История развития мультимедийных средств. представление графики, звука, видео в компьютерных системах

     Допустимая  степень сжатия для предсказуемых  кадров превышает возможную для  исходных в 3 раза. В зависимости  от характера видеоизображения, кадры  двунаправленной интерполяции (Bi – directional Interpolated) кодируется одним из четырёх способов: предсказание вперёд, обратное предсказание с компенсацией движения, внутрикадровое предсказание изображения, двунаправленное 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, то 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. 

     7. Звук. 

     Возможна  цифровая запись, редактирование, работа с волновыми формами звуковых данных (WAVE), а также фоновое воспроизведение  цифровой музыки. Предусмотрена работа через порты MIDI. В последнее время  особую популярность получил формат МР3. В его основу положены особенности  человеческого слухового восприятия, отражённые в «псевдоаккустической»  модели. Разработчики MPEG исходили из постулата, что далеко не вся информация, которая  содержится в звуковом сигнале, является полезной и необходимой – большинство  слушателей её не воспринимают. Поэтому  определённая часть данных может  быть сочтена избыточной. Эта «лишняя» информация удаляется без особого  вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень «очистки2 определяется путём 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 MPEG – 1 Layer III со скоростью  потока в 128 Кбайт/сек, занимает в 10 – 12 раз меньше места на винчестере. На 100 – мегабайтной ZIP – дискете  уменьшается около полутора часов  звучания, на компакт – диске  – порядка 10 часов. При кодировании  со скоростью 256 Кбайт/сек на компакт  – диске можно записывать около 6 часов музыки при разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху. 

     8. Текст. 

     В руководстве Microsoft удалено особое внимание средствами ввода и обработки  больших массивов текста. Рекомендуются  различные методы и программы  преобразования текстовых документов между различными форматами хранения, с учётом структуры документов, управляющих  кодов текстовых процессоров  или наборных машин, ссылок, оглавлений, гиперсвязей и т. п. , присущих исходному  документу. Возможна работа и со сканированными текстами, предусмотрено использование  средств оптического распознания  символов.

     В состав пакета разработчика Multimedia Development Kit (MDK) входят инструментальные средства (программы) для подготовки данных мультимедиа BitEdit, WaveEdit, PalEdit, FileWaik, а также MSDK -  библиотеки языка С для работы со структурами данных и устройствами мультимедиа, расширения Windows 3.0 SDK.

     Архитектура Multimedia Windows предусматривает независимость  от устройств и возможности расширения. Верхний системный уровень трансляции, представленный модулем MMsystem, изолирует  пользовательские программы от драйверов  конкретных устройств. В состав MMsystem входят средства Media Control Interface (MCI), которые  управляют видеомагнитофонами, видеодисками, звуковыми компакт – дисками, обеспечивают работу со сканерами, дигитайзерами  и другими устройствами. Для этого  они обращаются к драйверам MCI, обеспечивающими  верхний уровень управления. Драйверы MCI, обработав запрос, обращаются к  устройствам, а также к MEDIAMAN (Media Element Manadger). MEDIAMAN управляет обработчиками  ввода – вывода для растровых  файлов и звуковых WAVE – файлов, MMsystem включает также программы нижнего  уровня – Low Level Function, управляющие драйверами звуковы WAVE устройств, MIDI, джойстиков.

     Необходимые драйверы подключаются на этапе выполнения. Обращение к драйверам основано на принципах посылки сообщений, что упрощает их написание и работу с ними.

     Для представления данных мультимедиа  разработана структура файлов RIFF (Resourse Interchange File Formal), которая должна обеспечить единые правила записи и  воспроизведения данных мультимедиа, обмен данными между приложениями, а в перспективе – и между  разными платформами.

     В целом средства Multimedia Windws спроектированы интерфейсом, хотя и насколько тяжеловесным, лишённым элегантности, лёгкости для  пользователя. В недалёком будущем, с появлением новых инструментальных средств, созданных специально для  этой архитектуры или перенесённой с других платформ, с преодолением барьера разрешения VGA, среда Multimedia Windows будет вполне «truemultimedia» - системой «истинного мультимедиа». Уже появились прикладные программы для этой среды, использующие методы программного сжатия информации и воспроизводящие видео – до 15 кадров/с в небольшом окошке на экране. Microsoft разработал собственные средства программного сжатия, Audio -Video Interiaved (AVI), которые выпустил во второй половине 1992 года.

     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. 

     9. 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.

     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. 

     10. 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.