Мультимедиа в образовании: контекст информатизации (стр. 40 )

Однако, хотя цифровой метод записи звука и позволяет избежать некоторых недостатков аналогового способа записи, он привносит и новые, характерные именно для этого способа, искажения. При цифровом способе записи звука искажения исходного сигнала проявляются на этапе аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Качество результирующего звука полностью зависит от качества определения амплитуды аудиосигнала в АЦП/ЦАП (аналого-цифровом/цифро-аналоговом преобразователях) и их разрядности.

Цифровые сигнальные процессоры

Цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor – DSP) – это микропроцессор специального назначения, для обработки цифровых потоков аудиоданных. Алгоритмы обработки звука могут быть самыми разными. Наиболее часто DSP применяются для аппаратной поддержки декодирования звука. Однако, более мощные процессоры позволяют не только декодировать звук, но и осуществлять в реальном времени цифровые преобразования (цифровые эффекты), изменяющие звучание. Используя такие алгоритмы, можно придать звуку более объемное звучание или другие новые акустические характеристики.

В большинстве звуковых плат используются неизменяемые DSP, запрограммированные изготовителем данной звуковой платы. Но некоторые модели имеют программируемые процессоры ASP. Это позволяет производителям программного обеспечения писать специальные драйверы для процессоров ASP, что расширяет их возможности (см. также DSP и ASP).

Частота дискретизации

Частота дискретизации (sampling rate) – это параметр, отражающий количество аналогово-цифровых преобразований, осуществляемых в секунду во время записи звука. Выражается в килогерцах (килогерц – тысяча выборок в секунду). Чем выше параметр, тем чаще измеряется и, соответственно, более точно отражается изменение амплитуды входного аналогового сигнала.

Для хорошего представления музыкального звучания необходимо использовать частоту дискретизации не менее 44,1 кГц. В DVD используется 48 кГц.

Частота дискретизации сильно влияет на количество информации, необходимое для хранения звука. Так, например, воспроизведение 16-разрядного стереозвука с частотой дискретизации 44,1 кГц требует хранить для одной секунды звучания 2 (байт) х 44100 х 2 (канала) = 176400 байт, а для воспроизведения секунды такого же звука с частотой дискретизации 22,05 кГц требуется 2 х 22050 х 2 = 88200 байт, т. е. в два раза меньше.

Частота кадров

Каждый видеостандарт имеет свою частоту кадров (frame rate): NTSC – 30 к/с, PAL – 25 к/с, SECAM – 25 к/с, кинопродукция – 24 к/с.

Однако компьютер должен быть достаточно мощным, чтобы поддержать такую частоту кадров, поэтому файл цифрового видео сжимают при помощи кодеков (CODEC –Code and Decode) и, прежде всего, снижают частоту воспроизведения кадров. В ФЦВ обычно используются следующие частоты: 15 к/с – для динамичных фрагментов, 12 к/с – для среднединамичных и 10 – 5 к/с – для почти статических фрагментов видео.

Но, поскольку исходная частота кадров составляет 25 к/с (для PAL), при ее уменьшении надо быть очень аккуратным: приходится учитывать пропускную способность компьютера и то, как выглядит видеоизображение (не дергается ли) после уменьшения частоты воспроизведения кадров. С другой стороны, если частота кадров выше 15 к/с., маломощный компьютер прокачать такой объем данных в реальном времени не сможет. Видеоизображение тоже будет дергаться (кадр не успевает прорисоваться на экране монитора).

Шумы

Любой, записанный каким-либо образом естественный звук всегда содержит, кроме оригинальной составляющей, еще и различные шумы. Природа появления шумов различается в зависимости от типа записи звука.

Аналоговая запись привносит шумы, которые в большинстве случаев появляются в результате электромагнитных воздействий сторонних излучений на проводники. Шумы также могут появляться в связи с несовершенством способа записи, из-за особенностей строения магнитной ленты и т. д.

При цифровом способе записи шумы возникают как в процессе предварительной подготовки аналогового звука, так и в процессе оцифровки звука. Шумы при оцифровке звука становятся особенно заметны с понижением звукового разрешения. Чем меньше звуковое разрешение, тем больше становится интервал громкостей, кодируемых первым битом отсчета. Следовательно, самые мелкие шумы, неслышные на оригинале, усилятся вследствие того, что громкость самого маленького значения отсчета выше, чем данный шум в оригинальном звуке. Именно поэтому звук, оцифрованный со звуковым разрешением 8 бит, более зашумлен по сравнению со звуком, оцифрованным со звуковым разрешением 16 бит.

Шумы также возникают в момент воспроизведения звука. В этом случае из-за несовершенства ЦАП в момент преобразования цифровых данных в аналоговый сигнал возникает шум, дополняющий аналоговый сигнал.

Элементы 3D-графики в двумерных изображениях

Реалистичность рисованных изображений достигается, с одной стороны, копированием фото - и видеоизображений с выделением необходимых контурных линий и цветовых плоскостей, с другой – введением в рисунок объектов, предварительно построенных в пакетах, поддерживающих 3D-графику. К таким объектам относятся следующие:

упрощенные 3D-модели, заменяющие предполагаемые к изображению предметы; каркасные 3D-модели, отражающие пространственную конструкцию последних; детально разработанные 3D-объекты, просчитанные без подсветки сцены (силуэты); «освещенные» 3D-объекты, просчитанные с учетом любого из предусмотренных программой видов затемнения; 3D-объекты, просчитанные без наложения материала (шаблоны); 3D-объекты, просчитанные с наложением материала или карты; группа пространственно-ориентированных 3D-моделей или объектов любого из вышеуказанных видов; полноэкранные сцены с элементами любого из вышеуказанных видов.

Подробно разработанные 3D-объекты импортируются в 2D-сцену при необходимости максимально приблизить их рисованные аналоги к трехмерному восприятию. Такие 3D-объекты могут быть просчитаны с наложением материала или карты, текстура или рисунок которых предварительно разрабатывались в двумерном графическом пакете. В этом случае трехмерное восприятие объекта достигается, с одной стороны, реалистичной передачей конструкции (формы), с другой – характером нанесения рисунка на поверхность.

Используя в рисованном изображении упрощенные 3D-модели (в том числе каркасы, шаблоны и силуэты), авторы ориентируются, как правило, не на воспроизведение конструкции и формы в целом, а на светотеневые эффекты и основные контурные линии, определяющие перспективу. Графическая обработка таких моделей в 2D-сцене аналогична процессу ретуши копий фото - и видеоизображений.

При введении в рисунок группы пространственно-ориентированных 3D-объектов или полноэкранной 3D-сцены, используется возможность просчета при различном освещении и угле зрения. Это позволяет сохранить в рисованном изображении закономерности перспективы и светотеневых переходов в падающем и отраженном свете. Ту же особенность можно использовать при создании эффекта остаточных шлейфов при передаче на рисунке стробоскопического движения объектов сложной конфигурации.

Эффект стробоскопии

Существует связь между правильным определением ключевых кадров и рисунком, фазовой разбивкой движения и конструкцией анимируемого объекта. Например, ошибки при анимации предметов, имеющих набор одинаковых деталей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, могут вызвать так называемый эффект стробоскопии (strobe-scoping effect).

Глаз автоматически выбирает меньшее расстояние, когда связывает соседние фазы в последовательное движение. Если лесенка движется со скоростью, при которой расстояние между положениями перекладины в соседних фазах меньше, чем расстояние между двумя соседними перекладинами, движение смотрится нормально. Но, как только интервал между фазами превысит определенный предел и первая перекладина окажется в следующей фазе ближе ко второй, глаз воспримет это как обратное движение.

Если первая перекладина в следующей фазе ляжет на место второй, движение вообще не будет восприниматься, хотя продольные опоры лестницы будут перемещаться.

Если расстояние между положениями перекладин в соседних фазах равно половине интервала между соседними перекладинами, изображение начнет двоиться, поскольку глаз «не знает», сближать ему данную фазу с первой или со второй ступенькой.

Чтобы избежать таких положений, рекомендуется рассчитывать фазы однородных элементов так, чтобы расстояние между ними было не более одной трети интервала между самими элементами.

AVI файл цифрового видео

AVI ФЦВ может иметь и не иметь звуковые дорожки. При создании AVI файлов, включающих звуковое сопровождение, важным является правильная синхронизация звука с видеоизображением. Для этого используется технология чередования видеокадров и звука, которой, собственно, и определяется аббревиатура AVI (Audio Video Interleaved). Разные по типу видео и аудиоданные записываются в один файл на диске следующим образом: все информационные потоки разбиваются на множество равных частей (chunks) и затем записываются в один файл друг за другом по очереди. Например, сначала записывается заголовок; затем – 1 часть видео, за ней – 1 часть звука, потом – 2 часть видео, затем – 2 часть звука и т. д.

Иногда синхронизация видео и звука может нарушаться. Это может случиться во время оцифровки видео, когда в уже существующие дорожки добавляются новые данные. Большинство программ редактирования позволяет заново произвести синхронизацию.

DSP и ASP

Простейшие звуковые платы обычно используют специальные программные драйверы для осуществления декодирования звука. Эти драйверы занимают время центрального процессора, что замедляет работу всей системы и не позволяет на малопроизводительных компьютерах использовать совместно с воспроизведением звука компьютерную анимацию или цифровое видео. Для решения этой проблемы инженеры решили передать эти функции специализированному процессору DSP (Digital Signal Processor) и тем самым разгрузить центральный процессор для решения других задач.

В настоящее время используются два типа процессоров DSP: программируемые и непрограммируемые. В большинстве звуковых плат используются непрограммируемые DSP. Программа их работы записана на специальной микросхеме постоянной памяти (ROM) и не может изменяться без замены данной микросхемы. Драйвер звуковой платы подготавливает звуковые данные, считываемые из аудиофайла, и передает их процессору DSP, после чего DSP без участия центрального процессора декодирует данные и передает их на ЦАП, установленный на звуковой плате.