Теоретическая Информатика

В любом случае компьютерный дисковод чтения компакт- дисков можно отнести к звуковой периферии.

Дисковод компакт-дисков, или CD-дисковод — компьютерное устройство для проигрывания, чтения и, возможно, записи компакт-дисков.

2. Все рекорды компактности бьет, конечно, синтезирован- ный звук. Файлы, в которых записан этот звук, чрезвычайно компактны. Их размер в сотни раз меньше mp3-файлов.

Синтезированный, или миди-(MIDI), звук — звук, сгенериро-

ванный компьютером путем моделирования звучания раз- личных музыкальных инструментов.

Миди-файл — файл с миди-звуком. Имеет расширение .mid. Например, подключив к компьютеру миди-клавиатуру и запустив на компьютере специальную программу, можно иг- рать на этой клавиатуре, как на фортепиано. При этом миди- клавиатура подключается к специальному разъему на звуко- вой карте, а звук можно прослушивать на динамиках или го- ловных телефонах. Получившееся музыкальное произведение

записывается в виде миди-файла.

Можно превратить в музыкальную обычную клавиатуру компьютера, запустив на нем специальную программу. Как и с миди-клавиатурой, компьютер в этом случае превращается в синтезатор и имитирует разные музыкальные инструменты.

Также наряду с миди-клавиатурой можно подключить к компьютеру микрофон и записать голос с сопровождением на миди-клавиатуре. Однако в этом случае записать звук полу- чится только в виде обычного звукового файла, а не в виде миди-файла. Такое ограничение связано с принципами орга- низации миди-звука.

Для синтеза миди-звука компьютер должен обладать набо- ром файлов с фрагментами звучания музыкальных инстру- ментов на разных нотах. На каждое звучание инструмента на данной ноте приходится заводить три файла:

1)с началом возникновения звука;

2)с небольшим фрагментом звучания;

3)с окончанием звучания.

Играя на миди-клавиатуре, исполнитель воспроизводит ноты выбранного инструмента. Миди-файл с музыкальным произведением можно создать также в специальном музы- кальном текстовом редакторе, задавая инструменты, ноты, время начала звучания и длительность.

Файлы из набора фрагментов звучания музыкальных инст- рументов генерируются двумя разными методами: 1) частот-

ным синтезом; 2) волновой таблицей.

Частотный, или FM-синтез — задание образца звучания данной ноты музыкального инструмента (реального или син- тезированного) набором частот и их амплитуд, составляющих этот звук.

Волновая таблица (wave table) — файл с оцифрованными фрагментами звучания реальных инструментов на разных нотах.

Сэмпл (sample) — фрагмент с образцом звучания. Частотный синтез позволяет синтезировать новые вирту-

альные инструменты, но реальные инструменты при этом звучат неестественно, «синтезированно». Волновые таблицы звучат естественно, но занимают много места и, кроме того, на разных звуковых платах и в программах отличаются окраской звука и поэтому звучат по-разному.

3°. У п р а ж н е н и я

1.Определите, какой объем в Мб занимает 1 минута DVD- звука со следующим характеристиками: частота дискретиза- ции 192 КГц, глубина звука 24 бита, 6 каналов.

2.Определите, какой объем в Мб занимает 1 минута сле- дующего цифрового видео (без звука): размер кадра 800 × 600 пикселей, глубина цвета 24 бита, частота 25 кадров в секунду.

I. Компьютерную графику можно получить двумя основ- ными способами.

1.Самостоятельно изготовить графический файл.

2.Скопировать готовый графический файл.

Имеется два способа изготовления графических файлов. 1а. Изготовлением копии окружающей действительности. 1б. Рисованием на компьютере.

Окружающую действительность копируют двумя основ- ными способами.

1а'. Фотографированием цифровым фотоаппаратом.

1а''. Сканированием на сканере рисунка на твердом носи- теле или материального объекта.

В обоих случаях получается графический файл в одном из стандартных форматов.

Для рисования на компьютере необходим графический ре- дактор. Рисуют, преследуя следующие две цели.

1б'. Создать новый рисунок. Вместе с п. 1а это является пер- вым этапом подготовки рисунка к окончательной публикации на твердом носителе или в Интернете.

1б''. Отредактировать готовый графический файл. Очевид- но, что редактируемый файл необходимо либо изготовить са- мостоятельно, либо скопировать готовый.

Профессионал может изготовить рисунок высокого качества, тогда как простому пользователю лучше поль- зоваться готовой профессиональной продукцией.

Чтобы иметь возможность копировать готовые графиче- ские файлы, они должны быть кем-то изготовлены.

Назовем два основных массовых источника получения ко- пий графической информации.

2а. Коллекции готовой графики на компакт-дисках. 2б. Коллекции готовой графики в Интернете. Готовая графика подразделяется на два направления. 2'. Фотографии и другие растровые файлы.

2''. Векторные картинки.

II. Рассмотрим распространенные графические редакторы.

1.Простейшим и удобнейшим графическим растровым редактором является Paint (пэинт).

Поставляется вместе с операционной системой Windows. Записывает и читает стандартные графические форматы. Позволяет с помощью редактирования растровой графики: 1) создавать простейшие рисунки; 2) изменять готовую графику, например, копии экрана.

Редактирование растровой графики — изменение пикселей растровой графики с помощью инструментов.

Инструмент растровой графики — способ изменения пиксе-

лей растровой графики, указанных мышью.

Например, стандартными инструментами являются каран- даш, кисть, ластик, заливка и т. д.

2.Простым графическим растровым редактором служит

Microsoft Photo Editor (микрософт фотоэдитор).

Поставляется вместе с пакетом Microsoft Office. Записывает и читает стандартные графические форматы.

Сканирует материальные объекты, такие, как рисунки и фотографии на бумаге, с помощью сканера.

Может осуществлять простейшую модификацию готовой растровой графики.

Модификация растровой графики — изменение пикселей растровой графики с помощью эффектов.

Эффект растровой графики — способ изменения сразу всех пикселей рисунка или всех выделенных пикселей с помощью математической формулы.

Например, стандартными эффектами являются замена цвета пикселей на негативное (относительно цветового круга), накладывание текстуры и т. д.

Из готовой растровой графики нельзя изготовить новую картинку, но можно из нее создать фоновый рисунок.

3.Самый популярный профессиональный графический растровый редактор Adobe Photoshop (адобэ фотошоп).

4.Самый популярный профессиональный графический векторный редактор CorelDraw (читается корел дро)

III. Изучим стандартные графические форматы. Стандартных форматов векторной графики не существует.

Каждая программа векторной графики имеет свой формат. Наиболее распространены графические растровые файлы

следующих стандартных форматов.

BMP, TIFF, GIF, JPEG — наиболее распространенные стан- дартные форматы графических растровых файлов.

.bmp, .tif, .gif, .jpg — соответствующие стандартные расши- рения файлов с этими форматами.

1.Графический формат BMP (Windows Device Independent Bitmap) является наиболее простым растровым форматом.

Поддерживает разные растровые форматы до 24-битного RGB. Может применяться алгоритм сжатия без потери качества. Файлы имеют значительный объем, поэтому используются

только при хранении графической информации.

2.Графический формат TIFF (Tagged Image File Format) имеет самое лучшее качество при хранении растровых изображений.

Поддерживает большинство цветовых моделей, в том числе и полиграфические типа CMYK, а также 8-битный альфа-канал.

Применяются алгоритмы сжатия без потери качества. Файлы имеют значительный объем, поэтому используются

только при хранении графической информации.

3.Графический формат GIF (CompuServe Graphics Interchange Format) применяется в Интернете.

Поддерживает только 256 цветов, поэтому не могут кодиро- вать фотографии.

Имеется однобитный альфа-канал и поддержка анимации. Файлы имеют маленький объем, поэтому используется для хранения графической информации и при оформлении сайтов.

Всегда применяется алгоритм сжатия без потери качества.

4.Графический формат JPEG (Joint Photographic Expert Group)

применяется в Интернете и цифровых фотоаппаратах. Поддерживает разные растровые форматы до 24-битного RGB. Обычно применяется алгоритм сжатия с потерей качества. Файлы могут иметь объем, в 500 раз меньший обычного

BMP, и используются для хранения графики и на сайтах.

I. Анимация, или компьютерная анимация, или мультиплика-

ция — графические изображения, сменяющиеся друг друга. Показ и смена текста анимацией не является, для анимации

нужна графика. Любая компьютерная игра с графическим интерфейсом является анимацией.

Как уже отмечалось в п. 1°, графический формат GIF слу- жит для хранения анимации. Браузеры при просмотре веб- страниц в Интернете умеют показывать GIF-анимацию.

GIF-анимация — свойство графического формата. Это единственный пример в своем роде. В других случаях компь- ютерная анимация получается за счет программирования, ко- гда смену графической информации программируют на раз- ных языках программирования.

В Интернете, кроме самой экономичной GIF-анимации, имеются еще три вида анимации, создаваемой следующими языками программирования.

1.Универсальный самостоятельный язык программирования Java (Ява, или Джава).

2.Язык программирования, который является расширени- ем языка разметки веб-страниц HTML — Java-Script (ява- -скрипт) и используется только среди операторов HTML.

3.Язык программирования, являющийся также расшире- нием языка разметки веб-страниц HTML — Flash (флэш).

Рассмотрим специальный механизм сжатия графической информации, используемый в формате GIF. Две последова- тельные картинки при анимации в подавляющем большинст- ве случаев имеют одинаковые пиксели. Поэтому при сохране- нии следующего кадра запоминаются только пиксели, кото- рыми следующий кадр отличается от предыдущего (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Слева — два последовательных кадра анимации, справа — их общие пиксели (закрашены) и отличающиеся пиксели (полосатые)

II. Перейдем к рассмотрению мультимедиа.

Компьютерное видео — показ видеофильмов или их фраг- ментов на экране монитора компьютера.

Мультимедиа — компьютерные динамические объекты, ме- няющиеся с течением времени: звук, анимация и видео.

Следствием динамичности мультимедиа является большой объем его данных.

Компьютерное растровое видео можно увидеть на компью- тере в следующих основных случаях:

1)при просмотре телепрограмм или видео. Для этого необ- ходимо подключить к компьютеру видеотюнер, а к тюнеру — телевизионную антенну, кабельную сеть или видеомагнитофон;

2)при просмотре видео-компактов и видео-DVD;

3)при оцифровке и дальнейшем редактировании обычно- го аналогового видео;

4)при работе с мультимедийными программами, напри- мер, с языковыми курсами.

Конкретизируем понятие мультимедиа.

Мультимедийные документы — документы, имеющие в сво-

ем составе элементы мультимедиа.

Мультимедийное программное обеспечение — компьютерные программы для работы с мультимедиа.

Мультимедийная аппаратура — компьютерная аппаратура для работы со звуком и видео.

Мультимедийный компьютер — компьютер, оснащенный мультимедийной аппаратурой.

Примером широко распространенных мультимедийных документов являются веб-страницы в Интернете.

Перечислим мультимедийные программы:

1)мультимедийные компьютерные игры и учебные курсы;

2)программы воспроизведения звука, анимации, видео;

3)программы-редакторы для записи, воспроизведения и/или редактирования звука, графического GIF-формата, анимации, видео, веб-страниц;

4)системы программирования для создания компьютерных программ и данных, перечисленных в первых трех пунктах.

Перечислим основную мультимедийную аппаратуру. Сис- темный блок и монитор опустим, поскольку они входят в со- став любого компьютера.

1.Базовая мультимедийная аппаратура, включаемая прак- тически во все современные компьютерные конфигурации.

1а. Звуковая карта и колонки. В любом случае это оборудо- вание необходимо для воспроизведения звука.

1б. Устройство чтения и записи компакт-дисков. Необхо- димы из-за большого информационного объема мультимедиа.

2.Дополнительная аппаратура.

2а. Устройство чтения и записи DVD-дисков. 2б. Микрофон и головные телефоны.

2в. Магнитофон.

2г. Сабвуфер и дополнительные колонки.

2д. Миди-клавиатура или синтезатор.

2е. Видеотюнер для подключения антенны или сети. 2ж. Веб-камера.

2з. Видеомагнитофон.

III. Рассмотрим обычное растровое видео, которое показы- вают по телевизору. Имеется три основных растровых стан- дарта для передачи видеоинформации: PAL, SECAM и NTSC.

PAL (Phase Alternating (Alternation) Line) — система телевизи-

онного вещания, используемая в большинстве стран Западной Европы и на видеокассетах.

SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire) — система телеви-

зионного вещания, используемая в России, СНГ и Франции.

NTSC (National Television System (Standard) Committee) — систе-

ма телевизионного вещания, используемая в США и Японии. Разрешение этих систем по сравнению с разрешением ком-

пьютерных мониторов и тем более цифровых фотоаппаратов достаточно небольшое.

Нет смысла приобретать цифровые видеокамеры с большими пиксельными матрицами, поскольку перевод размера кадра на более маленький телевизионный стандарт только ухудшит качество видеосигнала.

В заключение рассмотрим три основных этапа, которые проходит видео при процедуре сокращения ее объема перед записью на носители информации, т. е. при ее сжатии.

1.Первая идея, используемая при сжатии видео, применя- ется также при сжатии звука и анимации в графическом фор- мате GIF. Она использует то, что соседние по времени растро- вые кадры слабо попиксельно отличаются друг от друга, точ- нее, чем менее динамический процесс передается, тем меньше отличаются соседние кадры. Крайние случаи здесь следую- щие: 1) соседние кадры попиксельно совпадают; 2) при пере- ходе к следующему кадру происходит смена декораций.

Если соседние кадры слабо отличаются друг от друга, то можно полностью сохранить пиксели только первого кадра, а из нескольких следующих запомнить только те пиксели, кото- рыми эти кадры отличаются от первого. Или совсем опустить несколько последовательных мало отличающихся кадров.

Хорошие алгоритмы такой компрессии учитывают ско- рость изменения кадров: чем быстрее меняются кадры, тем больше полных кадров сохраняется. При этом улучшается ка- чество оставшейся информации, но увеличивается ее объем.

2.Вторая идея аналогична первой, только применяется не к нескольким кадрам, а к одному, аналогично сжатию графики по формату JPEG. На любой пиксельной фотографии имеют- ся области, на которых цвет меняется очень слабо.

Идея состоит в том, чтобы несколько близких по цвету пик- селей заменить на один «среднего» цвета. Если проделать эту операцию достаточно аккуратно, то картинка почти не изме- нится, а выигрыш в занимаемом объеме информации может получиться значительный. Особенно в сочетании с примене- нием первой идеи.

3.Наконец, оставшиеся от видеофрагмента усредненные по цвету кадры можно сжать обычным архиватором. Но луч- ше такое сжатие информации, уже не привносящей потери в изображения, произвести специальным алгоритмом компрес- сии растровой графики, имеющем очень высокую степень уп- лотнения.

3°. У п р а ж н е н и я

1.Нарисуйте дерево способов получения компьютерной графики.

2.Нарисуйте на одном рисунке общие пиксели двух после- довательных кадров анимации с рис. 2.13, на другом — отли- чающиеся пиксели.

Рис. 2.13. Два последовательных кадра анимации

3. Нарисуйте дерево мультимедийной аппаратуры.