Мультимедиа в образовании: контекст информатизации (стр. 40 )

При записи в компьютер видеоинформация может храниться в виде «большой» последовательности отдельных кадров (в PAL – 25 кадров в с.) или в виде специального стандартного ФЦВ (файла цифрового видео – digital video file). Такие файлы бывают трех основных форматов – Microsoft AVI (Audio Video Interleaved), Apple s QuickTime и MPEG (Motion Picture Expert Group). ФЦВ может содержать звуковую дорожку (или звуковое сопровождение), которое синхронизировано с цифровым видеоизображением.

Для того, чтобы просмотреть цифровое видеоизображение, необходимо преобразовать цифровую информацию обратно в аналоговую форму. Данную процедуру осуществляет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC – Analog-to-Digital Converter). ЦАП формирует необходимый аналоговый видеосигнал, который воспринимается видеомонитором или телевизором, что позволяет осуществить просмотр видеофрагмента.

Цифровой способ записи звука

Цифровой способ записи звука основывается на преобразовании аналогового аудиосигнала в цифровое представление. Этот процесс представляет собой измерение значения амплитуды входного аудиосигнала с определенной частотой дискретизации и последующее кодирование полученного значения в двоичной форме. Таким образом, после аналого-цифрового преобразования аналоговый сигнал преобразуется в последовательность логических нулей и единиц, которые могут кодироваться всего двумя уровнями: высоким и низким. Эти два сигнала обычно сильно отличаются друг от друга по сравнению с компонентами сложного исходного сигнала, и их гарантированно только два. Следовательно, при перезаписи информации восстановление этих сигналов позволяет свести помехи к нулю, т. е. осуществить перезапись цифрового звука без потери качества.

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.