Мультимедиа технологии

Операционная среда Microsoft Windows 3.1, которая поставляется с мультимедиа  системами, интегрирует многие свойства Multimedia Windows, обеспечивает стандартно поддержку CD - ROM плееров. В1992-93ггконсорциум  MPC переориентировался на мультимедиа – системы,  построенные на базе персональных компьютеров IBM PC AT  486 со скоростным CD – ROM (MPC Level 2). Основное требование к мультимедиа системе, удовлетворяющей второму уровню – способность воспроизводить цифровой видеофильм в окне размером 320*40 точек со скоростью 15 кадров/с, а также наличие видеоадаптера обеспечивающего не менее 65000 цветовых оттенков.

3.3. Аппаратные средства  мультимедиа

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 оборудования, отвечающие за звук объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты.

3.3.1. Звуковые  карты

Для звуковых карт IBM совместимых  компьютеров прослеживаются следующие  тенденции:

1. Для воспроизведения  звука вместо частотной модуляции  (FM) теперь всё 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 остальные, то есть восстановить их полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты. Фирмы производители звуковых карт добавляют WTсинтез двумя способами: встраивают на звуковую карту в виде микросхем, либо реализуют в виде дочерней платы. Во втором случае звуковая карта дешевле, но суммарная стоимость основной и дочерней платы выше.

2. Совместимость звуковых  карт. За сравнительнуо не долгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов де-факто на звуковые карты. Так почти все звуковые карты, предназначены 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. Совместные звуковые  карты оснащены таким компонентом,  как сигнальный процессор DSP (Digital Signal Processor). Распознание речи, трёхмерное  звучание, WTсинтез, сжатие и декомпрессия аудиосигналов – всё это входит в сферу действия данного устройства. Тем не менее, не столь велико количество звуковых карт, оснащённых DSP. Причиной этому является то, что такое достаточно мощное устройство может быть использовано только при решении строго определённых задач. На сегодняшний день один из самых известных производителей мощных DSP является фирма Texas Instruments. Стоит отметить, что в силу своей дороговизны DSP устройство устанавливается исключительно на профессиональных музыкальных картах.

4. Основной проблемой  встроенных устройств обработки  звука является ограниченность  системных ресурсов IBM PC совместимых  компьютеров. Потенциально корень  проблемы кроется в возможности  конфликтов по каналам прямого  доступа к памяти (DMA). Примером плат со встроенным звуком можно представить системную плату OPTi 495 SLC, в которой используется 16 – разрядный звуковой стереокодек AD 1848 фирмы ANALOG DEVICES.

5. Фирмы производители,  стремясь к более естественному  воспроизведению звука, используют технологии объёмного или трёхмерного звучания. Объёмность звучания в наши дни представляет собой самое модное направление в области воспроизведения звука. Последнее придаёт большую глубину ограниченного поля воспроизведения, которое присуще небольшим, находящимся на близком расстоянии колонкам.

6. Практически все  звуковые карты имеют встроенные  интерфейсы для подключения приводов CD-ROM. В основном используются  приводы трёх фирм – SONY, PANASONIC и Mitsumi. Также появились карты  и приводы, которые поддерживают стандартный интерфейс ATA (IDE). Последний используется для компьютеров с винчестером.

7. Использование на  картах режима Dual DMA, что означает  двойной, прямой доступ к памяти. Реализовать одновременно запись  и воспроизведение можно с помощью двух каналов  DMA.

8. Происходит устойчивое  внедрение звуковых технологий  в телекоммуникации. В 90% случаев  звуковые карты приобретаются  для игр. В оставшемся –  для речевого сопровождения программ  мультимедиа. В этом случае  потребительские качества зависят от цифро-аналогового преобразователя и от усилителя звуковой частоты. Не менее важным представляется совместимость со стандартом Sound Blaster. Далеко не все программы способны обеспечить поддержку менее распространённых стандартов.

Наборы звуковых карт, как правило, состоят из драйвера, утилиты, программы записи и воспроизведения звука, а также средства для подготовки и произведения презентаций, энциклопедий, игр.

3.3.2. Видеокарты

На IBM PC совместимых компьютерах, для работы с видеосигналами, используется огромное количество устройств. Эти устройства можно классифицировать следующим образом: MPEG – плееры устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cupture play), фреймграбберы (Framegrabbfer),TV – тюнеры, преобразователи сигналовVGA TV.

MPEG – плееры. В функции данных устройств входит воспроизведение фильмов, записанных на компакт – дисках, качеством VNS при скорости потока сжатой информации, не превышающей обычно 150 Кбайт/с. Определение для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: Intra, Preicted и Bidirectional можно считать основной сложностью задачи, решаемой MPEG кодером. Плата Reel Magic была первым MPEG – плеером. Созданием её в 1993 году явилась компания Sigina Desing.

Появившиеся около шести лет назад, эти устройства, объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов. Фрейм грабберы позволяют дискретизировать видеосигнал, сохраняя при этом отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск. Также они способны выводить их и непосредственно в окно на мониторе компьютера. Содержимое буфера обновляется с частотой смены кадров примерно каждые 40 мс. Вывод видеосигналов происходит в режиме наложения (overbi). Карта фреймграббера соединена с графическим адаптером через 26 контактный Feature коннектор с целью вывода на экране монитора окна с «живым» видео. С ним обычно поставляется пакет Video fjr Windows, в функции которого входит вывод картинки размером 240*160 пикселов при воспроизведении 256 цветов и больше. Первые устройства подобного рода – Video Blaster Video Spigot.

TV тюнеры. По своему внешнему виду эти устройства напоминают карту или бокс (небольшую коробочку). Они выполняют задачу преобразования аналогового видеосигнала, который поступает по сети кабельного телевидения или от антенны, видеомагнитофона или камкодера (camcoder). TV – тюнеры могут входить в состав таких устройств, как MPEG – плееры или фреймграбберы.

Некоторые из них содержат встроенные микросхемы для преобразователя звука. Ряд тюнеров выполняют функцию вывода телетекста.

Преобразователи VGA-TV. Основной задачей преобразователей является трансляция сигнала в цифровом образе VGA изображения в аналоговый сигнал, пригодный для ввода на телевизионный приёмник. Как правило, производителям предлагаются подобные устройства, выполненные в одном из двух вариантов: либо как внутренние ISA карта либо как внешний блок.

Примером использования  преобразователей может служить  наложение видеосигналов при  создании титров. В этом случае осуществляется полная синхронизация преобразованного компьютерного сигнала. При наложении формируется специальный ключевой (key) сигнал трёх видов: lumakey, chromakey, alpha chenol.

1. При формировании  сигнала lumakey наложение производится  там, где яркость Y превышает заданного уровня.

2. В случае с chromakey накладывание изображения прозрачно  только там, где его цвет  совпадает с заданным.

3. Альфа канал (alpha chenol) используют в профессиональном  оборудовании, которое основано  на формировании специального сигнала с простым распределением, определяющим степень смещения видеоизображения в различных точках.

3.3.3. Лазерные  диски, CD-ROM

Огромную популярность в последнее время приобрели  устройства для чтения компакт –  дисков CD-ROM. Многие специалисты связывают этот факт с ростом объёмов и сложности программного обеспечения и широким внедрением мультимедиа приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст, звук. CD – приводы и сами диски доступны по цене, достаточно надёжны и могут хранить весьма большие объёмы информации (до 800 Мбайт). Вследствие этого они очень удобны для поставки программ и данных большого объёма (каталогов, энциклопедий, а также обучающих, демонстрационных и игровых программ). На сегодняшний день многие программы полностью или частично поставляются на CD – дисках.

Компакт – диски прочно вошли на рынок компьютерных устройств, несмотря на то, что изначально они  были разработаны для любителей  высококачественного звучания. В 1982 году оптические компакт – диски  пришли на смену виниловым. Было принято решение рассчитать стандарт на 74 минуты звучания «RED BOOK», что в пересчёте на байты составляет 640 Мбайт. Говоря о скорости воспроизведения, стоит отметить, что первые приводы имели единичную скорость (Single speed) равную 150 Кбайт/с. В 1992 году появились модели накопителей с удвоенной скоростью. Приводы со скоростью, увеличенной в три – четыре раза были выброшены на рынок в начале 1994 года. Сегодня речь идёт о скорости в шесть и даже восемь раз превышающей первоначальную. Коэффициент увеличения скорости не обязательно целочисленный.

Говоря о принципах  действия CD – дисков, стоит начать с того, что информация на компьютерных компакт – дисках кодируется посредством  чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. Подобный принцип применяется и в компакт – дисках, применяемых в бытовых CD – плеерах. Эта подложка выполняется из алюминия, а неотражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресс - формой при промышленном производстве компакт – дисков. Существуют также и единичные изделия, когда подложка выполняется из золота, а нанесение информации на неё осуществляется лучом лазера. И в том, и в другом случае информация, занесённая на компакт – диск, защищена от повреждений благодаря прозрачному покрытию, которое находится сверху от подложки.

Несмотря на то, что  по внешним признакам и свойствам  компьютерные и бытовые CD – диски  мало чем отличаются друг от друга, является очевидной разница в  ценах на данные носители. Это объясняется гораздо более высокой степенью надёжности, с которой должно выполнятся чтение программ и компьютерных данных по сравнению с обычным воспроизведением музыки. При чтении используемых в компьютере компакт – дисков необходимо использование луча лазера небольшой мощности. Применение этой технологии позволяет записывать на компакт – диски очень большой объём информации (650 – 800 Мбайт) и обеспечивает высокую надёжность информации. Тем не менее, скорость чтения данных гораздо выше с жёстких дисков, чем с компакт – дисков. Частично это объясняется тем, что компакт – диски вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость отхождения информации под читающей головкой. Стандартная скорость чтения данных с компакт – дисков всего 150 – 200 Кбайт/с, а время доступа 0,4 с. Впрочем, как было замечено ранее, в последнее время выпускаются в основном устройства с двойной, тройной и даже четверной скоростью вращения. Соответственно они обладают и более высокими скоростными показателями: время доступа 0,2 – 0,3 с , скорость считывания 500 Кбайт/с. Тем не менее устройства с тройной скоростью в реальных задачах способны ускорять работу с компакт – диском не в полтора и не в два раза по сравнению с устройством с двойной скоростью, а только на 30 – 60%.

Заключение

По сообщениям информационного  агентства CIA глобальная технологическая революция намечена на ближайшие 15 лет. Её фундаментом станут био-, нано- и информационные технологии (в том числе и технологии мультимедиа). В промышленности начнут применяться качественно новые технологические решения. Быстрое прототипирование на базе развитых мультимедийных САПР позволит в сжатые сроки создавать и анализировать модели будущих товаров и устройств (например, автомобилей) без длительного цикла проектирования. Максимально индивидуализируется процесс обслуживания клиентов.

Перспективы нанотехнологий (сборка нанороботами произвольных объектов из любых подручных материалов –  земли, песка) выглядят еще более  заманчивыми, но менее определенными. Наиболее вероятно появление разработанных с помощью нанотехнологий высокопроизводительных процессоров и компьютерных устройств хранения данных и создания единичных пробных версий квантовых компьютеров, что в свою очередь повлечет за собой выход технологий мультимедиа на невиданный уровень.

Технология самосборки даст возможность выпускать товар  из материалов, меняющих внутреннюю структуру  на молекулярном уровне в зависимости  от свойств окружающей среды и  подстраивающихся на атомном уровне под условия использования. На их основе будут разработаны интеллектуальные здания и одежда, многофункциональные продукты, системы виртуальной реальности.