Домой  О себе  Игры  Обучение  

Средства мультимедиа

Введение

Мультимедиа - это интерактивные системы, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями и движущимся видео, анимированной компьютерной графикой и текстом, речью и высококачественным звуком

Сейчас различают следующие составляющие ММ:
- графика
- звук
- видео
- HTML - как объеденяющее звено

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных иг-рах и т.д.

Появление систем мультимедиа подготовлено как с требованиями практики, так и с развитием теории. Однако, резкий рывок в этом направлении, произо-шедший в этом направлении за последние несколько лет, обеспечен прежде всего развитием ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графические возможности, ха-рактеристики внешней памяти, и достижения в области видеотехники, лазерных дисков CD-ROM, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграла так же разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных. Все это было и раньше, появилось почти оновременно с появлением ПЭВМ. Еще в DOS был и звук и видео, наиболее ярко это было видно в играх.

Рассмотрим некоторые технические вопросы, касающиеся мультимедиа. Основная проблема, из которой "растут" все основные - совместная обработка разнородных данных: цифровых и аналоговых, "живого" видео и неподвижных изображений и т.п. В компьютере все данные хранятся в цифровой форме, в то время как теле-, видео- и большинство аудиоаппаратуры имеет дело с аналого-вым сигналом. Однако выходные устройства компьютера - мониторы и дина-мики имеют аналоговый выход. Поэтому простейший и наиболее дешевый путь построения первых систем мультимедиа состоял в стыковке разнородной аппара-туры с компьютером, предоставлении компьютеру возможностей управления этими устройствами, совмещении выходных сигналов компьютера и видео- и ау-диоустройств и обеспечении их нормальной совместной работы. Дальнейшее развитие мультимедиа происходит в направлении объединения разнородных ти-пов данных в цифровой форме на одной среде-носителе, в рамках одной систе-мы.

Видео

Для того, чтобы как-то обрабатывать или редактировать само аналоговое изображение, его необходимо оцифровать и ввести в память компьютера. Для этого служат так назы-ваемые платы захвата (capture board, frame grabbers). Оцифровка аналого-вых сигналов порождает огромные массивы данных. Так, кадр стандарта NTSC (525 строк), преобразованный платой типа Truevision, превращается в компью-терное изображение с разрешением 512x482 пиксель. Если каждая точка пред-ставлена 8 битами, то для хранения всей картинки требуется около 250 Кбайт памяти, причем падает качество изображения, так как обеспечивается только 256 различных цветов. Считается, что для адекватной передачи исходного изображе-ния требуется 16 млн. оттенков, поэтому используется 24-битовый формат хра-нения цветной картинки, а необходимый размер памяти возрастает. Оцифрован-ный кадр может затем быть изменен, отредактирован обычным графическим ре-дактором, могут быть убраны или добавлены детали, изменены цвета, масшта-бы, добавлены спецэффекты, типа мозаики, инверсии и т.д. Естественно, инте-рактивная экранная обработка возможна лишь в пределах разрешения, обеспечи-ваемого данным конкретным видеоадаптером. Обработанные кадры могут быть записаны на диск в каком-либо графическом формате и затем использоваться в качестве реалистического неподвижного фона для компьютерной анимации. Возможна также покадровая обработка исходного изображения и вывод обрат-но на видеопленку для создания псевдореалистического мультфильма.

Запись последовательности кадров в цифровом виде требует от компьютера больших объемов внешней памяти: частота кадров в американском ТВ-стандарте NTSC - 30 кадров/с (PAL, SECAM - 25 кадров/с), так что для запоминания од-ной секунды полноцветного полноэкранного видео требуется 20-30 Мбайт, а оп-тический диск емкостью 600 Мбайт вместит менее полминуты изображения. Но последовательность кадров недостаточно только запомнить, ее надо еще вывести на экран в соответствующем темпе. Подобной скоростью передачи информации - около 30 Мбайт / с - не обладает ни одно из существующих внешних запо-минающих устройств. Чтобы выводить на экран компьютера оцифрованное ви-део, приходится идти на уменьшение объема передаваемых данных, (вывод уменьшенного изображения в небольшом окне, снижение частоты кадровой раз-вертки до 10-15 кадров / с, уменьшение числа бит / пиксель), что, в свою очередь приводит к ухудшению качества изображения.

Более радикально обе проблемы - памяти и пропускной способности - решаются с помощью методов сжатия / развертки данных, которые позволяют сжимать информацию перед записью на внешнее устройство, а затем считывать и разворачивать в реальном режиме времени при выводе на экран. Так, для дви-жущихся видео-изображений существующие адаптивные разностные алгоритмы могут сжимать данные с коэффициентом порядка 100:1- 160:1, что позволяет разместить на CD-ROM около часа полноценного озвученного видео. Работа этих алгоритмов основана на том, что обычно последующий кадр отличается от предыдущего лишь некоторыми деталями, поэтому, взяв какой-то кадр за базо-вый, для следующих можно хранить только относительные изменения. При зна-чительных изменениях кадра, например, при монтажной склейке, наезде или па-норамировании камеры, автоматически выбирается новый базовый кадр.

В настоящее время целый ряд фирм активно ведет разработку алгоритмов сжатия видеоинформации, стремясь достичь коэффициента сжатия порядка 200:1 и выше. В основе наиболее эффективных алгоритмов лежат различные адаптив-ные варианты: DCT (Discrete Cosine Transform, дискретное косинус-преобразование), DPCM (Differential Pulse Code Modulation, разностная импульсно-кодовая модуляция), а также фрактальные методы.

При использовании специальных видео-адаптеров (видеобластеров) муль-тимедиа-ПК становятся центром бытовой видео-системы, конкурирующей с са-мым совершенным телевизором. Новейшие видеоадаптеры имеют средства связи с источниками телевизион-ных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии / декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени, т.е. практически мгновенно. Видеоадаптеры имеют быструю видеопамять и специальные графи-ческие ускорители процессоры. Это позволяет получать до 30-50 кадров в се-кунду и обеспечить вывод подвижных полноэкранных изображений.

Аудио

Любой мультимедиа-ПК имеет в своем составе звуковую плату. Для чего она нужна? Аудиоадаптер дал компьютеру не только стереофоническое звучание, но и возможность записи на внешние носители звуковых сигналов. ПК совсем не подходят для записи и обработки обычных (аналоговых) звуковых сигналов, так как рассчитаны для записи только цифровых сигналов, которые не искажаются при их передаче по линиям связи.

Аудиоадаптер имеет аналого-цифровой преобразователь (АЦП), пе-риодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот от-счет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал. Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компь-ютера (как правило, в виде WAV-файлов). Важными параметрами аудиоадаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.

Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Обычно они лежат в пределах от 4-5 КГц до 45-48 КГц. Разрядность квантования характеризует число ступеней квантования и измеряется степенью числа 2. Так, сейчас применяются в основном 16-разрядные аудиоадапте-ры, имеющие 2¹⁶ =65536 ступеней квантования - как у звукового компакт-диска.

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При по-ступлении на синтезатор некоторой управляющей информации по ней формиру-ется соответствующий выходной сигнал.

Современные аудиоадаптеры синтези-руют музыкальные звуки двумя способами: методом частотной модуляции FM (Frequency Modulation) и с помощью волнового синтеза (выбирая звуки из таблицы звуков, Wave Table). Второй способ обеспечивает более натуральное звучание. Частотный синтез (FM) появился в 1974 году (PC-Speaker). В 1985 году появился AdLib, который, используя частотную модуляцию, был способен играть музыку. Новая звуковая карта SoundBlaster уже могла записывать и воспроизво-дить звук. Стандартный FM-синтез имеет средние звуковые характеристики, по-этому на картах устанавливаются сложные системы фильтров против возможных звуковых помех. Суть технологии WT-синтеза состоит в следующем. На самой звуковой карте устанавливается модуль ПЗУ с "зашитыми" в него образцами звучания на-стоящих музыкальных инструментов - сэмплами, а WT-процессор с помощью специальных алгоритмов даже по одному тону инструмента воспроизводит все его остальные звуки. Кроме того многие производители оснащают свои звуко-вые карты модуляторами ОЗУ, так что есть возможность не только записывать произвольные сэмплы, но и подгружать новые инструменты. Для электронных синтезаторов обычно указывается число одновременно звучащих инструментов и их общее число (от 20 до 32). Также важна и про-граммная совместимость аудиоадаптера с типовыми звуковыми платформами (SoundBlaster, Roland, AdLib, Microsoft Sound System, Gravis Ultrasound и др.).

Звуковые карты бывают со встроенными радио или видео тюнерами, часто они позволяют кодировать данные в цифровой формат

Носители информации

Важной проблемой мультимедиа является обеспечение средств обмена мультимедиа-информацией. Носители должны вме-щать огромные объемы разнородной информации, позволять быстрый доступ к отдельным ее компонентам, и при этом быть достаточно дешевым, компактным и надежным. В первых системах мультимедиа были использованы аналоговые диски

Диск вмещает на каждой дорожке один видеокадр (точнее, два полу-кадра, содержащие четные и нечетные строки кадра - телевизор работает в ин-терлейсном режиме, попеременно высвечивая четные и нечетные строки каждого кадра). Диск вращается с постоянной скоростью 30 об / с, обеспечивая необ-ходимые для NTSC 30 кадров / с. Каждая из сторон диска имеет 54000 дорожек, т.е. вмещает 30 минут видео NTSC (диски для PAL - 37 минут). Каждый кадр имеет свой номер, или адрес, по номеру возможен прямой доступ к любому кад-ру. Кадры могут трактоваться как неподвижные изображения - для этого после завершения считывания дорожки устройство не переходит на следующую, а вновь считывает ту же самую); возможно также проигрывание с разными скоро-стями и в обратном направлении. Вместе с изображением записываются две зву-ковые дорожки, доступные, впрочем, только при просмотре кадров в режиме ви-део. Информацию на диске можно разбить на "части" - до 80 частей на каждой из сторон. Управляющая информация - номера кадров, номера частей - поме-щается в "бланковых" (невидимых) частях кадров.

Наконец, существуют разные типы чисто цифровых дисков: CD-ROM, WORM, стираемые. CD-ROM, CD-RW имеют диаметр 5.25 дюйма; они вмещают 650-700 Мбайт информации и являются сейчас массовым цифровым сред-ством доставки мультимедиа-информации.

CD-ROM диск - кружок из прозрачной пластмассы, поликарбоната, на од-ной из поверхностей которого нанесен тонкий светоотражающий слой. Этот се-ребристый слой хорошо виден с тыльной стороны прозрачного диска. В нем имеются микроскопические углубления - питы, созданные в процессе его копи-рования с оригинала. Для считывания информации с CD-ROM используется полупроводниковый диод с фокусирующей и следящей оптической системой. Внутренняя поверх-ность диска, на которую кладут диск на подставку (в кассету) дисковода, нахо-дится не в фокусе оптической системы лазерного излучателя. Диаметр светового пятна от лазера, создающего сходящийся конус света, порядка 1 мм. Поэтому умеренные загрязнения нерабочей поверхности, например, пылинки на ней, от-печатки пальцев и даже небольшие царапины практически не влияют на воспро-изведение.

Plug'n'Play

Полноценное "вооружение" мультимедиа-ПК требует подключения к нему множества внешних устройств: аудио- и видеоадаптеров, телевизионных и ра-дио-тюнеров, дисководов CD-ROM, джойстиков, клавиатуры MIDI и т.д. Все они обслуживаются массой программных утилит - драйверов и нередко кон-фликтуют друг с другом. В этой связи крупные разработчики ПК объединили усилия в создании стандарта Plug and Play (включай и играй). Этот стандарт - обширный комплекс программных и аппаратных средств по полностью авто-матической настройке конфигурации компьютера в соответствии с используе-мым с ним оборудованием. Технология PnP (или Plug'n'Play) предполагает, что достаточно включить компьютер, как все аппаратные и программные средства автоматически опти-мально настроятся и станут работать без сбоев и конфликтов.