Учебное пособие 1525

Вданном учебном пособии излагаются физические основы природы света, звука, восприятия информации человеком. Описываются способы и форматы представления информации

вЭВМ, технологии оцифровки изображений и звука.

Впервой части данной книги рассказывается об основах технологии мультимедиа – это поможет восприятию материала

впоследующих частях.

пять динамиков.

Системы, рассчитанные на технологию Dolby, стоят довольно дорого, но есть и другие, более дешевые пути создания трехмерного звука. Существуют три альтернативные технологии, в соответствии с которыми в определенных частях звукового спектра используются сдвиг частоты и временная задержка, что создает иллюзию пространственного звучания. Наиболее ярко такой эффект, как, например, приближение ракеты сзади, создает технология QSound. Однако музыкальный материал и мультимедиа-программы должны быть построены соответствующим образом.

Список литературы

1.Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании. - М.:Школа-Пресс,1994

2.Фролов М. Мультимедиа в примерах. - СПб.:BHV- Санкт-Петербург, 1997

3.Березин С. Internet у вас дома. - СПб.:BHV-Санкт- Петербург,1997

Введение

Вещество и энергия - это две важнейших сущности нашего мира, два важнейших его слагаемых. Но есть еще нечто столь же значительное и не менее важное для существования растений, животных, человека и человеческого общества в целом. Эта третья важнейшая сущность нашего мира - информация.

Информация - это не только сведения из книги, газетной заметки или передачи новостей, но и сведения, которые хранятся в рельефе ключа, в структуре сложной биологической молекулы, в радиосигналах, передаваемых на космический корабль. Информация в рельефе ключа позволяет открыть с его помощью определенный замок; информация в радиосигналах с Земли включает двигатель на космическом корабле и переводит корабль на другую орбиту; информация, запечатленная в структуре биологической молекулы, позволяет живой клетке производить определенные белки для новых тканей или для уничтожения попавших в организм микробов.

Информатика изучает методы представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью электронно-вычислительных машин.

ЭВМ может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в цифровую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например, "наложить" друг на друга звуки от разных источников. После этого результат можно преобразовать обратно в звуковую форму.

Себестоимость изготовления лазерных дисков стала менее 1$. При этом дисководы принципиально аналогичны выпускающимся лазерным проигрывателям компакт-дисков. Скорость поиска и считывания у современных дисководов CDROM сравнима со скоростью поиска и считывания с накопителей на жестких дисках среднего уровня. Записывающие дисководы для компакт-дисков по стоимости сравнимы со стоимостью накопителей на жестких дисках.

В настоящее время появились диски DVD, объем информации на которых на порядок превосходит объем информации, записываемый на компакт-диски CD-ROM.

Цифровой способ записи, применяемый на компактдисках CD-ROM, позволяет записывать на них и воспроизводить с одного и того же носителя совершенно различную информацию — буквенно-цифровую, звуковую (музыка, речь), графическую, а также цветные неподвижные и подвижные изображения. Развитие интерактивных компьютерных систем обеспечивает работу со всеми этими видами информации в диалоговом режиме. Такие системы называются латинским словом мультимедиа (multimedia), т.е. системы со многими средами, со многими видами информации.

Таким образом, под термином «мультимедиа» в настоящее время понимают современную компьютерную информационную технологию, позволяющую объединять в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графические изображения и анимацию (мультипликацию).

Рост интереса к технологии мультимедиа обусловлен рядом причин, среди которых следует отметить следующие:

появление мощных и доступных компьютеров, способных поддерживать графический интерфейс с пользователем, а также функционирование модулей захвата и воспроизведения звука и движущегося видеоизображения;

Платы с таблицами волн различаются по качеству образцов звучания и эффективности их модулирования. Например, для перевода звукового образца в звучание валторны требуется сложная обработка сигнала, чтобы получился эффект придыхания при тихом выдувании или резкий медный эффект громкого выдувания. Некоторые платы с синтезом по таблице волн плохо справляются со всеми этими сложностями и производят звучание, напоминающее скорее автомобильный клаксон, нежели медные инструменты. Специальный процессор выполняет соответствующие операции над образцами сигнала.

Если возникает необходимость изменить звучание инструмента или изобрести собственные эффекты, можно загрузить в память платы свои собственные образцы звучания. Образцы звучания, имеющиеся на плате, хранятся в ПЗУ, поэтому возникает необходимость в дополнительных модулях памяти для хранения всех нужных звуковых образцов.

Синтез на основе таблицы волн дает наиболее правдоподобное воспроизведение звука от всех источников. Однако не во всех случаях это так. Тип синтезатора на звуковых платах не оказывает влияния на WAV-файлы, потому что они являются непосредственными цифровыми звукозаписями. Синтез на основе таблиц волн и ЧМ-синтез применяются только для работы с MIDI и для звукового сопровождения компьютерных игр, программы которых содержат команды управления синтезатором.

Важной характеристикой карты является наличие и свойства MIDI-интерфейса. Что такое MIDI? Музыкантам требуются специальные приспособления, чтобы они могли возиться с компьютером. Большой размер файлов не позволяет им так просто записывать свою музыку на жесткий диск. Одна минута легкой музыки может съесть до десяти мегабайтов дискового пространства. А если барабанное соло имеет слишком длинную партию…

Поэтому один умный музыкант изобрел MIDI — Musical Instrument Digital Interface (цифровой интерфейс музыкальных инструментов). MIDI — это сложное название простой концепции. Вместо того чтобы компьютер записывал реальный звук, музыканты используют его для записи действий своих пальцев: какая нота звучит, в какое время, в какой последовательности и как долго.

MIDI-файл — это результирующий список музыкальных нот, выстроенных в определенном порядке. Это нечто вроде компьютеризированных нотных партитур, но ваш компьютер воспроизведет звук, а не действия ваших пальцев.

Когда звуковая плата читает MIDI-файл, она воспроизводит каждую ноту с нужной громкостью и в нужном порядке.

Поскольку MIDI — это компьютерно-ориентированный

одни и те же MIDI-файлы

звучат по-разному на разных платах.

В некоторых новейших пакетах ПО, а также в видео компакт-дисках имеются звуковые дорожки, реализующие эффект окружающего звучания. Для воспроизведения таких эффектов требуется декодер/усилитель системы Dolby и четыре-пять динамиков.

1.Введение в технологии мультимедиа.

1.1 Новые технологии.

Новые технологии часто входят в нашу жизнь совершенно неожиданно. Сначала мы читаем о них статьи, и наша первая реакция такова: «…не в этой жизни». Проходит какое-то время, и мы вдруг понимаем, что уже активно пользуемся этими новыми техническими достижениями, более того, уже не представляем себе жизни без них. Так было с видео, так пришли к нам локальные сети, Интернет. Все то, что обозначается общим понятием «мультимедиа», в этом отношении тоже не исключение. Разница только в том, что мы еще не осознали, насколько значительную роль в нашей жизни играет мультимедиа. В начале 90-х годов казалось, что это нечто «узкоспециализированное», и оно не получит широкого распространения. Но успех мультимедиа оказался просто взрывным.

Понятие «мультимедиа» настолько широко и расплывчато, что в него можно включить огромный спектр программного и аппаратного обеспечения от 8-битной звуковой платы и накопителя на компакт-дисках до профессиональных программ и компьютеров, используемых при создании специальных киноэффектов и даже целых «компьютерных» фильмов.

Бурное развитие лазерной информационной технологии и, прежде всего, лазерных компакт-дисков привело к появлению новых компьютерных систем и направлений в создании носителей информации. Возможность записи на маленьком компакт-диске массой всего 15 грамм и диаметром 12 см большого количества информации — около 640 Мб (эквивалентный 275 томам энциклопедии по 1000 страниц в каждой) привело к качественным изменениям в построении информационно-поисковых систем, внедрении компьютерных процессов обучения, создании тренажеров и т.п.

работу в реальном времени, поскольку в отличие от текста и графики, статических по своей природе, аудио и видеосигналы рассматриваются только в реальном масштабе времени. Для компьютерной обработки и воспроизведения видео- и аудиоинформации требуется увеличение примерно на два порядка быстродействия центрального процессора, пропускной способности шин передачи данных, объема оперативной и видеопамяти, внешней памяти большой емкости (массовой памяти) и скорости обмена по каналам ввода/вывода компьютера;

новый уровень интерактивного общения «человек — компьютер», когда в процессе диалога пользователь получает более обширную и разностороннюю информацию, что способствует улучшению условий обучения, работы или отдыха.

Появление возможности компьютерной обработки звука и изображений к ставшей сегодня уже привычной обработке текстов и математических формул, несомненно, повлияет на всю человеческую деятельность. Технология мультимедиа имеет два основных аспекта: аппаратный и информационный (программно-информационный)

Аппаратная часть технологии мультимедиа представляется как стандартными средствами (графическими адаптерами, мониторами, дисководами и т.д.), так и специальными средствами (видеоплатами, звуковыми картами и приводами CD-ROM). Информационная часть технологии мультимедиа включает прикладные мультимедийные программы (приложения), предоставляющие пользователям информацию об интересующих их объектах в том или ином виде, а также технологические средства, используемые для создания приложений (специальные графические и текстовые редакторы, редакторы видео изображений, средства для создания и

использовать высококачественный внешний усилитель или активные колонки.

В звуковых платах, рассчитанных на профессиональное применение, иногда также имеются разъемы для подключения цифровых магнитофонов или цифровых аудио компакт-дисков, что позволяет работать с цифровым звуком напрямую, без неизбежных потерь при цифро-аналоговых преобразованиях.

Почти все звуковые платы могут работать со звуком в двух режимах. При первом плата может использоваться как музыкальный инструмент и создавать звук точно так же, как клавишные синтезаторы, которыми пользуются многочисленные эстрадные звезды из различных рок-, поп-, панкгрупп. При втором плата может работать как магнитофон и воспроизводить записанный звук.

Качество звука, воспроизводимого платой в первом режиме, зависит от того, как она реализует звучание: за счет FМ-

синтеза (FM-Synthesis),

или за счет синтеза на основе таблицы волн

(Wavetable-Synthesis).

Термин FМ-синтез

происходит от слов

Frequency Modulation

(частотная модуляция) — та самая, которая уже много лет используется в радиоприемниках. Но вместо того чтобы все манипуляции с частотой посылать в эфир, звуковая плата посылает их на динамики. При использовании FM-синтеза для моделирования звука различных инструментов использовалось множество длинных и коротких гудков.

Подтасовывая частоты — меняя тембр и смешивая тона, плата может создать звуки, очень похожие на звуки музыкальных инструментов. Слушатели, впрочем, не будут обмануты при этом. Инструменты звучат с явно выраженным компьютерным акцентом. Компания Ad Lib использовала именно технологию FM-синтеза в одной из первых звуковых плат, выпущенной ею в 1987 году. Звук, издаваемый ею, был похож на тот, что раздается из дешевых брелков для ключей, когда вы нажмете все кнопки. Но и такой "брелковый" звук вполне годился для некоторых игр.

Синтез на основе таблицы волн гораздо более точно воспроизводит звуки по той причине, что звучание каждого инструмента синтезируется на основе образца, полученного из записи реальных инструментов. Некоторые называют технологию "волновая таблица" сэмплинговой (sampling) технологией. Другие считают, что сэмплинг — это нечто большее: он позволяет пользователю записать свой собственный звук и внести его в волновую таблицу.

Платы с синтезом на основе таблицы волн хранят в памяти образцы живых звуков, записанных в цифровом виде, для создания звучания ‖настоящих‖ инструментов. Причем хранится обычно только один тон, а остальные воспроизводятся по нему, используя соответствующие алгоритмы. Как правило, эти образцы хранятся в ПЗУ, но в некоторых моделях они загружаются в обычное О3У. Эти образцы звучания не могут быть воспроизведены непосредственно, потому что их сначала нужно модулировать, чтобы получить в результате музыкальные ноты и инструментальные эффекты типа вибрации звука. Другие карты держат в ПЗУ только часть записей, а остальное выбирают "на лету" из ОЗУ компьютера или с жесткого диска. И хотя это может вызвать проблемы при ограниченном дисковом пространстве или памяти, эти платы зачастую имеют более качественный звук.

наличие аппаратного и программного обеспечения для мультимедиа, реализующей определенный набор стандартов;

создание авторских систем, дающих возможность пользователям изготавливать свои прикладные мультимедиа-программы, не имея большого опыта в программировании.

Мультимедиа — бурно развивающаяся информационная технология. К ее отличительным признакам относят:

интеграц ию в

др.), так и оригинальных (речь, музыка, фрагменты видеофильмов, телекадры, анимация и др.), рис. 1. Такая интеграция выполняется под управлением компьютера с использованием разнообразных устройств регистрации и воспроизведения информации: микрофона, аудио-системы, проигрывателя оптических компакт-дисков (CD-ROM проигрывателя), телевизора, видеомагнитофона, видеокамеры, электронных музыкальных инструментов;

компьютеризации бизнеса (реклама, обслуживание клиентов), в информационных центрах (библиотеки, музеи) и т.д.

Особое место занимают компьютерные обучающие мультимедиа-системы, позволяющие углубить знания, сократить срок обучения, увеличить число слушателей на одного преподавателя.

Компьютерные обучающие системы в сравнении с курсами на видеокассетах, где информация представлена последовательно, обладают мощными возможностями ветвления и позволяют слушателям прямо включаться в интересующую их тему. Кроме того, такие системы снабжены эффективными средствами оценки и контроля процесса усвоения знаний и приобретения навыков.

Электронные книги

Появление электронных книг стало возможным благодаря наличию недорогих запоминающих устройств большого объема типа CD-ROM. Термин электронная книга означает новый тип книги, страницы которой отображаются на экране дисплея Другими словами, это информационная интерактивная система, обеспечивающая пользователям (читателям) доступ к постранично организованной информации Компакт-диск емкостью 650 Мб позволяет записать один из приведенных ниже объемов информации

200000 страниц текста формата А4,

20000 графических рисунков,

2000 телевизионных статических изображений;

30 секунд видеоизображения;

18 часов звука среднего качества.

(выраженная в децибелах разность между самым сильным сигналом, который устройство в состоянии пропустить, и самым слабым, еще различимым на фоне остаточных шумов). Благодаря этому современные цифровые системы воспроизведения звука, такие как цифровые аудио компактдиски и цифровые аудиомагнитофоны, обычно используют 16разрядные системы (рис.31).

Аудиофайлы, как и графические данные, можно уплотнять. Это позволяет значительно сократить объем передаваемой информации. Для этого используются кодеки

(рис.32).

6.2 Звуковые платы.

Звуковая плата — это специализированная плата, вставляемая в разъем на шине

компьютера и предназначенная для записи и воспроизведения звука компьютером. Обычно на плате располагаются следующие компоненты.

Цифро-аналоговый преобразователь/аналого-цифровой преобразователь (ЦАП/АЦП).

Это ―сердце‖ ЗК. Именно здесь происходит чудо преобразования аналогового звука в последовательность числового кода и обратный процесс трансляции хранимых единичек и ноликов в гладкий аналоговый сигнал, который, достигнув колонок превратится в настоящий звук.

Усилитель.

Большинство звуковых плат имеет встроенный усилитель. Звук подается на усилитель и становится достаточно громким для прослушивания. Подключив, например, линейный выход внешнего CD-ROM-дисковода к линейному входу звуковой платы, Вы, таким образом, можете усилить звук при воспроизведении музыкальных компакт-дисков. При этом отпадает необходимость в наушниках. Усиление измеряется в ваттах. Обычно вам достаточно четырех ватт для различных компьютерных нужд. Если необходима большая громкость, соедините кабелем линейный выход звуковой платы и линейный вход (или дополнительный Aux-вход) стереосистемы. В этом случае Ваш компьютер станет таким же громким, как и Ваша стереосистема.

Разъемы для подключения внешних аудиоустройств.

Обычно звуковые платы имеют разъем линейного входа (Line In) для подключения внешнего источника звукового сигнала (магнитофона, CD-проигрывателя и т.д.), разъем для подключения микрофона (Mic In) и разъем для подключения внешних громкоговорителей или наушников (Out).

В некоторых звуковых картах (как правило, более качественных) используется неусиленный выход для наименьших искажений звукового сигнала, поэтому в этом случае следует

редактирования звуковой информации и т.п.). Даже простой персональный компьютер (ПК) можно отчасти считать мультимедийным: будучи оборудованным помимо экрана простым динамиком, такой ПК позволяет получать информацию нескольких видов. Поэтому компьютерные игры стали одним из первых типов мультимедийных продуктов, широко используемых различными категориями пользователей. Для разработки таких игр применяется графика высокого разрешения, анимация, звуковое и речевое сопровождение. По ряду прогнозов области мультимедиа, связанные с обучением, образованием и развлечениями, должны иметь самые высокие темпы роста. Уже сегодня такие дополнительные устройства, как приводы CD-ROM, звуковые карты, телевизионные тюнеры, кодеки MPEG, голосовые телефонные коммуникаторы, становятся для IBM PCкомпьютеров стандартом. Таким образом, данные устройства вскоре будут такими же обычными, какими сегодня, например, являются винчестер или флоппи-диск.

Вместе с развитием мультимедийных устройств быстрыми темпами развивается программное обеспечение для мультимедиа. Появление операционных систем Windows 95, Windows 98 и Windows 2000 сделало технологию мультимедиа более доступной для пользователей. Появляются различные программы подготовки и проведения презентаций, создания трехмерных объектов и анимационных приложений, редактирования звука и видеообъектов. Помимо разнообразных компьютерных игр выпускаются различные обучающие программы и энциклопедии.

1.2 Области применения мультимедиа

Мультимедиа-системы успешно применяются в настоящее время в сфере образования и профессиональной подготовки, в издательской деятельности (электронные книги), для