Мультимедиа и ее средства

BMP⁵ . Еще один родной формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows и, по сути, больше ни на что не пригоден. Способен хранить как индексированный (до 256 цветов), так и RGB-цвет (16.700.000 оттенков). Возможно применение сжатия, но делать это не рекомендуется, так как очень многие программы таких файлов (они могут иметь расширение .rle) не понимают. Использование BMP не для нужд Windows является распространенной ошибкой новичков. Использовать BMP нельзя ни для печати (особенно), ни для простого переноса и хранения информации.

2. Особенности технологии мультимедиа

 

Мультимедиа-технологии являются одним из наиболее перспективных и популярных направлений информатики [3]. Они имеют целью создание продукта, содержащего «коллекции изображений, текстов и данных, сопровождающихся звуком, видео, анимацией и другими визуальными эффектами (Simulation), включающего интерактивный интерфейс и другие механизмы управления».

Несомненным достоинством и особенностью технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в представлении информации:

-возможность хранения большого объема самой разной информации на одном носителе (до 20 томов авторского текста, около 2000 и более высококачественных изображений, 30-45 минут видеозаписи, до 7 часов звука);

-возможность увеличения (детализации) на экране изображения или его наиболее интересных фрагментов, иногда в двадцатикратном увеличении (режим "лупа") при сохранении качества изображения. Это особенно важно для презентации произведений искусства и уникальных исторических документов;

-возможность сравнения изображения и обработки его разнообразными программными средствами с научно- исследовательскими или познавательными целями;

-возможность выделения в сопровождающем изображение текстовом или другом визуальном материале "горячих слов (областей)", по которым осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации (технологии гипертекста и гипермедиа);

-возможность осуществления непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения, соответствующего статичному или динамичному визуальному ряду;

-возможность использования видеофрагментов из фильмов, видеозаписей и т.д., функции «стоп-кадра», покадрового «пролистывания» видеозаписи;

-возможность включения в содержание диска баз данных, методик обработки образов, анимации (например, сопровождение рассказа о композиции картины графической анимационной демонстрацией геометрических построений ее композиции) и т.д.;

-возможность подключения к глобальной сети Internet;

-возможность работы с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);

-возможность создания собственных выборок из представляемой в продукте информации (режим «карман» или «мои пометки»);

-возможность "запоминания пройденного пути" и создания "закладок" на заинтересовавшей экранной "странице";

-возможность автоматического просмотра всего содержания продукта ("слайд-шоу") или создания анимированного и озвученного "путеводителя-гида" по продукту ("говорящей и показывающей инструкции пользователя"); включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;

-возможность "свободной" навигации по информации и выхода в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.

3. Современный мультимедиа компьютер.

 

Мультимедиа компьютер  – это центр, к которому могут  подключаться другие компоненты (телевизор или плазменная панель, видеокамера, внешний тюнер, различные электромузыкальные инструменты и т. п.). Очень удобен такой ПК для хранения самой разнообразной мультимедиа-информации: фотоархива, видеоматериалов или звукозаписей.

Мультимедиа компьютер  должен всегда успевать за прогрессом в области передачи до потребителя видео и аудио информации. Ведь практически каждый день появляются новые программы, кодеки и драйверы, цель которых улучшить качество графики, видео или звука – естественно, за счет каких то ресурсов компьютера.

Мы решили привести рекомендации по выбору компьютера для наиболее популярных примеров использования мультимедиа-технологий:

1.Игровой компьютер

2.Домашний кинотеатр

3.Музыкальный компьютер

4.Компьютер для меломана 

5.Домашняя видеостудия

Стоит отметить, что роль основных комплектующих компьютера (процессор, мат. плата, память, монитор) при задаче качественного прослушивания музыки не столь велика. Самые главные компоненты в этой области – это мультимедиа комплектующие, такие, как звуковая карта, акустическая система, CDRW и др. Поэтому те, кому интересна лишь эта тема, могут сразу перейти разделу о выборе мультимедиа.

Современный мультимедиа ориентированный настольный компьютер

Материнская плата⁶ является основной частью каждого РС. Это не только "сердце компьютера" но и самостоятельный элемент, который управляет внутренними связям и взаимодействует через прерывание с другими внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри РС, влияющим на общую производительность компьютера. Супербыстрый винчестер или гиперпроизводительная графическая карта нисколько не смогут увеличить его производительность, если тормозится поток данных от материнской платы и к материнской плате. На основной плате компьютера системной или материнской плате, обычно располагаются основной микропроцессор, оперативная память, кэш-память, шины и BIOS. Кроме того, там находятся электронные схемы (контролеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера. Так, контролер клавиатуры всегда находится на материнской плате. Часто там же находятся и контролеры для других устройств (жестких дисков, дисководов для дискет и т. д.). Такие контролеры называются встроенными или интегрированными в материнскую плату. На современных материнских платах обычно находятся интегрированные контролеры дискет, портов ввода-вывода, часто контролеры жестких дисков, иногда видеоконтроллер. Основная характеристика матери тактовая частота работы.

Материнская плата - тактовая частота для Pentium 4 – 800 Мгц (до 800 млн. операций в секунду).

Для быстродействия используется двухъядерный процессор. Это повышает производительность компьютера более чем в 1,5 раза. Скорость обработки информации 1200-4000 Мгц, разрядность-64 разряда, КЭШ-память – 128-512 Мб – оперативная память процессора, которая выступает в роли буфера между процессором и ОЗУ для увеличения быстродействия при передаче информации из процессора в ОЗУ.

ОЗУ – секции памяти с  линейкой набора определённого стандарта. 128 МБ, 256 Мб, 512 Мб, 1024 Мб (макс. 2048 Мб). Виды памяти: РС 3200 – DDR200 – отличие по скорости обработки информации.

ВЗУ – винчестер. Характеристики: интерфейс подключение к матери:    

 а) Основной интерфейс: Serial ATA (до двух винчестеров), SCSI – до восьми. Различные варианты SCSI контроллеров применяются на компьютерах, используемых как серверы для локальных сетей, а также в издательском деле, автоматизированном проектировании и многих других отраслях. SCSI-контроллеры обеспечивают существенные преимущества, а именно  высокое быстродействие, широкий диапазон подключаемых устройств, возможность подключения 7 и даже 31 устройств на один контроллер.

б) Объём памяти – 80 Гб -4 00Гб.

Для рассматриваемого класса компьютеров находит применение RAID-интерфейс – возможность горячего резервирования винчестеров, что повышает надежность работы компьютера. 

К этому интерфейсу подключается как минимум три винчестера и при выходе одного из строя автоматически компьютер переключается на второй работающий винчестер, на котором находится дубль информации первого винчестера.

4. Видеоинформация и мультимедиа.

 

При смешении сигналов основные проблемы возникают с видеоизображением. Различные ТВ–стандарты, существующие в мире (NTSC, PAL, SECAM), применение разных мониторов и видеоконтроллеров диктует разнообразие подходов в разрешении возникающих проблем. Однако в любом случае требуется синхронизация двух изображений, для чего служит устройство генлок (genlock). С его помощью на экране монитора могут быть совмещены изображение, сгенерированное компьютером (анимированная или неподвижная графика, текст, титры), и «живое» видео. Если добавить еще одно устройство - кодер (encoder), компьютерное изображение может быть преобразовано в форму ТВ–сигнала и записано на видеопленку. «Настольные видео–студии», являющиеся одним из примеров применения систем мультимедиа, позволяют готовить совмещенные видео–компьютерные клипы, титры для видеофильмов, помогают при монтаже кинофильмов [1].

 

Системы такого рода не позволяют  как-то обрабатывать или редактировать  само аналоговое изображение. Для того, чтобы это стало возможным, его  необходимо оцифровать и ввести в память компьютера. Для этого служат так называемые платы захвата (capture board, frame grabbers). Оцифровка аналоговых сигналов порождает огромные массивы данных. Так, кадр стандарта NTSC (525 строк), преобразованный платой, превращается в компьютерное изображение с разрешением 512x482 пиксель. Если каждая точка представлена 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 изображения требуется 16 млн. оттенков, поэтому используется 24-битовый формат хранения цветной картинки, а необходимый размер памяти возрастает. Оцифрованный кадр может затем быть изменен, отредактирован обычным графическим редактором, могут быть убраны или добавлены детали, изменены цвета, масштабы, добавлены спецэффекты, типа мозаики, инверсии и т.д. Естественно, интерактивная экранная обработка возможна лишь в пределах разрешения, обеспечиваемого 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 обратно 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 одной секунды полноцветного полноэкранного видео требуется 20–30 Мбайт, а оптический 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 запоминающих устройств. Чтобы выводить на экран компьютера оцифрованное видео, приходится идти на уменьшение объема передаваемых данных, (вывод уменьшенного изображения в небольшом окне, снижение частоты кадровой развертки 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 движущихся видеоизображений 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 базовый, для следующих можно хранить только относительные изменения. При значительных изменениях кадра, например, при монтажной склейке, наезде или панорамировании камеры, автоматически выбирается новый базовый кадр. Для статических изображений коэффициент сжатия, естественно, ниже - порядка 20–30:1. Для аудиоданных применяют свои методы компрессии.

Существует симметричная и асимметричная схемы сжатия данных. При асимметричной схеме информация сжимается в автономном режиме (т.е. одна секунда исходного видео сжимается в течение нескольких секунд или даже минут мощными параллельными компьютерами и помещается на внешний носитель), например CD–ROM. На машинах пользователей устанавливаются сравнительно дешевые платы декодирования, обеспечивающие воспроизведение информации мультимедиа в реальном времени. Использование такой схемы увеличивает коэффициент сжатия, улучшает качество изображения, однако пользователь лишен возможности разрабатывать собственные продукты мультимедиа. При симметричной схеме сжатие и развертка происходят в реальном времени на машине пользователя, благодаря чему за персональными компьютерами и в этом случае сохраняется их основополагающее достоинство: с их помощью любой пользователь имеет возможность производить собственную продукцию, в том числе и коммерческую, не выходя из дома. Правда, при симметричной схеме несколько падает качество изображения: появляются “смазанные” цвета, картинка как бы расфокусируется. 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 адаптивные варианты: DCT (Discrete Cosine Transform, дискретное косинус–преобразование), DPCM (Differential Pulse Code Modulation, разностная импульсно-кодовая модуляция), а также фрактальные методы. Алгоритмы реализуются аппаратно - в виде специальных микросхем, или «firmware» - записанной в ПЗУ программы, либо чисто программно.

Разностные алгоритмы  сжатия применимы не только к видеоизображениям, но и к компьютерной графике, что дает возможность применять на обычных персональных компьютерах новый для них вид анимации, а именно покадровую запись рисованных мультфильмов большой продолжительности. Эти мультфильмы могут храниться на диске, а при воспроизведении считываться, распаковываться и выдаваться на экран в реальном времени, обеспечивая те же необходимые для плавного изображения 25–30 кадров в секунду.

При использовании специальных  видеоадаптеров (видеобластеров) мультимедиа–ПК становятся центром бытовой видеосистемы, конкурирующей с самым совершенным телевизором.

Новейшие видеоадаптеры  имеют средства связи с источниками  телевизионных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии / декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени, т.е. практически мгновенно. Видеоадаптеры имеют быструю видеопамять от 2 до 4 Мбайт и специальные графические ускорители процессоры. Это позволяет получать до 30–50 кадров в секунду и обеспечить вывод подвижных полноэкранных изображений.

 

5. Аудио информация и мультимедиа.

 

Любой мультимедиа–ПК имеет  в своем составе плату – аудиоадаптер. Для чего она нужна? С легкой руки фирмы Creative Labs (Сингапур), назвавшей свои первые аудиоадаптеры звонким словом Sound Blaster, эти устройства часто именуются «саундбластерами». Аудиоадаптер дал компьютеру не только стереофоническое звучание, но и возможность записи на внешние носители звуковых сигналов. Как уже было сказано ранее, дисковые накопители ПК совсем не подходят для записи обычных (аналоговых) звуковых сигналов, так как рассчитаны для записи только цифровых сигналов, которые практически не искажаются при их передаче по линиям связи.

Аудиоадаптер имеет  аналого-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал.

Цифровые выборки реального  звукового сигнала хранятся в  памяти компьютера (например, в виде WAV–файлов). Считанный с диска  цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. 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 изменяется степенью числа 2. Так, 8–разрядные аудиоадаптеры имеют 2⁸=256 степеней, что явно недостаточно для высококачественного кодирования звуковых сигналов. Поэтому сейчас применяются в основном 16-разрядные аудиоадаптеры, имеющие 2¹⁶ =65536 ступеней квантования — как у звукового компакт–диска.