Аппаратные и программные средства мультимедиа-технологий

Аппаратные средства

С начала 90-х годов средства мультимедиа развивались и совершенствовались, став к началу XXI века основой новых продуктов и услуг, таких как электронные книги и газеты, новые технологии обучения, видеоконференции, средства графического дизайна, голосовой и видеопочты.Применение средств мультимедиа в компьютерных приложениях стало возможным благодаря прогрессу в разработке и производстве новых микропроцессоров и систем хранения данных.

Но для построения мультимедиа-системы необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио- и видеосигналов 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.

Состав аппаратного обеспечения мультимедиа-компьютера предполагает:

· Средства звукозаписи и звуковоспроизведения;

· Манипуляторы;

· Средства «виртуальной реальности»;

· Носители информации;

· Средства обработки изображения.

Средства звукозаписи и звуковоспроизведения

С течением времени перечень задач, выполняемых на персональных компьютерах, вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа-презентаций, проведение видеоконференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD - для всего этого необходимо, чтобы звук стал неотъемлемой частью компьютера. Для этого необходима звуковая карта.

Для звуковых карт IBM-совместимых компьютеров прослеживаются следующие тенденции:

1.Для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable или WT) синтез; сигнал, полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FM синтезе. 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), либо программно загружаются в оперативную память (RAM) звуковой карты.

Фирмы-производители звуковых карт добавляют WT синтез двумя способами: либо встраивая на звуковую карту в виде микросхем, либо реализуя в виде дочерней платы.

2. Совместимость звуковых карт. За сравнительно недолгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов 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.

3. Стремление к более естественному воспроизведению звука привело к использованию технологии объемного или трехмерного (3D) звучания. Применение этих эффектов позволяет расширить стереопространство, что в свою очередь придает большую глубину ограниченному полю воспроизведения, присущему небольшим близко расположенным друг к другу колонкам.

4. Подключение приводов CD и DVD-ROM. Практически все звуковые карты имеют встроенные интерфейсы для подключения CD и DVD-ROM приводов. Появились карты и приводы, поддерживающие стандартный интерфейс ATA(IDE).

5. На современных звуковых картах используется режим DualDMA, то есть двойной прямой доступ к памяти. С помощью двух каналов DMA можно реализовать одновременно запись и воспроизведение [7].

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

Современные звуковые средства мультимедиа дают качество стереозвука, удовлетворяющее самым придирчивым требованиям HiFi (высокая верность воспроизведения). Современные платы синтеза звука способны синтезировать звучание одновременно 20 и более музыкальных инструментов, создавая при этом множество специальных звуковых эффектов - плавное изменение громкости каждого инструмента, вибрацию звуков, их модуляцию по частоте и т.д.

Манипуляторы

Простым, удобным и популярным средством для управления компьютером является мышь. Разнообразные применения мыши основаны на преобразовании направления и скорости перемещения кисти руки в управляющие сигналы. Шаровой манипулятор выполняет ту же работу, что и мышь. Да и внешне он выглядит как механическая компьютерная мышь, перевёрнутая на спину. Шарик, по которому ездит мышь и который находится у неё внизу, у манипулятора расположен на виду – сверху. Он вмонтирован обычно в корпус компьютера или в клавиатуру. Для управления компьютером этот шарик вращают в разных направлениях пальцами. Рядом с шариком размещены клавиши манипулятора. Манипулятор более точен, чем мышь, поскольку шарик в нём крупнее, да и вращают его более чувствительными пальцами, а не грубой кистью.

В некоторых случаях для управления перемещением объекта по экрану удобно пользоваться специальной ручкой – джойстиком. Простейший джойстик по принципам действия похож на клавиши. И возможности его близки к возможностям клавиатуры. Более интересные возможности открывает джойстик с пропорциональным управлением, при котором скорость перемещения рукоятки джойстика пропорциональна скорости перемещения. Современные джойстики делят на пять конструктивных вариантов. Они могут быть выполнены в виде самолётной ручки управления или штурвала, а также бывают кнопочными, настольными и комбинированными.

Средства «виртуальной реальности»

· Очки виртуальной реальности. Принцип их действия заключается в следующем. На экран выводится изображение для одного глаза в тот момент, когда очки затемняют другой. И, поочередно показывая для каждого глаза свое изображение, очки создают иллюзию трехмерности изображения на экране. Такой тип очков наиболее распространен и прилагается к некоторым видеокартам.

· Виртуальные бинокли. Эти приспособления уже не просто затемняют поочередно глаза, а сами выводят изображения для каждого глаза. Основа биноклей - активные LCD-матрицы с углом обзора 30-60 градусов.

· VR-шлем (Head-Mounted-Display, HMD). Этот тип устройств наиболее распространен и известен. Принцип действия такой же, как и у биноклей: фиксирование изображения для каждого глаза.

· 3D панели. Эти устройства можно сравнить с VR-очками, но с тем отличием, что они одеваются на монитор. При использовании 3D панелей изображение на обычном мониторе обретает глубину, единственное ограничение: диагональ дисплея должна быть 17 или 21 дюйм.

· VR-перчатки. Отслеживать движения пальцев им помогает сложная система эластичных световодов и пара десятков датчиков. Как только палец начинает сгибаться, световод сужает просвет, а датчики улавливают падение интенсивности света на каком-либо участке. Адекватно этим изменениям ведет себя кисть в виртуальном пространстве. Естественно, эта технология разработана больше для научных исследований, нежели для игр [8].

Технологии виртуальной реальности сегодня очень быстро развиваются. Сама ВР применяется во многих сферах жизни. Роботы, которыми управляет человек из виртуальной реальности, выполняют опасную или тонкую работу. Для создания игр широко применяется технология Motion Capture, позволяющая «снять» движения с человека и присвоить их трехмерной модели. Та же технология используется и при оживлении рисованных персонажей в голливудских фильмах.

Носители информации

В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением мультимедиа-приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компакт-дисков CD-ROM и DVD-ROM. Эти устройства и сами диски надежны и могут хранить весьма большие объемы информации, поэтому они очень удобны для поставки программ и данных большего объема, например, каталогов, энциклопедий, а также обучающихся, демонстрационных и игровых программ.

Информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве компакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной прессформой либо лучом лазера. В любом случае сверху от подложки на компакт-диске находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компакт-диск информацию от повреждений [7].

Чтение используемых в компьютере компакт-дисков осуществляется в дисководе СD или DVD ROM с помощью луча лазера небольшой мощности. Использование такой технологии позволяет записывать на компакт-диски очень большой объем информации (700 Мбайт для CD и 4,7 Гб для DVD) и обеспечивает высокую надежность информации. На передней панели дисковода обычно имеется кнопка Eject для выброса или плавного выдвижения поддона, индикатор Busy (занято), гнездо для подключения стереотелефонов и регулятор громкости, используемый при проигрывании звуковых дисков.

Средства обработки изображения

При смешении сигналов основные проблемы возникают с видео–изображением. 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.

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).

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.

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 до 512 Мбайт и специальные графические 3D-ускорители. Это позволяет получать до 100 кадров в секунду и обеспечить вывод подвижных полноэкранных изображений.

Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на IBM-совместимых компьютерах. Условно их можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cupture play), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGA-TV и др [6].

TV-тюнеры 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 MPEG-плейеры или фреймграбберы. Фрэймграбберы объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов, которые позволяют разбивать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера. Преобразователи VGA TV транслируют сигнал в цифровом образе VGA изображения в аналоговый сигнал, пригодный для вывода на телевизионный приемник.

Программные средства

Существует большое множество программных средств для разработки мультимедийных приложений. Их можно разделить на несколько категорий:

1. Средства создания и обработки изображения;

2. Средства создания и обработки анимации, 2D, 3D – графики;

3. Средства создания и обработки видеоизображения (видеомонтаж, 3D-титры);

4. Средства создания и обработки звука;

5. Средства создания презентации.

Все программные средства рассматриваются более подробно в практической части работы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: