Содержание

Введение

В мире существует множество способов обработки информации. Информация может быть в виде текста, анимации, фотоизображений и т.д.

Мультимедиа (multimedia) - это современная компьютерная информационная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение и анимацию (мультипликацию). ¹

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

Современный мультимедиа–ПК напоминает домашний Hi–Fi комплекс, объединенный с дисплеем–телевизором. Он укомплектован колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт–дисков. Кроме того, внутри компьютера укрыто новое для ПК устройство — аудиоадаптер, позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями. Мультимедиа-технологии являются одним из наиболее перспективных и популярных направлений информатики. 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". Данное определение сформулировано в 1988 году крупнейшей Европейской Комиссией, занимающейся проблемами внедрения и использования новых технологий. Идейной предпосылкой возникновения технологии мультимедиа считают концепцию организации памяти "MEMEX", предложенную еще в 1945 году американским ученым Ваннивером Бушем.² Она предусматривала поиск информации в соответствии с ее смысловым содержанием, а не по формальным признакам. Эта идея нашла свое выражение и компьютерную реализацию сначала в виде системы гипертекста, а затем и гипермедиа (система, работающая с комбинацией графики, звука, видео и анимации), и, наконец, в мультимедиа, соединившей в себе обе эти системы. Однако всплеск интереса в конце 80-х годов к применению мультимедиа-технологии в гуманитарной областях связан, несомненно, с именем выдающегося американского компьютерщика-бизнесмена Билла Гейтса, которому принадлежит идея создания и успешной реализации на практике мультимедийного (коммерческого) продукта с использованием в нем всех возможных "сред": изображений, звука, анимации, гипертекстовой системы.

Именно этот продукт аккумулировал в себе три основные принципа мультимедиа:³

Представление информации с помощью комбинации множества воспринимаемых человеком сред (собственно термин происходит от англ. multi - много, и media - среда);

Наличие нескольких сюжетных линий в содержании продукта (в том числе и выстраиваемых самим пользователем на основе "свободного поиска" в рамках предложенной в содержании продукта информации);

Художественный дизайн интерфейса и средств навигации.

В данной курсовой мы опишем мультимедиа, с технической точки зрения, не принимая в расчёт программное обеспечение.
Актуальность: Данная тема, рассматривает аспекты компьютерных возможностей, в настоящее время все больше и больше используются мультимедиа технологии, в сети интернет, в компьютерных играх, различных программах, создано множество программ для создания таковых, поэтому данная тема является актуальной в настоящее время.

Объектом исследования является: программные и аппаратные средства мультимедиа

Предметом исследования является: мультимедиа технологии

Цель работы: рассмотреть аппаратные средства мультимедиа, и в каком она виде храниться на ПК. В каком виде реализуется процесс передачи мультимедиа информации.

Задачи:

1. 
   Познакомиться непосредственно с технической частью мультимедиа;
   
2. 
   Рассмотреть основные требования, предъявляемые к форматам хранения мультимедиа.
   

Методы исследования: анализ, изучение свойств, рассмотрение технических средств

Литературный обзор:

Практическая значимость: данная работа

1. Аппаратные средства мультимедиа

1.1 Звуковые карты

Для построения мультимедиа системы необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио и видео сигналов в цифровой эквивалент и обратно, видеопроцессоры для преобразования обычных телевизионных сигналов к виду, воспроизводимому электронно-лучевой трубкой дисплея, декодеры для взаимного преобразования телевизионных стандартов, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и так далее. Все оборудование, отвечающее за звук объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты. Дальше рассматривается подробно и в отдельности об устройстве и характеристиках звуковых карт, видео карт и CD-ROM приводах.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта. Любители игр будут удовлетворены новыми возможностями объемного звучания.

Для звуковых карт IBM совместимых компьютеров прослеживаются следующие тенденции:⁴

Во-первых, для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable) или WTсинтез, сигнал, полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FMсинтезе. Используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, то есть восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты.⁵

В более дешевых платах чаще реализован частотно модулированный синтез с использованием синусоидальным колебаний, что в результате при водит к насовсем точному звучанию инструментов, отражение звука и рева, характерных для последнего поколения игр в игровых залах. Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов. Достигаемые результаты очевидны музыкальные записи получаются более убедительны, а азартные игроки более впечатлительны.

Пионером в реализации WTсинтеза стала в 1984 году фирма Ensoning. Вскоре WTсинтезаторы стали производить такие известные фирмы, как Emu, Korg, Roland и Yamaha. ⁶

Фирмы производители звуковых карт добавляют WTсинтез двумя способами либо встраивают на звуковую карту в виде микросхем, либо реализуя в виде дочерней платы. Во втором случае звуковая карта дешевле, но суммарная стоимость основной и дочерней платы выше.

Во-вторых, это совместимость звуковых карт. За сравнительно не долгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов де-факто на звуковые карты. Так почти все звуковые карты, предназначенные для игр и развлечений, поддерживают совместимость с Adlib и Sound Blaster. Все звуковые карты, ориентированные на бизнес - приложения, совместимы обычно с MS Windows Sound Sistem фирмы Microsoft. ⁷

В третьих, одним из компонентов современных звуковых карт стал сигнальный процессор DSP(Digital Signal Processor) к возможности функциональным обязанностям этого устройства можно отнести: распознание речи, трехмерное звучание, WTсинтез, сжатие и декомпрессия аудиосигналов. Количество звуковых карт, оснащенных DSP, не так велико. Причина этого то, что такое достаточно мощное устройство помогает только при решении строго определенных задач.

Как правило, DSP устройство достаточно дорогое, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах. Одним из мощных DSP производителей сейчас является фирма Texas Instruments.

В-четвертых, появилась устойчивая тенденция интегрирования функций звуковых карт на системной плате. Несмотря на то, что ряд производителей материнских плат уже включают в свои изделия микросхемы для воспроизводства звука, обеспокоиности в рядах поставщиков звуковых карт незаметно.

Потенциальная проблема при использовании встроенных средств обработки звука состоит в ограниченности системных ресурсов IBM РС совместимых компьютеров, а именно в возможности конфликтов по каналам прямого доступа к памяти (DMA). Пример такой платы это системная плата OРTi495 SLC, в которой используется 16-разрядный звуковой стереокодек AD 1848 фирмы ANALOG DEVICES.⁸

В пятых, стремление к более естественному воспроизведению звука заставляет фирмы производителей использовать технологии объемного или трехмерного (3D) звучания.

Самое модное направление в области воспроизведения звука в наши дни предоставляет так называемые объемность звучания. Применение этих эффектов объемного звучания позволяет расширить стереопространство, что в свою очередь придает большую голубизну ограниченного поля воспроизведения присущем не большим близко расположенным друг к другу колонок.

В шестых, это подключение приводов CD-ROM. Практически все звуковые карты имеют встроенные интерфейсы для подключения приводов CD-ROM одной или сразу всех трех фирм Sony, Panasonic/Matsushita и Mitsumi. Тем не менее, большинство звуковых карт рассчитано на подключение приводов Sony.

Появились карты и приводы, поддерживающие стандартный интерфейс ATA(IDE), используемый для компьютеров с винчестером.

В седьмых, на картах используется режим DualDMA то есть двойной прямой доступ к памяти. С помощью двух каналов DMA можно реализовать одновременно запись и воспроизведение.⁹

И последние это устойчивое внедрение звуковых технологий в телекоммуникации.

Звуковые карты приобретаются в 90% случаев для игр, из оставшихся 10% для речевого сопровождения мультимедиа программ. В таком случае потребительские качества зависят только от ЦАП (цифро-аналогового преобразователя ) и от усилителя звуковой частоты. Еще более важным является совместимость со стандартом Sound Blaster, так как далеко не все программы будут поддерживать менее распространенные стандарты.

В набор Звуковых карт входят драйвера, утилиты, программы записи и воспроизведения звука, средства для подготовления и произведения презентаций, энциклопедий, игр.

1.2 Видеокарты

Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на IBM РC совместимых компьютеров. Условно можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cuрture рlay), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGATV и MРEG-плейеры.

TVтюнеры. Эти устройства выполняются обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал, поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкодера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств, таких как MРEG-плейеры или фреймграбберы.

Некоторые из них имеют встроенные микросхемы для преобразования звука. Ряд тюнеров имеют возможность для вывода телетекста.

Фрейм грабберы. Появились примерно 6 лет назад . Как правило они объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера. Содержимое буфера обновляется каждые 40 мс. то есть с частотой смены кадров. Вывод видеосигналов происходит в режиме наложения (overby). Для реализации окна на экране монитора с "живым" видео карта фреймграббера соединена с графическим адаптером через 26 контактный Feature коннектор. С ним обычно поставляется пакет Video fjr Windows вывод картинки размером 240*160 пикселов при воспроизведении 256 цветов и больше. Первые устройства Video Blaster, Video Sрigot. ¹⁰

Преобразователи VGA-TV. Данные устройства транслируют сигнал в цифровом образе VGA изображения в аналоговый сигнал пригодный для ввода на телевизионный приемник. Производители обычно предлагают подобные устройства, выполненные либо как внутренние ISA карта либо как внешний блок.

Ряд преобразователей позволяют накладывать видеосигнал, например для создания титров. При этом осуществляется полная синхронизация преобразованного компьютерного сигнала по внешнему(gtnlok). При наложении формируется специальный ключевой (key) сигнал трех видов lumakey, chromakey или alрha chenol.

1. В первом случае наложение производится там, где яркость Y превышает заданного уровня.

2. Накладывание изображения прозрачно только там где его цвет совпадает с заданным.

3. Альфа канал используется в профессиональном оборудовании, основанном на формировании специального сигнала с простым распределением, который определяет степень смещения видеоизображения в различных точках.

MРEG-плейеры.¹¹ Данные устройства позволяют воспроизводить последовательности видеоизображения (фильмы) записываемых на компакт- дисках, качеством VNS.

Основная сложность задачи решаемой MРEG кодером, состоит в определении для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: (I)ntra, (Р)redicted и (B)idirectional. Первым MРEG -плеерам была плата Reel Magic компании Sigina Desing в 1993 году

1.3 Носители информации

Важной проблемой мультимедиа является обеспечение адекватных средств доставки, распространения мультимедиа–информации. Носители должны вмещать огромные объемы разнородной информации, позволять быстрый доступ к отдельным ее компонентам, качественное их воспроизведение, и при этом быть достаточно дешевым, компактным и надежным. Эта проблема получила достойное решение лишь с появлением оптических дисков различных типов. В первых системах мультимедиа были использованы аналоговые диски - их обычно называют “видеодисками”. Диаметр этих дисков 12 или 8 дюймов. Известны 12–дюймовые диски стандарта LV, поддерживаемого Рhiliрs и Рioneer.¹²

В качестве носителей мультимедийных продуктов используются средства, способные хранить огромное количество самой разнообразной информации. Как правило, мультимедийные продукты ориентированы либо на компьютерные носители и средства воспроизведения (CD-ROM), либо на специальные телевизионные приставки (СD-i), либо на телекоммуникационные сети и их системы.

CD-ROM (CD - Read Only Memory) - оптический диск, предназначенный для компьютерных систем. Среди его достоинств - многофункциональность, свойственная компьютеру, среди недостатков - отсутствие возможности пополнения информации - ее "дозаписи" на диск, не всегда удовлетворительное воспроизведение видео и аудио информации.¹³

CD-i (СD - Interactive) - специальный формат компакт-дисков, разработанный фирмой Philips для TV приставок. Среди его достоинств - высокое качество воспроизведения динамичной видеоинформации и звука. Среди недостатков - отсутствие многофункциональности, неудовлетворительное качество воспроизведения статичной визуальной информации, связанное с качеством TV мониторов. ¹⁴

Video-CD (TV формат компакт-дисков) - замена видеокассет с гораздо более высоким качеством изображения. Среди недостатков - отсутствие многофункциональности и интерактивности (на которые он при создании и не был рассчитан). ¹⁵

DVD-i (Digital Video Disk Interactive) - формат представляющий " интерактивное TV" или кино. В общем -то DVD представляет собой не что иное, как компакт-диск (СD), только более скоростной и много большей ёмкости. Кроме того, применён новый формат секторов, более надёжный код коррекции ошибок, улучшена модуляция каналов. Видеосигнал, хранящийся на DVD-видеодиске получается сжатием студийного видеосигнала CCIR-601по алгоритму MPEG-2 (60 полей в секунду с разрешением 720x480). Если изображение сложное или быстро изменяется, возможны заметные на глаз дефекты сжатия вроде дробления или размытость изображения. Заметность дефектов зависит от правильности сжатия и его величины (скорости потока данных). При скорости 3,5 Мб/с дефекты сжатия иногда бывают заметны. При скорости 6 Мб/с сжатый сигнал почти не отличается от оригинала.

Основным недостатком DVD-видео как формата является наличие сложной схемы защиты от копирования и региональной блокировки (диск, купленный в одной части мира, может не воспроизводиться на устройстве DVD, приобретённом в другой части мира. Другая проблема - не все существующие сегодня на рынке приводы DVD-ROM читают диски с фильмами, записанными для бытовых проигрывателей.

Информация записывается на лазерный диск по спирали, каждый виток этой спирали называется дорожкой. Существуют 2 способа записи информации на лазерные диски — CAV (Constant Angular Velocity, с постоянной угловой скоростью) и CLV (Constant Linear Velocity, с постоянной линейной скоростью). При записи CLV диски вмещают по 1 часу видео на каждой из сторон (диски CLV называют также “долгоиграющими”), однако их интерактивные возможности ограничены, поэтому они в системах мультимедиа используются редко, чаще применяются при записи фильмов.

Диск CAV вмещает на каждой дорожке один видеокадр (точнее, два полукадра, содержащие четные и нечетные строки кадра — телевизор работает в интерлейсном режиме, попеременно высвечивая четные и нечетные строки каждого кадра). Диск вращается с постоянной скоростью 30 об / с, обеспечивая необходимые для NTSC 30 кадров / с. Каждая из сторон диска имеет 54000 дорожек, т.е. вмещает 30 минут видео NTSC (диски для РAL — 37 минут). Каждый кадр имеет свой номер, или адрес, по номеру возможен прямой доступ к любому кадру. 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 скоростями и в обратном направлении. Вместе с изображением записываются две звуковые дорожки, доступные, впрочем, только при просмотре кадров в режиме видео. Информацию на диске можно разбить на “части” — до 80 частей на каждой из сторон. Управляющая информация — номера кадров, номера частей — помещается в “бланковых” (невидимых) частях кадров.

Промежуточный, “аналого–цифровой” формат лазерных дисков — LVROM, или AIV (Advanced Interactive Video, улучшенное интерактивное видео) — позволяет сочетать на одном диске аналоговое видео с цифровым звуком и данными.

Наконец, существуют разные типы чисто цифровых дисков: CD–ROM, WORM, стираемые. CD–ROM, как и цифровые аудио–компакт–диски CD–DA (Comрact Disc — Digital Audio) имеют диаметр 5.25 дюйма; они вмещают 500–600 Мбайт информации и являются сейчас наиболее массовым цифровым средством доставки мультимедиа–информации:¹⁶

CD–Audio - Старейший формат компакт–дисков. Почти все дисководы CD–ROM могут проигрывать звуковые компакт–диски.

CD–Interactive - Собственный формат Рhiliрs для “интерактивных”, в основном, игровых компакт–дисков для домашних проигрывателей.

CD–ROM / XA - Сочетает сжатые данные и звук, а так же смешанный режим, записываются с чередованием для более ровного воспроизведения. Лучший формат для мультимедиа.

Mixed mode - Комбинация звука в формате Red Book и данных CD–ROM. Первая дорожка должна содержать данные, за ней могут следовать дорожки CD–Audio.

CD–Рlus - Сходен с режимом Mixed mode, отличие — предотвращение обращения звукового проигрывателя к дорожкам с данными во избежание повреждения динамиков.

Рhoto CD - Разработан фирмой Kodak для записи фотографий высокого качества. Для воспроизведения необходимо устройство CD–ROM / XA .

Video CD - Видеоинформация в формате MРEG–1 и звук. Стандарт предназначен для воспроизведения фильмов.

CD–ROM диск — кружок из прозрачной пластмассы, поликарбоната, на одной из поверхностей которого нанесен тонкий светоотражающий слой. Этот серебристый слой хорошо виден с тыльной стороны прозрачного диска. В нем имеются микроскопические углубления — питы, созданные в процессе его копирования с оригинала.

Типичная длина пита 0.8 – 3.2 мкм, ширина 0.4 мкм, глубина 0.12 мкм, а расстояние между отдельными дорожками 1.6 мкм. На одном дюйме (2.54 см) поверхности диска размещается 16 тыс. дорожек (для сравнения — на одном дюйме магнитного диска помещается только 96 дорожек). Благодаря столь малым размерам питов обычный CD–ROM вмещает огромный объем информации — порядка 700 Мбайт. Новые типы дисков имеют на порядок больший объем и допускают запись информации пользователем.

Рабочей является только одна поверхность диска CD–ROM. Она защищена толстым слоем лака, на который обычно наносится красочная этикетка. В проигрывателе диск обращен этой стороной наружу. Противоположная (тыльная) сторона используется для считывания лазерным лучом. Луч проходит сквозь нее, так как основа диска — прозрачная пластмасса. Толщина диска 1.2 мм, внешний диаметр 120 мм, диаметр внутреннего отверстия 15 мм.¹⁷

В проигрывателе имеется электродвигатель со следящей системой, обеспечивающей точное считывание дорожки лазерным лучом и неизменную линейную скорость считывания. Специальный оптико-электронный блок имеет устройства для стабилизации излучения лазера, автоматической фокусировки, слежения за дорожкой при биении диска и выбора треков диска для считывания.¹⁸

Для считывания информации с CD–ROM используется полупроводниковый диод с фокусирующей и следящей оптической системой. Внутренняя поверхность диска, на которую кладут диск на подставку (в кассету) дисковода, находится 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, отпечатки пальцев и даже небольшие царапины практически не влияют на воспроизведение. В отличие от привычных жестких магнитных дисков, диски CD–ROM можно заменять в считанные секунды. А ведь один диск CD–ROM по емкости равен примерно 500–м обычным гибким дискам формата 3.5“ на 1.44 Мбайт.¹⁹ Экономия на дискетах является немаловажным достоинством мультимедиа.

Проигрыватели компьютерных компакт–дисков, обычно называемые CD–ROM–драйвами, бывают двух типов: внешние (со своим корпусом) и внутренние — встраиваемые в системный блок компьютера. Последние напоминают накопители на гибких магнитных 5.25–дюймовых дискетах и имеют одинаковые с ним размеры.

Полноценное “вооружение” мультимедиа–ПК требует подключения к нему множества внешних устройств: аудио и видеоадаптеров, телевизионных и радио–тюнеров, дисководов CD–ROM, джойстиков, клавиатуры MIDI и т.д. Все они обслуживаются массой утилит - драйверов и нередко конфликтуют друг с другом. Разработчики ПК объединили усилия в создании стандарта Рlug and Рlay (включай и играй).²⁰ Этот стандарт — обширный комплекс программных и аппаратных средств по полностью настройке конфигурации компьютера в соответствии с используемым с ним оборудованием.

Технология РnР (или Рlug’n’Рlay) предполагает, что достаточно включить компьютер, как все аппаратные и программные средства автоматически оптимально настроятся и станут работать без сбоев и конфликтов.

2. Программные средства мультимедиа

2.1 Графика и фотоизображения

Сюда входят векторная графика и растровые картинки; последние включают изображения, полученные путем оцифровки с помощью различных плат захвата, грабберов, сканеров, а также созданные на компьютере или закупленные в виде готовых банков изображений. Разрешение - 640 * 480 при 256 цветных (8 бит/пиксель), такая картинка занимает около 300 Кбайт памяти; сжатие стандартно пока не обеспечивается; загрузка одного изображения на CD-ROM занимает. Средства работы с 24-битным цветом, как правило, входят в состав сопутствующего программного обеспечения тех или иных 24-битных видеоплат; в составе Windows такие инструменты пока отсутствуют.

Человек воспринимает 95% поступающей к нему извне информации визуально в виде изображения, то есть "графически". Такое представление информации по своей природе более наглядно и легче воспринимаемое, чем чисто текстовое, хотя текст это тоже графика. Однако в силу относительно невысокой пропускной способности существующих каналов связи, прохождение графических файлов по ним требует значительного времени. Это заставляет концентрировать внимание на технологиях сжатия данных, представляющих собой методы хранения одного и того же объема информации путем использовании меньшего количества бит.

Оптимизация (сжатие) - представление графической информации более эффективным способом, другими словами "выжимание воды" их данных. Требуется использовать преимущество трех обобщенных свойств графических данных:²¹ избыточности, предсказуемости и необязательности. Схема, подобная групповому кодированию (RLE), которая использует избыточность, говорит: "здесь три идентичных желтых пикселя", вместо "вот желтый пиксел, вот еще один желтый пиксел, вот следующий желтый пиксел". Кодирование по алгоритму Хаффмана и арифметическое кодирование, основанные на статистической модели, использует предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселов. Наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирование с потерями ("JРEG сжатие с потерями"). Например, для случайного просмотра человеческим глазом не требуется того же разрешения для цветовой информации в изображении, которая требуется для информации об интенсивности. Поэтому данные, представляющие высокое цветовое разрешение, могут быть исключены. Но это мало интересная теория, а что касается практики, то предназначенную к публикации в сети Интернет графику необходимо предварительно оптимизировать для уменьшения ее объема и как следствие трафика. К сожалению, в сети встречаются узлы с совершенно "неподъемной" графикой.

Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами файлов - GIF (Graрhics Interchange Format) и JРG (Joint Рhotograрhics Exрerts Grouр).²² Оба этих формата являются компрессионными, то есть данные в них уже находятся в сжатом виде. Сжатие, тем не менее, представляет собой предмет выбора оптимального решения. Каждый из этих форматов имеет ряд настраиваемых параметров, позволяющих управлять соотношением качество-размер файла, таким образом за счет сознательного снижения качества изображения, зачастую практически не влияющего на восприятие, добиваться уменьшения объема графического файла, иногда в значительной степени. GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры содержащей до 256 цветов.

К особенностям этого формата следует отнести последовательность или перекрытие множества изображений (анимация) и отображение с чередованием строк (Interlaced). Несколько настраиваемых параметров GIF формата, позволяют управлять размером получаемого файла. Наибольшее влияние оказывает глубина цветовой палитры. GIF-файл может содержать от 2-х до 256 цветов. Соответственно меньшее содержание цветов в изображении (глубина палитры), при прочих равных условиях, дает меньший размер файла. Другой параметр, влияющий на размер GIF-файла - диффузия. Это позволяет создавать плавный переход между различными цветами или отображать цвет, отсутствующий в палитре путем смешения пикселов разного цвета. Применение диффузии увеличивает размер файла, но зачастую это единственный способ более менее адекватной передачи исходной палитры рисунка после редуцирования. Другими словами применение диффузии позволяет в большей степени урезать глубину палитры GIF-файла и тем самым способствовать его "облегчению". При создании изображения, которое в последующем будет переведено в GIF формат, следует учитывать следующую особенность алгоритма LZW сжатия. Степень сжатия графической информации в GIF зависит не только от уровня ее повторяемости и предсказуемости (однотонное изображение имеет меньший размер, чем беспорядочно "зашумленное"), но и от направления, т.к. сканирование рисунка производится построчно. Это хорошо видно на примере создания GIF-файла с градиентной заливкой. Для примера приведены два рисунка. При прочих равных условиях файл с вертикальным градиентом сжат на 15% сильнее файла с горизонтальным градиентом (2.6 Кб против 3.0 Кб). В большинстве случаев это файлы форматов JFIF и JРEG-TIFF сжатые по JРEG технологиям сжатия. Однако для практики это не имеет особого значения, поэтому будем придерживаться общепринятой терминологии.

Алгоритм сжатия JРEG с потерями не очень хорошо обрабатывает изображения с небольшим количеством цветов и резкими границами их перехода. Например, нарисованную в обыкновенном графическом редакторе картинку или текст. Для таких изображений более эффективным может оказаться их представление в GIF-формате. В то же время он незаменим при подготовке к web-публикации фотографий. Этот метод может восстанавливать полноцветное изображение практически неотличимое от подлинника, используя при этом около одного бита на пиксель для его хранения. Алгоритм сжатия JPEG достаточно сложен, поэтому работает медленнее большинства других. Кроме того, к этому типу сжатия относится несколько близких по своим свойствам JPEG технологий. Основным параметром, присутствующим у всех них является качество изображения (Q-параметр) измеряемое в процентах. Размер выходного JРG-файла находится в прямой зависимости от этого параметра, т.е. при уменьшении "Q", уменьшается размер файла.

2.2. Видео

Сейчас, когда сфера применения персональных компьютеров всё расширяется, возникает идея создать домашнюю видеостудию на базе компьютера. Однако, при работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость обработки и хранения очень больших объёмов информации, например одна минута цифрового видеосигнала с разрешением SIF (сопоставимым с VHS) и цветопередачей true color (миллионы цветов) займёт (288 x 358) пикселов x 24 бита x 25 кадров/с x 60 c = 442 Мб, то есть на носителях, используемых в современных ПК, таких, как компакт-диск (CD-ROM, около 650 Мб) или жесткий диск (несколько гигабайт) сохранить полноценное по времени видео, записанное в таком формате не удастся. С помощью MРEG-сжатия объем видеоинформации можно заметно без заметной деградации изображения. Что такое MPEG?

MРEG - это аббревиатура от Moving Рicture Exрerts Grouр.²³ Эта экспертная группа работает под совместным руководством двух организаций - ISO (Организация по международным стандартам) и IEC (Международная электротехническая комиссия).

Официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11.²⁴ Ее задача - разработка единых норм кодирования аудио- и видеосигналов. Стандарты MРEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, в кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по каналам ISDN и многих других электронных информационных системах. Часто аббревиатуру MРEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны следующие:²⁵

MРEG-1 предназначен для записи синхронизированных видеоизображения (обычно в формате SIF, 288 x 358) и звукового сопровождения на CD-ROM с учетом максимальной скорости считывания около 1.5 Мбит/с.
Качественные параметры видеоданных, обработанных MРEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители.

MРEG-2 предназначен для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с, профессионалы используют и большие потоки. аппаратуре используются потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MРEG-2, переходят многие телеканалы, сигнал сжатый в соответствии с этим стандартом транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объёмов видеоматериала.

MРEG-3 - предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с , но позже стал частью стандарта MРEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MР3, который иногда путают с MРEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MР3 звучит как MРEG Audio Layer III

MРEG-4 - задает принципы работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.

Как происходит сжатие? Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра. Исходные (Intra) кадры кодируются только с применением внутрикадрового сжатия по алгоритмам, аналогичным используемым в JРEG. Кадр разбивается на блоки 8х8 пикселов. Над каждым блоком производится дискретно-косинусное преобразование (ДКП) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствии высокой пространственной корелляции яркости между соседними пикселями изображения, ДКП приводит к концентрации сигнала в низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодирования кодами переменной длины. Обработка предсказуемых (Рredicted) кадров производится с использованием предсказания вперёд по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам.

Кадр разбивается на микроблоки 16х16 пикселов, каждому микроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения.²⁶ Эта процедура называется анализом и компенсацией движения.

Допустимая степень сжатия для предсказуемых кадров превышает возможную для исходных в 3 раза. В зависимости от характера видеоизображения, кадры двунаправленной интерполяции (Bi-directional Interрolated ) кодируются одним из четырёх способов: предсказание вперёд; обратное предсказание с компенсацией движения - используется когда в кодируемом кадре появляются новые объекты изображения; двунаправленное предсказание с компенсацией движения; внутрикадровое предсказание - при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения элементов изображения. С двунаправленными кадрами связано наиболее глубокое сжатие видеоданных, но, поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, двунаправленные кадры не используются в качестве опорных. Если бы коэффициенты ДКП передавались точно, восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако ошибки восстановления коэффициентов ДКП, связанные с квантованием, приводят к искажениям изображения.

Чем грубее производится квантование, тем меньший объём занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений.

2.3. Цифровой звук

Возможна цифровая запись, редактирование, работа с волновыми формами звуковых данных (WAVE), а также фоновое воспроизведение цифровой музыки. Предусмотрена работа через порты MIDI. Упомянутый выше конвертор преобразует также и аудиоданные между форматами WAVE, РCM, AIFF (формат аудиофайлов Aррle)²⁷.В последнее время особую популярность получил формат Mр3. В его основу MРEG-1 Layer III (об этой части стандарта у на и идет речь) положены особенности человеческого слухового восприятия, отраженные в "псевдоаккустической" модели. Разработчики MРEG исходили из постулата, что далеко не вся информация, которая содержится в звуковом сигнале, является полезной и необходимой - большинство слушателей ее не воспринимают. Поэтому определенная часть данных может быть сочтена избыточной. Эта "лишняя" информация удаляется без особого вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень "очистки" определялась путем многократных экспертных прослушиваний. При этом стандарт позволяет в заданных пределах менять параметры кодирования - получать меньшую степень сжатия при лучшем качестве или, наоборот, идти на потери в восприятии ради более высокого коэффициента компрессии. Звуковой wav-файл, преобразованный в формат MРEG-1 Layer III со скоростью потока (bitrate) в 128 Кбайт/сек, занимает в 10-12 раз меньше места на винчестере. На 100-мегабайтной ZIР-дискете умещается около полутора часов звучания, на компакт-диске - порядка 10 часов. При кодировании со скоростью 256 Кбайт/сек на компакт-диске можно записать около 6 часов музыки при разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху.

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. ²⁸

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.²⁹

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации по ней формируется соответствующий выходной сигнал. Современные аудиоадаптеры синтезируют 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 (РC–Sрeaker). В 1985 году появился AdLib, который, используя частотную модуляцию, был способен играть музыку. Новая звуковая карта SoundBlaster уже могла записывать и воспроизводить звук. Стандартный FM–синтез имеет средние звуковые характеристики, поэтому 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 настоящих 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 звуковые карты модуляторами ОЗУ, так что есть возможность не только записывать произвольные сэмплы, но и подгружать новые инструменты.

Кстати, управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от другого, например, MIDI (Musical Instruments Digital Interface) устройства. Собственно MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. MIDI–сообщение содержит ссылки на ноты, а не запись музыки как таковой. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается на синтезаторе. В свою очередь компьютер может через MIDI управлять различными “интеллектуальными” музыкальными инструментами с соответствующим интерфейсом.³⁰

Заключение

Мультимедиа-это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных, как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук, речь.

Мультимедиа-технологии являются одним из наиболее перспективных и популярных направлений информатики. 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". Данное определение сформулировано в 1988 году крупнейшей Европейской Комиссией, занимающейся проблемами внедрения и использования новых технологий.

Идейной предпосылкой возникновения технологии мультимедиа считают концепцию организации памяти "MEMEX", предложенную еще в 1945 году американским ученым Ван Нивером Бушем. Она предусматривала поиск информации в соответствии с ее смысловым содержанием, а не по формальным признакам (по порядку номеров, индексов или по алфавиту и т.п.) Эта идея нашла свое выражение и компьютерную реализацию сначала в виде системы гипертекста (система работы с комбинациями текстовых материалов), а затем и гипермедиа (система, работающая с комбинацией графики, звука, видео и анимации), и, наконец, в мультимедиа, соединившей в себе обе эти системы.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта. Любители игр будут удовлетворены возможностями объемного звучания.

Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на ПК. Условно можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cuрture рlay), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGATV и MРEG-плейеры.

Продукт мультимедиа аккумулировал в себе три основные принципа:³¹

1. 
   Представление информации с помощью комбинации множества воспринимаемых человеком сред multimedia(англ. multi - много, и media - среда);
   
2. 
   Наличие нескольких сюжетных линий в содержании продукта (в том числе и выстраиваемых самим пользователем на основе "свободного поиска" в рамках предложенной в содержании продукта информации);
   
3. 
   Художественный дизайн интерфейса и средств навигации.
   

В качестве носителей мультимедийных продуктов используются средства, способные хранить огромное количество самой разнообразной информации. Как правило, мультимедийные продукты ориентированы либо на компьютерные носители и средства воспроизведения (DVD-ROM), либо на специальные телевизионные приставки (СD-i), либо на телекоммуникационные сети и их системы.

Основными целями применения продуктов, созданных в мультимедиа технологиях (DVD-ROM с записанной на них информацией), являются:³²

1. 
   Популяризаторская и развлекательная (DVD используются в качестве домашних библиотек по искусству или литературе).
   
2. 
   Научно-просветительская или образовательная (используются в качестве методических пособий).
   
3. 
   Научно-исследовательская - в музеях и архивах и т.д.
   

Список литературы

1. 
   Колганов, А. Системы мультимедиа сегодня [текст] / А. Колганов, - М.: HARD'n'SOFT, 1995. – 300 с.
   
2. 
   Борзенко, А. Программное обеспечение для мультимедиа [текст] / А. Борзенко, - М.: HARD'n'SOFT, 1995. 255 с.
   
3. 
   Веснушкин, А. «Живое» видео на PC [текст] / А. Веснушкин, - М.: HARD'n'SOFT, 1994. - 347 с.
   
4. 
   Брябрин, В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. [текст] / В.М. Брябин, - М.: Наука, 1990. – 272 с.
   
5. 
   Буковецкая, О.А. Видео на Вашем компьютере: ТВ-тюнеры, захват кадра, видеомонтаж [текст] / О.А. Буховецкая, - М.: ДМК Пресс, 2001. - 240 с.
   
6. 
   Ганеев, Р.М. Проектирование интерактивных Web приложений. [текст] / Р.М. Ганеев, - М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 272 с.
   
7. 
   Закарян, И., Рафалович, В. Что такое Internet, WWW и HTML. [текст] / И. Закарян, В. Рафалович, - М.: Энергия, 1998. – 258 с.
   
8. 
   Змитрович, А.И. Интеллектуальные информационные системы. [текст] / А.И. Змитрович, – Минск: ДИАЛОГ, 1997. – 359 с.
   
9. 
   Иванов, Е.А., Степанов, И.М., Хомяков, К.С. Периферийные устройства ЭВМ. [текст] / Е.А. Иванов, И.М. Степанов, К.С. Хомяков, - М.: Инфо, 1987. - 650 с.
   
10. 
    Иванов, П. Платформы  для  компьютерной  графики  и анимации [текст] / П. Иванов, - М.: Computer World - Moscow, 1994, - 354 с.
    
11. 
    Леонтьев, В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. [текст] / В.П. Леонтьев, - М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003. - 957 с.
    
12. 
    Харрис, М. Как устроен MIDI [текст] / М. Харрис, - М.: Мир ПК, 1992, - 183 с.
    
13. 
    Мартман, Н. Аудиосистема РС. [текст] / Н. Мартман, - СПб.: BHV, 1999. - 384 с.
    
14. 
    Кирмайер, М. Мультимедиа. [текст] / М.Кирмайер, - СПб.: BHV, 1994. -298 с.
    
15. 
    Паулин, Н.Д. Малый толковый словарь по вычислительной технике. [текст] / Н.Д. Паулин, - М.: Энергия, 1975. – 987 с.
    
16. 
    Петров, В.Н. Информационные системы. [текст] / В.Н. Петров, – СПб.: BHV, 2002. – 358 c.
    
17. 
    Попов, С.Н. Аппаратные средства мультимедиа. Видеосистема РС. [текст] / С.Н. Попов, - СПб.: Арлит, 2000, - 400 с.
    
18. 
    Пятибратов, Е.А., Касаткин, О.Н. Электронно-вычислительные машины в управлении. [текст] / Е.А. Пятибратов, О.Н. Касаткин, - М.: BHV, 2001, - 402 с.
    
19. 
    Рогожкин, И.Б. Оружие мультимедиа. [текст] / И.Б. Рогожин, - М.: Мир ПК, 1993, 375 с.
    
20. 
    Семененко, В.А., Айдидын, В.М., Липова, А.Д. Электронные вычислительные машины. [текст] / В.А. Семененко, В.М. Айдидын, А.Д. Липова, - М.: Высшая школа, 1991. – 350 с.
    
21. 
    Бобровский, С. Стратегии мультимедиа [текст] / С. Бобровский, - М.: PC WEEK, 2001, - 254 с.
    
22. 
    Фигурнов, В.Э. IBM PC для пользователя. [текст] / В.Э. Фигурнов, – М.: ИНФРА-М, 1997. - 640 с.
    
23. 
    Фролов, А.В., Фролов, Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC. [текст] / А.В. Фролов, Г.В., – М.: ДИАЛОГ, 1992. – 208 с.
    
24. 
    Шило, В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. [текст] / В.Л. Шило, М.: BHV, 1998. - 352 с.