Состояние и перспективы развития технологии мультимедиа

Тема 1. Введение в технологии мультимедиа.

Новые технологии часто входят в нашу жизнь совершенно неожиданно. Сначала мы читаем о них статьи, проходит какое-то время, и мы вдруг понимаем, что уже активно пользуемся этими новыми техническими достижениями и уже не представляем себе жизни без них. Так было с видео, так пришли к нам локальные сети, Интернет. Все то, что обозначается общим понятием «мультимедиа», в этом отношении тоже не исключение. Разница только в том, что мы еще не осознали, насколько значительную роль в нашей жизни играет мультимедиа. В начале 90-х годов казалось, что это нечто «узкоспециализированное», и не получит широкого распространения. Но успех мультимедиа оказался просто взрывным.

Понятие «мультимедиа» настолько широко, что в него можно включить огромный спектр программного и аппаратного обеспечения от звуковой платы и накопителя на компакт-дисках до профессиональных программ и компьютеров, используемых при создании специальных киноэффектов и «компьютерных» фильмов.

Бурное развитие лазерной информационной технологии и, прежде всего, лазерных компакт-дисков привело к появлению новых компьютерных систем и направлений в создании носителей информации. Возможность записи на компакт-диске массой всего 15 грамм и диаметром 12 см большого количества информации — (650-700 Мб) (эквивалентный 275 томам энциклопедии по 1000 страниц в каждой) привело к качественным изменениям в построении информационно-поисковых систем, внедрении компьютерных процессов обучения, и т.п.

Себестоимость изготовления лазерных дисков стала менее 1$. При этом дисководы принципиально аналогичны выпускающимся лазерным проигрывателям компакт-дисков. Скорость поиска и считывания у современных дисководов CD-ROM сравнима со скоростью поиска и считывания с накопителей на жестких дисках среднего уровня. Записывающие дисководы для компакт-дисков по стоимости сравнимы со стоимостью накопителей на жестких дисках.

Цифровой способ записи, применяемый на компакт-дисках CD-ROM, позволяет записывать на них и воспроизводить с одного и того же носителя совершенно различную информацию — буквенно-цифровую, звуковую (музыка, речь), графическую, а также цветные статические и динамические изображения. Развитие интерактивных компьютерных систем обеспечивает работу со всеми этими видами информации в диалоговом режиме. Такие системы называются латинским словом мультимедиа (multimedia) или системы со многими средами, со многими видами информации.

Таким образом, под термином «мультимедиа» в настоящее время понимают современную информационную технологию, позволяющую объединять в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графические изображения и анимацию (мультипликацию).

Определение:

Мультимедиа — это взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного программного обеспечения.

Рост интереса к технологии мультимедиа обусловлен рядом причин, среди которых следует отметить следующие:

q появление мощных и доступных компьютеров, способных поддерживать графический пользовательский интерфейс а также функционирование модулей захвата и воспроизведения звука и движущегося видеоизображения;

q наличие аппаратного и программного обеспечения для мультимедиа, реализующих определенный набор стандартов;

q создание авторских систем, дающих возможность изготавления своих прикладных мультимедиа-программ, не имея большого опыта в программировании.

Мультимедиа — бурно развивающаяся информационная технология. К ее отличительным признакам относят:

q интеграцию в одном программном продукте разнообразных видов информации: как традиционных (текст, таблицы, иллюстрации), так и оригинальных (речь, музыка, фрагменты видеофильмов,, анимация и др.). Такая интеграция выполняется под управлением компьютера с использованием разнообразных устройств регистрации и воспроизведения информации: микрофона, аудио-системы, проигрывателя оптических компакт-дисков (CD-ROM), телевизора, видеомагнитофона, видеокамеры, электронных музыкальных инструментов;

q работу в реальном времени, поскольку в отличие от текста и графики, статических по своей природе, аудио и видео­сигналы рассматриваются в масштабе реального времени. Для компьютерной обработки и воспроизведения видео- и аудиоинформации требуется увеличение быстродействия центрального процессора, пропускной способности шин передачи данных, объема оперативной и видеопамяти, внешней памяти большой емкости (массовой памяти) и скорости обмена по каналам ввода/вывода компьютера;

q новый уровень интерактивного общения «человек — компьютер», когда в процессе диалога пользователь получает более обширную и разностороннюю информацию, что способствует улучшению условий обучения, работы или отдыха.

Появление возможности компьютерной обработки звука и изображений к ставшей сегодня уже привычной обработки текстов и математических формул, несомненно, повлияет на всю человеческую деятельность.

Рассмотрим технологию мультимедиа как совокупность аппаратной и информационной (программно-информационной) составляющих.

Аппаратная часть технологии мультимедиа представляется как стандартными средствами (графическими адаптерами, мониторами, дисководами и т.д.), так и специальными средствами (видеоплатами, звуковыми картами и приводами CD-ROM). Информационная часть технологии мультимедиа включает прикладные мультимедийные программы, предоставляющие пользователям информацию об интересующих их объектах, а также технологические средства, используемые для создания приложений (специальные графические и текстовые редакторы, редакторы видео изображений, средства для создания и редактирования звуковой информации и т.п.). Компьютерные игры стали одним из первых типов широко используемых мультимедийных продуктов.

Быстрое развитие возможностей мультимедиа на персональных компьютерах основывается на росте вычислительной мощности базовых микропроцессоров. Немаловажное значение для систем мультимедиа имеют и графические системы (графический адаптер, монитор). Так в саму микросхему графического контроллера кроме обычных функций по ускорению некоторых стандартных графических операций стали интегрировать новые операции по обработке данных. Например, теперь сигнал изображения может преобразовываться из пространства RGB в пространство YUV, к тому же над ним могут выполняться такие действия, как сжатие, билинейное масштабирование, линейная интерполяция, фильтрация и растрирование (dithering). Благодаря встроенной схеме “генлок” (genlock), для современных акселераторов стала практически стандартной операция синхронизации сигнала RAMDAC с внешним видеосигналом в формате NTSC или PAL. Кроме этого появились графические акселераторы для поддержки трехмерной (3D) графики.

Отдельно стоит сказать о росте популярности MPEG-плейеров, которые декодируют в реальном масштабе времени 74 минуты “живого” видео, записанного на оптических компакт-дисках с качеством VHS, т.е. бытового видеомагнитофона. При этом некоторые графические карты могут объединять SVGA-графику с возможностями MPEG-плейеров. В этих устройствах внешний видеосигнал может воспроизводиться в реальном времени в режиме наполнения (overlay). Существуют специальные микросхемы-декодеры, например, позволяющие осуществлять воспроизведение телевидения с высокой четкостью изображения.

Что касается непосредственно самих мониторов для мультимедиа, то они, как правило, без труда могут использоваться как для вывода информации с компьютера, так и в качестве экрана телеприемника. Существует широкий спектр преобразователей TV-VGA, VGA-TV и TV-тюнеров. Таким образом, можно констатировать факт объединения возможностей компьютера и телевизора.

Основной тенденцией в используемых мультимедиа звуковых картах является применение WT-синтезаторов. В WT-синтезаторах можно воспроизвести полное звучание различных музыкальных инструментов, используя специальные алгоритмы и тон одного из музыкальных инструментов. Выборки таких сигналов (волновые таблицы — Wave Table) либо сохраняются в ПЗУ (ROM), либо программно загружаются в оперативную память ОЗУ (RAM) звуковой карты. Специальный WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду, частоту и длительность. Выходной сигнал, получаемый таким образом, более похож на звучание реальных инструментов, чем при FM-синтезе. В настоящее время существуют звуковые карты с WT-синтезаторами, обеспечивающими 32- и 64-голосовую полифонию, например, AWE64 фирмы CREATIVE.

Некоторые звуковые карты оснащаются процессором обработки сигналов DSP (Digital Signal Processor). Основные задачи, решаемые сегодня при помощи DSP, — это WT-синтез, сжатие и декомпрессия аудиосигналов по алгоритму MPEG, распознавание речи, трехмерное (3D) звучание, шумоподавление и т.д. Как правило, настоящее DSP-устройство достаточно дорогое, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах. На базе мощных DSP появляется все больше изделий, которые объединяют в себе возможности факс-модема, звуковой карты, телефонного автоответчика, голосовой электронной почты и т.д.

Практически все существующие сегодня звуковые карты и приводы CD-ROM поддерживают стандартный интерфейс IDE используемый в IBM PC-совместимых компьютерах для винчестеров. Ряд звуковых карт имеет либо встроенный, либо выполненный на дочерней плате SCSI-интерфейс. Особых преимуществ перед IDE данное соединение не обеспечивает. На некоторых звуковых картах используется так называемый режим Dual DMA (Direct Memory Access), то есть двойной прямой доступ к памяти. Это, в частности, означает, что благодаря использованию двух каналов DMA вместо одного с помощью звуковой карты можно реализовать одновременную запись и воспроизведение сигналов. Если задействуется один канал DMA, то в одно и тоже время может выполняться либо операция записи, либо воспроизведения.

Одним из путей реализации эффекта стереозвучания стала технология объемного, или 3-мерного, звучания (иначе, 3D-звучания), названного так по аналогии с трехмерным изображением. Многие звуковые карты могут загружать специальное программное обеспечение, которое и позволяет получить объемное 3D-звучание, некоторые звуковые карты имеют дочерние платы, обеспечивающие 3D-эффект. В последнее время производители применяют более новую технологию трехмерного звучания — SRS (Sound Retrieval System).

Наиболее устойчивой тенденцией совершенствования приводов CD-ROM является повышение скорости вращения диска, так как скорость передачи данных от CD-ROM при неизменной плотности записанных на него данных определяется именно скоростью вращения диска. За единичную скорость принимают скорость передачи данных для аудиокомпакт-дисков равную 150 Кбайт/с. В настоящее время для среднего CD-ROM эта скорость в 40 раз больше (CD-ROM 40´Speed). Помимо приводов CD-ROM, в технологии мультимедиа все чаще используются магнитооптические накопители (МОН) и DVD-диски. В МОН скорость передачи данных приближается к скорости жесткого диска. Емкость носителя МОН также сравнима с емкостью жесткого диска среднего класса, например, для МОН типа SONY SMO-F544 емкость равна 2,6 Гбайт. При этом портативные носители МОН аналогичны дискетам 3,5 и 5,25 дюймов. Поэтому, МОН очень удобно использовать для обработки больших объемов информации, например, при создании обучающих систем, в которых используются фото и видеосюжеты.

Вместе с развитием мультимедийных устройств быстрыми темпами развивается программное обеспечение для мультимедиа. Появление операционных систем Windows 95, Windows 98 и Windows 2000 сделало технологию мультимедиа более доступной для пользователей. Появляются различные программы подготовки и проведения презентаций, создания трехмерных объектов и анимационных приложений, редактирования звука и видеообъектов. Помимо разнообразных компьютерных игр выпускаются различные обучающие программы и энциклопедии.