ПЗУ, ОЗУ и КМОП-память
20.11.2013 / 14:11

ПЗУ, ОЗУ и КМОП-память

Оцените материал
(0 голосов)

ПЗУ, ОЗУ и КМОП-памятьИтак, если вспомнить самый первый любительский цифровой фотоаппарат, который появился в 1990 году и назывался Dycam Model 1 (хотя более известен был под именем Logitech FotoMan FM-1), то его внутренняя организация будет напоминать наиболее примитивные компьютеры того времени. В ПЗУ хранятся как набор управляющих "фотографической" частью программ (то есть алгоритмов расчёта экспозиции), так и утилиты, обеспечивающие формирование изображения на основе данных, поступающих от АЦП, а также последующее сжатие информации.

Все программы, хранящиеся в ПЗУ, после включения фотоаппарата загружаются в его ОЗУ. Здесь же производится и хранение снимков - энергонезависимыми средствами хранения информации Dycam Model 1 не располагал, и при разряде пары "пальчиковых" батареек, являвшихся основным источником питания камеры, все отснятые кадры пропадали.

Разумеется, такое положение вещей категорически не могло устраивать пользователей, поэтому следующие модели цифровой фототехники уже имели устройства, позволявшие хранить снимки неограниченно (или почти неограниченно) долго без каких-либо источников энергии. Впрочем, и ПЗУ, и ОЗУ в этих фотоаппаратах сохранились - первый тип памяти по-прежнему хранил программы, а вот функции второго несколько расширились.

Дело в том, что цифровые фотоаппараты обрели цвет. Однако цвет этот для каждого кадра необходимо было восстановить - интерполировать, а для такого рода операций обязательно необходима оперативная память, так что снимки по-прежнему попадали в ОЗУ, только на этот раз не для хранения, а для обработки. Данная обработка состояла из формирования снимка на основе данных АЦП, восстановления цвета, а также сжатия информации. Полученные снимки хранились во встроенной энергонезависимой флэш-памяти фотоаппарата.

В ОЗУ выполнялась не только обработка снимков. Участок этой памяти выделялся и назначался на роль сервисной памяти - в ней хранились все настройки фотоаппарата, сделанные пользователем. Первые модели цифровых камер были довольно простыми, поэтому выбранные пользователем разрешение, степень сжатия и режим работы вспышки при выключении питания фотоаппарата терялись - настроить эти параметры при последующем включении не составляло особого труда. А вот когда появились функции экспокоррекции и баланса белого, решено было сделанные пользователем настройки всё-таки сохранять в участке ОЗУ, отведённом под сервисную память - как минимум до следующей замены батареек. С ростом разрешения ПЗС-матриц стало очевидным, что хранить снимки во встроенной флэш-памяти - заведомо ограничивать пользователя по части доступного количества кадров.

Поэтому камеры обзавелись сменными модулями флэш-памяти, от чего выиграли не только пользователи, но и производители. Во-первых, повысился спрос на фотоаппараты (появилась возможность брать их в отпуск), во-вторых, возник рынок модулей памяти, а в-третьих, получили распространение различные устройства, позволяющие считывать данные с модуля без использования камеры. Данные устройства, именуемые считывателями, имели самые разнообразные конструкции (далее они будут рассмотрены подробнее), хотя одна черта у них была общей - они обеспечивали доступ к снимкам, организованным в виде файлов.

Соответственно, на ОЗУ фотоаппарата легла ещё одна нагрузка - в нём производилось преобразование снимка в тот или иной файловый формат. Наиболее распространёнными являются файлы формата JPEG, TIFF и RAW. Следует отметить также, что к моменту появления сменных носителей некоторые производители стали снабжать свои камеры функциями повышения/понижения яркости, контрастности и чёткости изображения, а также перевода снимка в чёрно-белый формат. Все эти преобразования осуществлялись после восстановления цвета и, откровенно говоря, заметно лучших результатов можно было бы добиться при использовании специализированного ПО для обработки изображений.

Чаще всего кадры сохраняются в файлах формата JPEG. Эта аббревиатура скрывает под собой название организации (Joint Photographic Experts Group), разработавшей довольно эффективный алгоритм сжатия информации. Этот алгоритм состоит из следующих шагов:

  • перевод цветового пространства снимка из RGB (использующего для отображения всех цветов оттенки красного, синего и зеленого) в YUV (где Y - яркость пиксела, а U и V - данные о цвете). При этом в первую очередь обеспечивается сохранность информации о яркости пиксела, а для человеческого зрения это важнее, чем данные о цвете.
  • разбиение кадра на блоки 8Х8 пикселов с последующим дискретным косинус-преобразованием данных блоков, которое перевод снимок в набор гармонических колебаний с различными амплитудой и частотой.
  • анализ амплитудно-частотных характеристик на предмет повторяемости цветовых полей с последующим исключением 50 процентов яркостных и 75 процентов цветовых данных.

Именно из-за последнего шага JPEG относится к алгоритмам со сжатием с потерей данных. Иными словами, даже при минимальном коэффициенте сжатия полностью исходное изображение восстановить невозможно. А при максимальных коэффициентах сжатия теряется слишком большая часть как яркостной, так и цветовой информации и на изображении всё отчётливее видны артефакты JPEG - "расплывшиеся" границы контрастных областей, дробление кадра на блоки 8Х8 пикселов и так далее.

В отличие от JPEG-алгоритма, сжатие, используемое в формате TIFF, не приводит к потерям данных. Используемые при этом алгоритмы очень похожи на те, что применяются в программах-архиваторах и обеспечивают стопроцентное восстановление изображения. Однако TIFF-файлы занимают заметно больше места, даже по сравнению JPEG-файлами с минимальным сжатием, в то же время ошибки при расчёте экспозиции или наводке на резкость портят кадр значительно сильнее, чем JPEG-артефакты. Из этого следует вывод - следует отснять как можно больше кадров и отобрать самые достойные, а с этой точки зрения формат JPEG предпочтительнее.

Файлы формата RAW представляют собой "слепки" с ПЗС-матрицы без каких-либо преобразований - в первую очередь, не производится интерполяция цвета. При этом несжатые файлы занимают места больше, чем файлы TIFF, а для их обработки на компьютере требуется специализированное и функционально ограниченное ПО. Впрочем, на текущий момент большинство производителей обеспечивают сжатие RAW-файлов, причём зачастую они получаются компактнее, чем TIFF-файлы. А для большего удобства при дальнейшей обработке изображения выпускаются плагины для Adobe Photoshop, позволяющие при обработке RAW-изображения использовать всю мощь этого пакета.

Возникает вопрос - "а для чего вообще нужен RAW-формат?" Дело в том, что иногда и динамический диапазон матрицы, и её АЦП позволяют получить изображение с большей разрядностью цвета, чем стандартные 24 бита, используемые в JPEG и TIFF форматах. И как раз для сохранения 30, 36 или 48-битного снимка RAW подходит лучше всего - избыточные разряды всегда можно использовать для коррекции "передержки" либо "недодержки".

Наряду с разрешением ПЗС-матриц неуклонно повышалось также их быстродействие. В конечном итоге скорость считывания данных с сенсора стала такой, что появилась возможность реализовать режим непрерывной съёмки, при котором камера делает серию снимков с минимальными интервалами между ними. А поскольку при большом разрешении даже для короткой серии требуется довольно внушительный объём памяти, размеры ОЗУ заметно выросли. С тех пор данный тип памяти стал называться буферной памятью. Одновременно с режимом непрерывной съёмки модели стали оснащаться функциями эксповилки, блокировки экспозиции, многозоновым автофокусом и другими полезными вещами.

При этом с ростом разрешения вырастало и энергопотребление, поэтому батарейки приходилось менять особенно часто. И каждый раз при этом приходилось полностью настраивать камеру. Такое положение дел пользователей решительно не устраивало, в результате решено было использовать в качестве сервисной КМОП-память с весьма скромным энергопотреблением - ей и в самом деле "достаточно было одной "таблетки" (имеется в виду часовая батарейка).

Опытные читатели догадались, что решение было позаимствовано из мира персональных компьютеров, в которых настройки материнской платы также хранятся в подпитываемой "таблеткой" КМОП-памяти.

Однако то, что хорошо для компьютера, не всегда подходит цифровой фотокамере. Отсек для "таблетки" занимал место в корпусе, на одну из панелей требовалось вывести люк для замены батарейки, а конструкция фотоаппарата в целом усложнялась. Поэтому потребовалось иное решение, которое, в конечном итоге, было найдено.

Оставьте свой комментарий

Читатели рекомендуют

Карты памяти большой емкости: зачем нужн…

Карты памяти большой емкости: зачем нужна карта?

Постоянное увеличение работоспособности мобильных устройств склоняет всех пользователей к применению карт памяти огромного объема, для эффективного применения м...

Обзор 3Q QS0815C: универсальный планшет …

Обзор 3Q QS0815C: универсальный планшет с двумя активными SIM-картами

Каждая уважающая себя компания, производящая мобильную технику, в последнее время считает своим долгом выпустить несколько моделей с поддержкой двух SIM-карт. К...

Вопрос дня

Мобильный телефон для Вас – это…

Фототовары

Обзор электронных книг