Мультимедиа в образовании: контекст информатизации (стр. 42 )

MIDI-клавиатура при нажатии на клавиши генерирует MIDI-команды, которые пересылаются в компьютер. Компьютер, используя встроенный на звуковой плате синтезатор, воспроизводит звучание соответствующей ноты или в целом воспроизводит проигрываемый музыкальный фрагмент.

Такая недорогая конфигурация позволяет в домашней студии заниматься созданием музыкальных произведений, которые в дальнейшем могут быть перенесены на профессиональные музыкальные инструменты и воспроизводиться более естественными голосами, чем голоса инструментов, синтезированных звуковой платой компьютера.

Motion-JPEG сжатие

Стандарт компрессии JPEG (Join Photographic Expert Group) был разработан объединенной группой экспертов по фотографии международной организации стандартов (ISO). Как ясно уже из названия, схема компрессии была разработана для неподвижных изображений. Так как видео, в сущности, есть последовательность неподвижных изображений, то JPEG кодирование может применяться и для компрессии видеоизображений. Иногда этот стандарт называют «динамический» JPEG.

В основе схемы компрессии JPEG лежит дискретное косинусоидальное преобразование. К преимуществам JPEG относится тот факт, что каждый кадр сжимается независимо от остальных и для восстановления исходного изображения не нужно задействовать информацию из соседних кадров. Такое построение сжатых данных позволяет осуществлять произвольный доступ, коммутацию и монтаж видеофрагментов проще, чем при использовании других методов кодирования. Недостатком данного формата является относительно меньшая степень сжатия по сравнению с другими системами. Например, в системе с JPEG может понадобиться 20 Мбит для записи 1 с. видеоизображения «вещательного» качества с разрешением 625 строк, что слишком много для компьютерной обработки.

Mp3

В конце XX в. получили широкое распространение алгоритмы адаптивной компрессии звука. Среди них один из самых популярных – MPEG Layer Ⅲ (или просто mp3). Отличительная особенность этого кодека состоит в том, что в нем используется не только математическая компрессия данных, но и учитываются особенности восприятия звука человеком. Психоакустическая модель учитывает ограниченность воспринимаемого на слух спектра звуковых частот, эффект маскировки громкими звуками тихих. На первом этапе спектр звукового сигнала разбивается на несколько частотных диапазонов. Затем параметры кодирования звука подбираются отдельно для каждого из этих диапазонов. Чем сложнее сигнал в конкретной полосе частот, тем с большей точностью (большим количеством бит) он будет представлен в выходном файле.

Важным компонентом mp3 является временная компрессия. Суть ее состоит в экстраполяции (прогнозировании) сигнала в предстоящий момент времени на основе предыдущих значений.

В итоге, трехуровневая схема кодирования звукового сигнала позволяет достигать компрессии 11:1 с малозаметной на слух потерей качества звучания. Для сравнения: алгоритм компрессии ADPCM обеспечит примерно то же качество звука при коэффициенте компрессии 4:1.

MPEG-1 и MPEG-2 алгоритмы сжатия

MPEG (Motion Picture Experts Group) – это стандарт компрессии видеоизображения, разработанный в 1991 году группой экспертов в области цифрового видео. Алгоритм изначально разрабатывался для кодирования движущегося изображения и позволяет уменьшить поток видеоданных до 1,1 Мбит в секунду.

Алгоритм обеспечивает коэффициент сжатия в пределах от 40:1 до 200:1, сохраняя при этом полный размер кадра. Частота кадров может варьироваться от 24 до 30 в с. Качество сжатого при помощи алгоритма MPEG видеоизображения соответствует качеству бытовых видеомагнитофонов.

Несколько позже был создан алгоритм кодирования, названный MPEG-2. Этот алгоритм изначально разрабатывался для обеспечения более качественного результирующего изображения, соответствующего стандартам, принятым в телевидении. В соответствии со стандартом MPEG-2 регламентируется возможный поток данных, равный 10 – 15 Мбит в секунду, при сохранении полного кадра в формате Betacam и частоте кадров, равной 24 – 30 в с.

PostScript-графика

PostScript означает специальный язык программирования, разработанный фирмой Adobe Systems Inc. Основной исходной проблемой при разработке этого языка было то, что графика и тексты высокого разрешения в растровом виде занимали слишком большой объем. Для того, чтобы сократить объем данных, был разработан язык программирования, способный описывать как текст, так и графические изображения, расположенные на странице. С введением PostScript отпала необходимость хранить информацию о каждом пикселе изображения, достаточно сохранить описание страницы, а восстановит изображение специальное RIP (Raster Image Processor) – устройство, которое осуществляет необходимую перекодировку.

Через непродолжительное время после выхода на рынок, PostScript был принят в качестве универсального структурированного языка описания страниц, построенного на объектно-ориентированных командах рисования. В настоящее время данный стандарт поддерживается большинством графических редакторов, таких как Illustrator фирмы Adobe Systems Inc, CorelDraw фирмы Corel Corp. и др.

QuickTime for Windows

QuickTime for Windows – это технология, которая дает возможность приложениям проигрывать файлы цифрового видео (ФЦВ) формата QuickTime и просматривать растровые изображения (картинки) в этом же формате.

QuickTime – программный комплекс, изначально написанный для компьютеров типа Macintosh, который обеспечивает создание цифровых видеоклипов и их воспроизведение. Любое приложение Windows может проигрывать один или более ФЦВ формата QuickTime for Windows либо из текстового процессора или электронной таблицы, либо из отдельного приложения, специально созданного для воспроизведения видеоклипов.

Традиционное кино, записанное на пленке, диске или видеокассете – это непрерывный поток данных. QuickTime ФЦВ – это стандартный файл с расширением МОV. Видеоклип содержит оцифрованные видео - и аудиоданные вместе с информацией, описывающей порядок, в котором кадры видеоклипа будут воспроизводиться.

QuickTime ФЦВ хранят в себе всю необходимую для воспроизведения информацию и называются самосодержащими (self-contained). Все видео - и аудиоданные находятся в едином файле, который ссылается на программу QuickTime for Windows через вызовы QuickTime for Windows API каждый раз, когда приходит время загрузить такой файл.

Для проигрывания QuickTime ФЦВ они должны иметь два следующих параметра: Playable on no-Apple platform (проигрываемый на платформе, отличной от Apple) и Self contained. В этом случае воспроизведение ФЦВ под Windows производится при помощи программы Windows Media Player.

Video for Windows

Программа Video for Windows может проигрывать видеопоследовательности на персональном компьютере без специального аппаратного обеспечения. Многие преимущества и свойства Video for Windows – приемлемое воспроизведение видеоклипов с жесткого диска или CD-ROM, «нормальное» проигрывание на компьютерах с малым объемом оперативной памяти, быстрая загрузка видеопоследовательностей, сжатие видеоизображения и т. д. – напрямую следуют из технологии «чередования» видеокадров с аудиоданными, применяемой при создании видеопоследовательности. Video for Windows хранит файлы в формате, который поддерживает чередование данных и называется Audio Video Interleaved (AVI) формат.

Wave Table-синтез

В течение ряда лет люди исследовали звуки музыкальных инструментов и пробовали имитировать их с помощью компьютера. На основе спектрального анализа звука музыканты и компьютерные специалисты смогли создать сложный звук из простых синусоидальных волн. Эти волны могут создаваться с помощью простого генератора периодического сигнала. Генератор может быть или аналоговый, или цифровой. FM-синтез использует аналоговый генератор, WaveTable – цифровой. В Wave Table все сэмплы (примеры, выборки) звуков различных инструментов могут быть сохранены в таблице, в памяти на звуковой плате или оперативной памяти компьютера. Такой генератор является самостоятельной единицей и может воспроизводить звуковую волну в соответствии с реальными параметрами амплитуды и частоты, сохраненными в таблице. Эти параметры могут регулироваться в реальном времени, что дает, например, изменение высоты тона.

В случае использования FM-синтезатора возможно использовать только 128 инструментов, описание волновых форм которых находится в ПЗУ на звуковой карте. Звучание этих инструментов имеет характерный «электронный» оттенок. В случае использования WaveTable-синтезатора воспроизведение происходит на основе заранее записанного звучания инструмента. В результате получаемый звук является более реалистичным по сравнению со звуком FM-синтезатора.

2 1/2 D-эффекты

Создание графических изображений в виде двумерной имитации присутствия в трехмерном пространстве принято определять как 2 1/2 D-графику. Иными словами, 2 1/2 D-графика создает иллюзию присутствия третьей координатной оси, направленной перпендикулярно плоскости экрана.

Подобные эффекты достигаются следующими путями:

деформацией формы 2D-объекта с целью создания эффекта нефронтальной ориентации; формированием изометрии объемных фигур с плоскими гранями (куб, пирамида и т. д.) по принципу мозаики из отдельных 2D-элементов; автоматическим центральным или косоугольным проецированием 2D-фигуры с добавлением эффекта перспективы и указанием точки схода; автоматическим экструдированием – выдавливанием (наращиванием) в глубину, с добавлением эффекта перспективы и указанием точки схода, угла зрения и источника света; наложением специальных фильтров, «формирующих» цилиндрические и шарообразные поверхности; градиентными заливками плоскостей, имитирующими светотеневые эффекты отраженного и падающего света; автоматическим просчетом светотеневых эффектов при освещении плоскостей, расположенных под определенным углом и на определенном расстоянии от направленного источника света.

Большинство операций выполняется автоматически. Пожалуй, только деформация по законам нефронтальной ориентации и мозаичная компоновка «3D-объектов» требуют от пользователя способности к пространственному мышлению.