- •А. Н. Сергеев, а. В. Сергеева Аудиовизуальные технологии обучения курс лекций
- •Лекция 1. Научно-педагогические основы использования аудиовизуальных технологий обучения
- •Введение
- •Рекомендуемая литература
- •1.1. Аудиовизуальная информация
- •1.1.1. Классификация информации и ее функции
- •1.1.2. Преобразователи и носители аудиовизуальной информации
- •1.2. Классификация технических и аудиовизуальных средств обучения
- •1.2.1. Технические средства передачи информации
- •1.2.2. Технические средства контроля знаний
- •1.2.3. Тренажерные технические средства
- •1.2.4. Вспомогательные технические средства
- •1.2.5. Комбинированные технические средства
- •1.3. Аудиовизуальная культура
- •1.3.1. История становления и развития аудиовизуальной культуры
- •1.3.1.1. Фотография
- •1.3.1.2. Аппаратура статической проекции
- •1.3.1.3. Кинематограф
- •1.3.1.4. Звукозапись
- •1.3.1.5. Радио и телевидение
- •1.3.1.6. Видеозапись
- •1.3.1.7. Мультимедиа
- •1.3.2. Концепции аудиовизуальной культуры
- •1.4. Психофизиологические основы восприятия аудиовизуальной информации человеком
- •1.4.1. Слуховой анализатор человека
- •1.4.2. Зрительный анализатор человека
- •1.4.3. Особенности восприятия аудиовизуальной информации человеком
- •1.4.4. Психологические особенности восприятие цвета
- •Символика цвета
- •Психофизиологические воздействие цвета на человека
- •Сочетаемость цветов
- •Цветовая гармония
- •Разрозненные комментарии и советы
- •1.4.5. Психофизиологические особенности восприятия динамического изображения
- •Заключение
- •1.5. Задания к самостоятельной работе студентов
- •1.6. Контрольные вопросы по материалам лекции
- •Лекция 3 аудиовизуальные технологии
- •2.3. Задания к самостоятельной работе студентов.
- •2.4. Контрольные вопросы по материалам лекции.
- •2.1. Оптическая проекция
- •2.1.1. Статическая проекция
- •2.1.1.1. Диаскопическая проекция
- •2.1.2. Динамическая проекция
- •2.1.3. Общие требования к проекционным экранам и расположению проектора в помещении
- •2.2. Фотография и фотографирование
- •2.2.1. Основы фотографии
- •2.2.2. Устройство пленочного (аналогового) фотоаппарата
- •2.2.3. Устройство цифрового фотоаппарата
- •Заключение
- •2.3. Задания к самостоятельной работе студентов
- •2.4. Контрольные вопросы по материалам лекции
- •Лекция 3 аудиовизуальные технологии
- •Аудиовизуальные технологии обучения
- •3.8. Задания к самостоятельной работе студентов.
- •3.9. Контрольные вопросы по материалам лекции.
- •3.1. Звукозапись аналоговая и цифровая
- •3.1.1. Основы записи-воспроизведения звука
- •Основные характеристики звука
- •Характеристика оценки звука по уровню интенсивности относительно порога слухового восприятия
- •Спектр звука
- •Амплитудно-частотная характеристика
- •3.1.2. Аппаратура для преобразования и усиления звука
- •3.1.2.1. Микрофоны
- •3.1.2.3. Громкоговорители
- •3.1.3. Аналоговый способ записи-воспроизведения звука (на примере магнитной записи)
- •3.1.4. Цифровой способ записи-воспроизведения звука (на примере системы «Компакт-диск»)
- •Структура записываемого сигнала и система защиты от ошибок
- •Защита от копирования
- •3.2. Основы телевидения и видеотехника
- •3.2.1. Основы телевидения
- •3.2.1.2. Эфирное телевидение
- •3.2.1.3. Кабельное телевидение
- •3.2.1.4. Спутниковое телевидение
- •3.2.1.5. Сотовое телевидение
- •3.2.1.5. Интерактивное телевидение
- •3.2.2. Системы и стандарты телевидения
- •3.2.2.1. Аналоговые системы цветного телевидения
- •3.2.2.2. Цифровое телевидение
- •Основные форматы цифрового телевизионного изображения*
- •Стандарты цифрового телевидения
- •3.2.2.3. Телевидение высокой четкости
- •3.2.3. Видеотехника
- •3.2.3.1. Телевизоры
- •Основные характеристики телевизоров
- •Характеристики видеопроекторов
- •Технология «Телетекст»
- •Технология «100 Герц»
- •Технология «Кадр в кадре»
- •Кинескопы
- •Плазменные панели
- •Жидкокристаллические панели
- •Проекционные телевизоры и видеопроекторы
- •Выбор телевизора
- •Оптимальные расстояния просмотра для различных размеров экранов телевизора
- •3.2.3.2. Видеомагнитофоны и видеоплееры
- •Видеомагнитофон и видеоплеер
- •3.2.3.3. Видеокамеры
- •3.2.3.3.1. Аналоговые видеокамеры
- •Сравнительные характеристики аналоговых форматов видеозаписи
- •3.2.3.3.2. Цифровые видеокамеры
- •Видеокамеры с жестким диском и флеш-камеры
- •3.2.3.4. Оборудование для приема спутникового телевидения
- •Сервисные возможности проигрывателей dvd
- •Подключение dvd-проигрывателей и другой видеоаппаратуры к телевизору
- •Системы домашнего кинотеатра (Home Cinema)
- •3.2.3.6. Системы многоканального звука
- •3.3. Компьютеры и мультимедийные средства
- •Устройство современного компьютера
- •3.4. Типология аудиовизуальных учебных пособий и компьютерных материалов
- •3.5. Банк аудио-, видео и компьютерных материалов
- •3.6. Дидактические принципы построения аудио-, видео- и компьютерных учебных пособий
- •3.7. Интерактивные технологии обучения
- •Заключение
- •3.8. Задания к самостоятельной работе студентов
- •3.9. Контрольные вопросы по материалам лекции
Сравнительные характеристики аналоговых форматов видеозаписи
Характеристики форматов |
VHS |
S-VHS |
Video 8 |
Hi 8 |
D-VHS |
Максимальная длительность воспроизведения (стандартная скорость), мин |
300 |
300 |
180 |
180 |
150–480 |
Скорость движения ленты, мм/с |
23,4 |
23,4 |
20,051 |
20,051 |
16,67/33,33 |
Относительная скорость видеоголовки-ленты, м/с |
4,867 |
4,867 |
3,1 |
3,1 |
– |
Полоса частот канала изображения, МГц |
3 |
5 |
3 |
5,3 |
– |
Разрешающая способность по горизонтали, кол-во линий |
240 |
400 |
240 |
424 |
1920 пикселей |
Отношение сигнал/шум канала изображения, не менее дБ |
40 |
45 |
40 |
45 |
– |
Число каналов продольной звукозаписи |
1+1 |
1+1 |
1 |
1 |
1+1 |
Коэффициент детонации продольной звукозаписи, % |
± 0,5 |
± 0,5 |
± 0,5 |
± 0,5 |
± 0,5 |
Номинальный диапазон частот продольной звукозаписи, не менее Гц |
70–8000 |
50–10 000 |
50–10 000 |
50–10 000 |
50–10 000 |
Динамический диапазон продольной звукозаписи, не менее дБ |
40 |
40 |
40 |
40 |
40 |
Число каналов звукозаписи |
2 |
2 |
1* |
2* |
5+1 |
Коэффициент детонации звукозаписи, % |
± 0,005 |
± 0,005 |
± 0,005 |
± 0,005 |
– |
Номинальный диапазон воспроизводимых звуковых частот звукозаписи, не менее Гц |
20–15 000 |
20–15 000 |
20–20 000 |
20–20 000 |
20–20 000 |
Динамический диапазон звукозаписи, дБ |
80 |
90 |
80 |
90 |
более 90 |
3.2.3.3.2. Цифровые видеокамеры
Технология Digital Video (DV)
Вскоре после начала триумфального шествия цифровых технологий крупнейшие компании – производители видеоаппаратуры – Sony, Matsushita, JVC, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips, Thomson и другие – объединили свои усилия для создания единого цифрового формата видеозаписи. Плодом усилий созданного в 1993 г. консорциума DVC стало регламентирование основных параметров цифрового формата бытовой видеозаписи: параметров сжатия, габаритов носителей, механизма и формата ленты и многого другого.
Суть DV-технологии (Digital Video) заключается в компрессии видеопотока, обеспечивающей минимальные ухудшения цветопередачи и четкости изображения. Результирующий поток данных вмещает 25 Мбит/с видеоданных, 1,5 Мбит/с звука и 3,5 Мбит/с служебной информации (всего около 3,7 Мбайт/с).
Кадру на ленте соответствует 12 наклонных строк-дорожек (10 для NTSC) шириной всего 10 мкм, на каждой из которых записываются аудио- и видеоданные, тайм-код кадра (timecode – час, минута, секунда и порядковый номер кадра) и служебные данные (рис. 190). Предусмотрена также возможность записи расширенной информации о видеосюжете, в том числе даты его создания – редактирование, параметры съемки камеры и прочее.
Рис. 190. Структура записи данных на DV
Видеосигнал записывается в компонентном представлении (Y, СR, СВ), обеспечивающем разрешение по горизонтали в 500 телевизионных строк. Характеристики формата полностью удовлетворяют профессиональным критериям качества записи видеосигнала.
Но самое главное – это цифровой формат записи, что гарантирует идентичность каждой сделанной копии оригиналу, а также обеспечивает непревзойденные удобства редактирования видео (вплоть до отдельных кадров) без потери качества. Оцифровка осуществляется с разрешением 720×576, согласно схеме 4:2:0 (720×480 4:1:1 для NTSC). Это означает, что каждый кадр содержит 720×576 значений яркости Y и по 360×288 значений цветности СR и СВ.
Цифровая запись звука производится без компрессии, согласно одной из трех возможных схем: один 16-битный стереоканал с частотой 44,1 кГц (CD-качество), один 16-битный стереоканал с частотой 48 кГц (DAT-качество) или два стереоканала по 12 бит с частотой 32 кГц. Благодаря раздельной записи видео и звука, формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи/редактирования видео, а также перезаписывать звук в режиме «Audio Dub».
Отличительной чертой формата DV является специальная схема исправления и маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери двух из 12 дорожек. Дело в том, что в DV информация о последовательных участках изображения равномерно распределяется (причем с некоторой избыточностью) между различными дорожками кадра. В случае более существенной потери информации изображение может быть аппроксимировано с высокой достоверностью.
Что касается используемых носителей, то для формата DV решено было использовать магнитную ленту шириной в четверть дюйма (6,35 мм), скорость движения которой составляет 18,831 мм/с. Таким образом, плотность записи информации очень высока – более 0,4 Мбайт/мм2. Имеется два различных типа видеокассет: малые – с длительностью записи до 60 минут (90 минут в режиме LP) и размером 66×48×12 мм; большие – до 180 минут и размером 125×78×14,6 мм. Даже самая большая из предусмотренных стандартом кассет почти не отличается по размерам от компакт-кассеты.
Digital 8. Цифровой формат, созданный и поддерживаемый фирмой Sony, является переходным, позволяющим владельцам видеокамер форматов Video 8 и Hi 8 перейти к цифровым технологиям. Формат позволяет воспроизводить аналоговое видео, записанное на кассетах Video 8 и Hi 8, а также производить цифровую запись на этих же кассетах. Правда, в последнем случае из-за большей скорости протягивания ленты время записи/воспроизведения кассет уменьшается на треть (до 120 мин в SP и до 240 – в LP). Камеры обеспечивают четкость цифрового изображения до 500 линий по горизонтали (в зависимости от типа ленты). Цифровой звук может быть записан в двух режимах: 4 канала по 12 бит/32 кГц или 2 канала по 16 бит/48 кГц. Предусмотрены DV-интерфейс, позволяющий копировать записи на DV-камеры и магнитофоны или выводить на компьютер, а также возможность оцифровки аналоговых записей через аналоговые входы. Данный формат не приобрел должной популярности, не выдержав конкуренции с форматом MiniDV.
Преимущества:
– цифровая запись звука и изображения с разрешением 500 линий по горизонтали;
– оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания, второй – резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании;
– возможность использования кассет Hi 8, Video 8 и воспроизведения записей этих аналоговых форматов, а также оцифровка аналоговых записей через аналоговые входы.
Недостатки:
– небольшое время записи на одну кассету 60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play.
MiniDV (Mini Digital Video) – одна из разновидностей формата DV, которую отличают компактность, увеличенное время записи, а также улучшенное качество. В этом цифровом формате используются, пожалуй, самые маленькие видеокассеты, имеющие размеры 66×48×12 мм. Отсюда малые габариты и вес самих камер. Время записи/воспроизведения в режиме SP – до 80 мин, LP – до 120 мин. Формат обеспечивает хранение данных на специальных цифровых кассетах, вмещающих около 14,7 Гбайт. MiniDV характеризуется горизонтальным разрешением в 520 телевизионных строк, которое позволяет воспроизводить мельчайшие детали. Полоса частот цветности шириной в 1,5 МГц позволяет записывать в три раза больше данных о цвете, чем в аналоговых форматах, что обеспечивает более резкие и естественные неразмытые цвета. Кроме того, в MiniDV предусмотрен оптимизирующий алгоритм под названием «корректор временных ошибок», который устраняет дрожание изображения, наиболее заметное в вертикальных границах, из-за чего те становятся похожими на прерывистую линию.
Качество звука в MiniDV (РСМ-стерео, 16 бит, 48 кГц) выше обеспечиваемого обычными аудио CD; возможность осуществления 12-битного DV-аудиокопирования позволяет добавлять собственное звуковое сопровождение к уже отснятому материалу.
В качестве воспроизводящего устройства используют чаще всего саму видеокамеру.
Преимущества:
– запись изображения и звука в цифровом виде;
– отсутствие потерь качества при перезаписи;
– возможность прямой передачи сигнала на компьютер;
– наличие разъемов S-Video, RCA, DV-вход/выход;
– миниатюрные размеры самих видеокамер и кассет;
– для увеличения плотности записи используется компрессия со средним коэффициентом 5:1, что позволяет достичь качества записи, мало уступающего профессиональному Betacam;
– разрешение практически соответствует телевизионному (500 линий по горизонтали);
– цифровая запись практически лишена шумов цветности, свойственной аналоговой записи;
– высокое качество ленты позволяет долго хранить записи;
– наличие видеокассет с памятью (только для видеокамер фирмы Sony) для дальнейшего монтажа записи, простановка титров, сохранение перечня записей на кассете с последующим быстрым доступом к выбранному отрезку или фотокадру;
– оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания, второй – резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании.
Недостатки:
– невозможность воспроизведения записей на обычных видеомагнитофонах (только при подключении самой видеокамеры к TV или использовании очень дорогих DV-видеомагнитофонов);
– небольшое время записи на одну кассету 60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play;
MicroMV. Формат MicroMV разработан компанией Sony. MicroMV ориентирован на использование с компьютером; это первый формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG-2. MicroMV-кассета в три раза меньше MiniDV-кассеты; при этом носитель обеспечивает надежную защиту поверхности пленки, равномерную и плавную ее подачу при записи и воспроизведении.
Интересным новшеством MicroMV является встраиваемый в кассету 64-килобитный блок памяти, который обеспечивает доступ к информации о видеозаписи, хранимой на пленке. В числе предоставляемых данных – дата окончания записи последних кадров, сведения о продолжительности последнего сеанса видеозаписи, информация о наличии места на кассете и прочее. Создав MicroMV, компания Sony разработала также специальные функции и средства интеграции видеокамеры с персональным компьютером, основанные на методе сжатия видеосигнала MPEG-2. При скорости передачи 12 Мбит/с MicroMV имеет почти в два раза меньший поток данных, чем у DV, что обеспечивает значительную экономию места на жестком диске персонального компьютера без потери качества изображения.
DVD-видеокамеры. Одним из новых направлений в области видеосъемки стало использование формата DVD для записи снимаемого камерой материала. Запись ведется на MiniDVD-диск диаметром 80 мм. Преимущество использования этого формата в том, что отснятый материал можно немедленно просмотреть на бытовом DVD-плеере. Это своеобразная аналогия с удобством аналогового формата VHS, позволяющего достать кассету из камеры и сразу же воспроизвести ее в видеомагнитофоне. У данной реализации есть и слабые стороны: так, на одну сторону диска можно записать всего лишь около 20 мин видео с приличным качеством. Кроме того, приступить к просмотру диска можно лишь предварительно его финализировав.
DVD-камеры выполняют съемку с разрешением 720×576, однако сохраняют данные не в формате DV, а в MPEG-2. Несмотря на высокую степень сжатия, 20-минутный видеоролик занимает всего 1,4 Гбайт. Качество изображения этих моделей вполне сопоставимо с качеством картинки DV-камер.
И все же при панорамировании и слабом освещении заметны артефакты. Так как DVD-плееры не могут читать непосредственно формат MPEG, диски «финализируются» камерой. При этом создаются VOB-файлы, на которые ориентируется плеер. За счет использования DVD фактически отпадает необходимость в компьютерной обработке.
Конечно, DVD-записи можно редактировать. По крайней мере, видеозаписи, записанные на перезаписываемые болванки, можно укорачивать и менять их порядок в плейлисте. Если дефинализировать диск, на него можно снова записывать информацию.
Больше проблем возникает в случае компьютерной обработки. Во-первых, выпадает большая нагрузка на компьютер, особенно при проведении декодирования и кодирования. Во-вторых, стандартное программное обеспечение не всегда способно обеспечить безошибочный монтаж. Зачастую возникают проблемы совместимости видеокамеры и программного обеспечения DVD-плеера.