2.3 Оцифровка звука
Когда звук квантуется на слишком маленькое количество уровней амплитуды, результат воспринимается, как некое искажение, которое иногда называют шумом квантования, поскольку его худшее проявление – это неприятное шипение. Это также приводит к тому, что негромкие фрагменты не слышны, а сам звук становится нечетким (как в мобильном телефоне, когда вы попадаете в область слабого сигнала). Шум квантования хорошо различим тогда, когда звук дискретизируется с помощью 8 бит (256 уровней), а не с помощью 16 бит (65 536 уровней) (рис. 2.8), которые используются для звукозаписи на компакт-дисках.
|
Рис. 2.8 Оцифровка звукового сигнала (Flash-ролик) |
2.4 Требования к аппаратному и программному обеспечению
2.4.1 Аппаратные средства
Для записи звука, видеороликов и большей части изображений необходим большой объем диска и памяти. Кроме того, временные средства должны воспроизводить и записываться в реальном времени, поэтому необходимость в работе с очень большими объемами данных приводит к необходимости в относительно быстрых процессорах и информационных шинах, способных к высокоскоростной передаче. Для сетевого доступа к информационным средствам требуется большая ширина полосы пропускания. Только совсем недавно стали доступны довольно быстродействующие компьютеры с достаточным объемом памяти и большими высокоскоростными дисками, а также связь с помощью широкополосных сетей.
Если обратиться к требованиям, выдвигаемым к аппаратным средствам для мультимедиа, то следует рассматривать два отдельных случая:
требования для потребления мультимедийных средств и
требования для их создания.
С практической точки зрения в случае потребления целесообразнее рассматривать возможности обычного ПК и ограничения, которые накладываются в связи с ними, чем какой-то предполагаемый набор требований для идеального воспроизведения.
Таблица: Характеристики ПК
|
90-е года |
2000-е года |
На сегодня |
Процессор |
Pentium 75 MГц |
Pentium IV 3 ГГц |
Core 2 Duo 3.2 ГГц |
ОП |
8 Мегабайт |
512 Мегабайт |
4Гбайта |
Жесткий диск |
50 Мбайт |
160 Гбайт |
1 Тбайт |
Привод |
4x |
48x |
56x |
Монитор |
14 дюйм |
17 дюйм |
21 дюйм |
В последнее время, наряду с мультимедийным ПК, в употребление входят классы менее мощных устройств. Карманные «персональные цифровые помощники» (PDA – Personal Digital Assistant) (рис. 2.8а) превращаются из простых электронных записных книжек в мощные компьютерные системы. Появляется также новое поколение мобильных телефонов (рис. 2.8б), которыми можно пользоваться для поиска информации в Internet. Это вызов Web-программистам, которым придется создавать такие страницы, которые будут доступны как с помощью мощных ПК, так и с помощью телефонов и PDA. На системном уровне это означает, что мультимедийные структуры должны быть многоуровневыми, и это позволит сделать различные версии продукции непосредственно доступными для устройств с различными возможностями.
|
|
а) |
б) |
Рис. 2.8 а) PDA – Personal Digital Assistant; б) мобильный телефон |
|
Несмотря на то, что требования к аппаратным средствам для производства высококачественной мультимедийной продукции намного выше, чем для ее потребления, огромное количество мультимедийных средств выпускается на высокопроизводительных моделях ПК для Windows XP и на компьютерах Macintosh. Эти системы часто дополняются специальными графическими ускорителями и устройствами ввода для видео- и аудиозаписей.
Наряду с вычислительной мощностью, большими объемами памяти, также необходимы быстрые вспомогательные запоминающие устройства. Для подготовки мультимедийной продукции требуется гораздо большей памяти, чем для завершенного продукта. Например, изображения могут состоять из уровней или отдельных слоев при подготовке к доставке. Каждый уровень занимает приблизительно столько же места, сколько конечное изображение, а дизайнеры часто используют до 100 уровней и больше. Высококачественные звукозаписи могут в действительности занимать очень много места. Степень сжатия, необходимая для доставки в конечный пункт назначения, особенно для видеозаписей или по сети, как правило, приводит к снижению качества, которое недопустимо при производстве, поэтому в ходе всего процесса производства используется менее сжатые, а следовательно, и намного большие, файлы; сильное сжатие применяется только на завершающем этапе.
Производители постоянно увеличивают объем жестких дисков; при необходимости можно использовать сразу несколько жестких дисков. Скорость передачи данных на большие диски и от них является существенным ограничивающим фактором, который выглядит еще серьезнее для цифрового видео, для которого при загрузке желательна скорость передачи данных, превышающая 3.5 Мбайта/с (иногда значительно превышающая до 30 Мбайт/с). Как правило, шины ATA, которые подходят для ПК, могут работать только со скоростями передачи данных, подходящих только для сжатия видеозаписей. Однако более новые стандарты интерфейсов поддерживают более высокие скорости передачи данных: FireWire 400 и FireWire 800 (рис. 2.9.1, 2.9.2) теоретически предлагают скорости до 400 и 800 Мбит/с соответственно (50 и 100 Мбайт/с), USB 2.0 может поддерживать 60 Мбайт/с, тогда как в новых версиях стандарта SCSI данные будут передаваться со скоростью до 160 Мбайт/с. FireWire2 также используется в качестве стандартного интерфейса для связи компьютера с распространенными электронными устройствами, особенно с цифровыми камерами и цифровыми фотоаппаратами.
|
|
Рис. 2.9.1 Кабель Fire Wire/ IEEE1394 6p4p |
Рис. 2.9.2 Fire Wire 800 |
Если соединение с периферийными устройствами осуществляется через одну из быстрых шин SCSI или FireWire, то ограничивающим фактором становится скорость, с которой можно переносить данные с диска или на диск. При современных скоростях дисков один не слишком дорогой диск высокой емкости, подсоединенный через FireWire или Fast SCSI 2 к соответствующему компьютеру, обеспечит адекватное качество воспроизведения мультимедийной продукции. Однако если требуется распределить данные между рабочими станциями, используя для этого центральный сервер и локальную сеть, то понадобится выполнение операций на более высоком уровне. Необходимую скорость передачи может обеспечить оптоволоконный канал или сетевая технология Gigabit Ethernet. Для хранения информации можно пользоваться относительно дорогими высокоскоростными дисками, но очень распространенной альтернативой является матрица RAID (рис. 2.10). “RAID” означает «матрица недорогих дисковых накопителей с избыточностью» (Redundant Array of Inexpensive Disks). И действительно, матрица RAID состоит из набора более дешевых относительно медленных дисков, а улучшение качества выполнения операций достигается путем параллельного считывания или записи данных.
Если говорить точнее RAID предлагает восемь различных уровней, на которых представляются различные степени качества выполнения операций и отказоустойчивости. Основное внимание на большинстве этих уровней уделяется именно последний, чем и объясняется слово «избыточность» в аббревиатуре RAID. Однако на самом низком уровне, RAID 0, предлагается технология «расслоения данных», которая заключается в том, что при записи блока данных в матрицу блок разбивается на отдельные сегменты, которые записываются на отдельные диски. При этом операции записи могут перекрываться одна другой, вследствие чего данные могут записываться в буфер дискового накопителя быстрее, чем их физически можно было передать на любой одиночный диск в матрице. Аналогично могут перекрываться операции чтения. Вся матрица работает, как один быстрый диск большей емкости. RAID 0 не предоставляет никакой защиты от поломок дисков – если выходит из строя один диск, выходит из строя и вся матрица. На более высоких уровнях RAID заложена защита от поломок, для чего в схему записи данных введена избыточность, которая может быть усложнена в большей или меньшей мере. Уровень 1 более сложный: в нем создаются зеркальные копии дисков, что не улучшает качество выполнения операций, а ухудшает его. На более высоких уровнях используются более высокие схемы, но достаточно распространенным является вариант сочетания уровней RAID 0 и RAID 1, в результате чего возможны и расслоение данных, и защита от поломок путем создания зеркальных копий дисков.
RAID (redundant array of independent/inexpensive disks) — избыточный массив независимых дисков. Служит для повышения надёжности хранения данных (RAID 1) и/или для повышения скорости чтения/записи информации (RAID 0).
|
|
2.10 RAID |
|
Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как «Redundant Arrays of Inexpensive Disks» («избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были гораздо дешевле RAM). Именно так был представлен RAID его создателями Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем RAID стали расшифровывать как «Redundant Array of Independent Disks» («избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому, как для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).
Калифорнийский университет в Беркли представил следующие уровни RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:
RAID 0 представлен как неотказоустойчивый дисковый массив.
RAID 1 определён как зеркальный дисковый массив.
RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга3.
RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей.
RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей