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), и включающего интерактивный интерфейс и другие механизмы управления.
Термин мультимедиа происходит от англ, multi – много, и media – среда.
Мультимедиа - это интерактивная технология, обеспечивающая работу с неподвижными изображениями, видеоизображением, анимацией, текстом и звуковым рядом.
Появлению систем мультимедиа способствовал технический прогресс: возросла оперативная и внешняя память ЭВМ, появились широкие графические возможности ЭВМ, увеличилось качество видеотехники, появились лазерные компакт-диски и др.
Стив Джобе в 1988 г. создал принципиально новый тип персонального компьютера - NeXT, у которого базовые средства систем мультимедиа заложены в архитектуру, аппаратные и программные средства. Были применены новые мощные центральные процессоры 68030 и 68040, процессор обработки сигналов DSP, который обеспечивал обработку звуков, изображений, синтез и распознавание речи, сжатие изображения, работу с цветом. Объем оперативной памяти равнялся 32 Мбайтам, использовались стираемые оптические диски, стандартно встроенные сетевые контроллеры, которые позволяют подключаться в сеть, обеспечены методы сжатия, развертки и т.д. Объем памяти винчестера - 105 Мбайт и 1,4 Гбайт [32].
Технология работы с NeXT - это новый шаг в общении человека с машиной. До сих пор работали с интерфейсом WIMP (окно, образ, меню, указатель). NeXT дает возможность работать с интерфейсом SILK (речь, образ, язык, знания). В состав NeXT входит система электронной мультимедиа почты, позволяющая обмениваться сообщениями типа речи, текста, графической информации и т.д.
Область использования мультимедийных технологий чрезвычайно широка, она охватывает науку и технику, образование, культуру, бизнес, а также применяется в среде обслуживания при создании электронных гидов с погружением в реальную среду, мультитеках, медицине, искусстве и т.д.
Самое широкое применение технология мультимедиа получила в сфере образования. Созданы видеоэнциклопедии по многим школьным предметам, музеям, городам, маршрутам путешествий. Их число продолжает расти. Созданы игровые ситуационные тренажеры, что сокращает время обучения. Тем самым игровой процесс сливается с обучением, в результате мы имеем «театр обучения», а обучаемый реализует творческое самовыражение. Идет создание базы знаний, в которой сконструированы «живые» миры. Посредством сети ЭВМ эти базы доступны любому члену человеческого общества. Создается также диалоговое кино, где потребитель может управлять ходом зрелища с клавиатуры дисплея посредством реплик, если к компьютеру подключена плата распознавания речи. Видеоигры дают инструмент манипулирования общественным сознанием (негативом здесь является культ насилия). Технология мультимедиа создает предпосылки для развития «домашней индустрии», что приводит к сокращению производственных площадей, увеличивает производительность труда. Особенные перспективы открывает Multimedia для дистанционного обучения.
Появление систем мультимедиа подготовлено как требованиями практики, так и развитием теории. Однако, резкий рывок в этом направлении, произошедший за последние несколько лет, обеспечен, прежде всего, развитием технических и системных средств. Это и прогресс в развитии ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графические возможности, характеристики внешней памяти, и достижения в области видеотехники, лазерных дисков, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграла также разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных.
Стандарт МРС (точнее, средства пакета программ Multimedia Windows – операционной среды для создания и воспроизведения мультимедиа-информации) обеспечивают работу с различными типами данных мультимедиа.
Мультимедиа-информация содержит не только традиционные статические элементы: текст, графику, но и динамические: видео-, аудио- и анимационные последовательности.
Статические графические изображения могут быть представлены с помощью векторной графики и растровых картинок. 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 воспринимается, 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. Используется преимущество трех обобщенных свойств графических данных: избыточности, предсказуемости и необязательности. Схема сжатия, которая использует избыточность, говорит: «Здесь три идентичных желтых пикселя», вместо: «Вот желтый пиксель, вот еще один желтый пиксель, вот следующий желтый пиксель». Кодирование по алгоритму Хаффмана и арифметическое кодирование, основанные на статистической модели, используют предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселей. Наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирования 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.
Сетевую графику можно представить форматом файлов GIF (Graphics Interchange Format). 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 пикселей 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 такую особенность алгоритма сжатия. Степень сжатия графической информации в GIF зависит не только от уровня ее повторяемости и предсказуемости (однотонное изображение имеет меньший размер, чем беспорядочно «за-шумленное»), но и от направления, т.к. сканирование рисунка производится построчно [12].
Сейчас, когда сфера применения персональных компьютеров все расширяется, с помощью MPEG-сжатия объем видеоинформации можно заметно уменьшить без заметной деградации изображения.
MPEG – это аббревиатура от Moving Picture Experts Group. 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. Ее задача – разработка единых норм кодирования аудио- и видеосигналов. Стандарты MPEG 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 MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны:
- MPEG-1 предназначен для записи синхронизированных видеоизображения и звукового сопровождения на CD-ROM с учетом максимальной скорости считывания около 1,5 Мбит/с.
- MPEG-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.
- MPEG-3 предназначался для использования в системах телевидения высокой четкости (ffigh-Defenition Television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается.
- MPEG-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.
В мире видео созданный еще в конце 80-х годов формат MPEG-1, использовавшийся в VideoCD, в эпоху DVD уступил место более качественному MPEG-2, а новый стандарт MPEG-4, представленный фирмой Microsoft в 1999 году, и его модификация DivX позволили размещать видеофильм хорошего качества на обычном компакт-диске; таким образом, проблема хранения небольшой фильмотеки на обычном домашнем компьютере практически разрешена.
Фильмы, записанные в формате MPEG-4, уже успели завоевать заслуженную популярность среди широкой аудитории пользователей ПК. Такие фильмы по качеству изображения могут успешно конкурировать с видеокассетами.
Годом рождения DVD-видеодисков можно считать 1994. Первоначально DVD означал сокращение от Digital Video Disc (цифровой видеодиск), позже он стал означать Digital Versatile (многофункциональный) Disc. В 1996 году были опубликованы спецификации DVD-ROM- и DVD-видеофор-матов (версия 1.0), а в конце 1996 в Японии были проданы первые DVD-плейеры.
Внешне DVD-диск напоминает CD. Действительно, оба являются оптическими дисками диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Аналогичны они и по принципам записи цифровой информации.
Главное преимущество DVD-дисков над CD – более высокая информационная емкость.
Емкость DVD-диска – 4,7-17 ГБ (1 гигабайт (ГБ) = 109 байт), по сравнению с CD-диском – 0,68 ГБ.
Для прослушивания программ Интернет-радио, скачивания аудиофайлов из Сети, записи мультимедийных файлов на внешние устройства, просмотра фильмов можно использовать средство для поиска и воспроизведения аудио- и видеопрограмм - Проигрыватель Windows Media (рис. 15).
Рис. 15. Проигрыватель Windows Media для Windows XP
В последнее время особую популярность получил формат представления аудиоинформации МРЗ. Разработчики 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.
Созданный в 1995 году формат аудиокомпрессии МРЗ позволил сократить объем звуковой информации в десятки раз. За форматом МРЗ последовали другие алгоритмы сжатия – WMA, Liquid Audio, VQF и другие, поэтому компьютерный звук сегодня превратился в самый обычный вид информации наряду с текстами, электронными таблицами, базами данных и изображениями.
Одним из популярных МРЗ/МР2 аудиоплейеров в настоящее время является WinAMP (рис. 16).
Рис. 16. Интерфейс плейера WinAMP
Еще одна быстро развивающаяся, совершенно уже фантастическая для нас область применения компьютеров, в которой важную роль играет технология мультимедиа, – это системы виртуальной, или альтернативной, реальности, а также близкие к ним системы «телеприсутствия». О помощью специального оборудования – системы с двумя; миниатюрными стереодисплеями, квадранаушниками, специальных сенсорных перчаток и даже костюма – вы можете «войти» в сгенерированный или смоделированный компьютером мир (а не заглянуть в него через плоское окошко дисплея), повернув голову, посмотреть налево или направо, пройти дальше, протянуть руку вперед и увидеть ее в этом виртуальном мире; можно далее взять какой-либо виртуальный предмет (почувствовав при этом его тяжесть) и переставить в другое место; можно таким образом строить, создавать этот мир изнутри.
Бурно развивающееся направление – мультимедиа в телекоммуникациях. Многие крупные фирмы активно ведут разработки коммуникаций на основе волоконно-оптических сетей стандарта ISDN. Слектр предлагаемых применений весьма широк – от заказа товара по мультимедиа-каталогу и просмотра заказной телепередачи до выбора нужной книги и участия в мультимедиа-телеконференции.
Следует отметить, что технология мультимедиа создала предпосылки для удовлетворения растущих потребностей общества: позволила заменить техноцентрический подход (планирование индустрии зависит от прогноза возможных технологий) на антропоцентрический подход (индустрия управляется рынком), дает возможность динамически отслеживать индивидуальные запросы мирового рынка, что отражается в тенденции перехода к мелкосерийному производству. Феномен мультимедиа демократизирует научное, художественное и производственное творчество. Именно авторские технологии обеспечили процесс информатизации общества.
