czynnością wykonywaną przez jednostkę centralną aparatu jest korekcja balansu bieli, czyli kompensacja barw obrazu zapisanego przez matrycę CCD/CMOS w stosunku do oświetlenia, w jakim wykonane zostało zdjęcie. Układ może korzystać z predefiniowanych algorytmów korekcji (tzw. ustawień balansu bieli dla oświetlenia sztucznego, słonecznego, fluorescencyjnego itp.) lub dokonywać automatycznego pomiaru przez zewnętrzne sensory lub przetwornik CCD/CMOS.

Procesor sygnałowy aparatu przeprowadza także inne operacje na cyfrowych obrazach. Są to zwykle przekształcenia, których możemy też dokonać na pececie za pomocą oprogramowania do edycji grafiki, np. zamiana zdjęcia kolorowego na czarno-białe, dodanie efektu sepii, solaryzacji czy też negatywu. Procesor w cyfraku zarządza również poziomem ostrości i kontrastu fotografii oraz nasycenia i odcieni barw.

Centrum sterowania

Powyższe operacje to tylko wycinek możliwości procesorów umieszczonych w cyfrakach. Oprócz przetwarzania obrazów wykonują one dziesiątki innych czynności. Układ dekompresuje zdjęcia zapisane na karcie flash i wyświetla je na ekranie LCD. To ostatnie zadanie realizowane jest przez zintegrowany z procesorem cyfrowo-analogowy przetwornik DAC (Digital-to-Analog Converter) i sterownik ekranu LCD. Filmy rejestrowane przez aparat są kompresowane (zapis w pamięci) lub dekompresowane (wyświetlanie na ekranie). Pliki wideo zapisywane są z różną prędkością przechwytywania obrazu (10, 15, 24 lub 30 fps), która zależy głównie od mocy obliczeniowej procesora.

Jednostka centralna ma również za zadanie obsłużyć pamięć bufora i nośnik w postaci karty flash. Pisząc o tym ostatnim elemencie, warto również dodać, że prędkość zapisu zdjęć na kartę pamięci nie zależy tylko od prędkości samego nośnika. Czasem ograniczenia wprowadza procesor aparatu, który charakteryzuje się określoną szybkością zapisu danych w pamięci flash. Przykładem tego jest np. układ Atmel AT76C113, w którego specyfikacji można przeczytać, że jego maksymalna prędkość zapisu i odczytu danych z karty flash wynosi jedynie 1,5 MB/s.

Procesor obsługuje także wszystkie porty wejścia i wyjścia, czyli złącze USB (w tym technologie bezpośredniego drukowania zdjęć – PictBridge lub podobne), wyjście telewizyjne, na którym generowany jest sygnał w standardzie NTSC lub PAL, oraz wyjście audio.

Wydzielony blok układu centralnego, w skład którego wchodzą procesor przerwań oraz przetworniki cyfrowo-analogowe i analogowo-cyfrowe, monitoruje przyciski oraz kółka funkcyjne aparatu, służące do zmiany parametrów pracy i sterowania zoomem optycznym. Program DSP steruje też układem automatycznego ustawiania ostrości i silnikiem krokowym obiektywu. Jednostka centralna monitoruje także na bieżąco stan naładowania baterii aparatu cyfrowego, a w razie stwierdzenia za niskiego poziomu energii informuje o tym użytkownika.

Różnice między procesorami dwóch generacji
Zoran Coach 6e/pZoran Coach 7e/p
Maks. rozdzielczość obsługiwanych matryc CCD/CMOS3 (wersja 6e) lub 16 (wersja 6p) megapikseli16 megapikseli
Obsługa kart flashCF, SD, SM, xD, MSCF, SD, SM, xD, MS, MMC, MS Pro
Obsługa USBUSB 2.0 Full Speed (12 Mb/s)USB 2.0 HighSpeed On-The-Go (OTG) (480 Mb/s)
Dokładność przetwarzania sygnału12 bitów12 (wersja 7e) lub 16 (wersja 7p) bitów
Prędkość rejestracji filmów30 fps (352×228 i 640×480 pikseli), kompresja MJPEG30 fps (640×480), kompresja MPEG, ASF, DivX, AVI, MOV
Obsługa pamięci wewnętrznej64_256 Mb SDRAM (16-bit.)64_512 Mb DDR RAM (16-bit.)
Częstotliwość próbkowania kodeka audio8 kHz44,1 kHz
Obsługa standardówDCF, DPOF, EXIF 2.1DCF 2.0, DPOF 1.1, EXIF 2.2
Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.