Средства мультимедиа, их назначение и применение

Федеральное агентство образования 
Государственное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«Санкт-Петербургского государственного 
Инженерно-экономического университета» 
Кафедра вычислительных систем и программирования

Реферат 
«Средства мультимедиа, их назначение и применение» 
по дисциплине «Информатика»

Руководитель М.О. Сайманова 
Исполнитель В.Алёшина 
Группа 3181

Санкт-Петербург 
2008

1. Введение.

    Что может предоставить человеку потрясающие  возможности в создании фантастического мира (виртуальной реальности), интерактивного общения с окружающим миром, когда пользователь вступает не в роли стороннего пассивного созерцателя, а принимает активное участие в разворачивающихся там событиях, общаясь не на привычном языке, а на языке звуковых и видео образов? Да, уверена, вы догадались, что речь идёт о мультимедиа.

    Мультимедиа – это полноценное объединение компьютерных и других информационных технологий: видео, аудио, фото, кино, телекоммуникаций, не говоря уже о тексте и графике. С помощью приложений мультимедиа текст, графика, аудио – и видеоинформация объединяются в единое информационное поле, подобно тому, как в кинофильме объединяются звук и движущееся изображение. Однако в отличие от кинофильма мультимедиа представляет собой интерактивную среду, т.е. пользователь может самостоятельно управлять процессом представления мультимедиа с помощью различных средств ввода, а также изменять, редактировать его с помощью программных и аппаратных средств.

    В своём реферате я постараюсь раскрыть смысл программных и аппаратных средств мультимедиа, приведу их различные классификации, также расскажу об их назначении и применении. Но для этого, на мой взгляд, необходимо поближе познакомиться с понятием мультимедиа.

2. Основная  часть

    1. Понятие мультимедиа.

    Термин  мультимедиа употребляется чаще всего для воспроизведения различных эффектов на экране дисплея компьютера, которые создаются в процессе сочетания текстовой, графической, звуковой и видеоинформации, а также использования технологии анимации. Создание и воспроизведение таких эффектов связано с возможностями, предоставляемыми пользовательским интерфейсом. Такой интерфейс создаётся в процессе взаимодействия аппаратных и программных средств на определённой операционной платформе. Поэтому специалисты ассоциируют понятие мультимедиа, прежде всего, с определённым техническим стандартом персонального компьютера (ПК) и набором программных средств.

    Под термином мультимедиа понимается комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих пользователю работать в диалоговом режиме с информацией, представленной в виде графических, текстовых, звуковых и видео файлов, образующих единую информационную среду. Значит, следует предположить, что комплекс аппаратных и программных средств  мультимедиа составляет аппаратно-программную систему мультимедиа или, как принято называть, платформу мультимедиа. В зависимости от базовых параметров и функциональных возможностей аппаратно-программной платформы мультимедиа формируется та или иная технология создания, редактирования, соединения элементов мультимедиа. От технологии создания мультимедиа зависит качество воспроизведения мультимедиа-приложений. [1.5].

    Понятие мультимедиа в информационной среде можно трактовать достаточно широко и узко. Широкое применение данного понятия возникло с появлением лазерных компакт-дисков (CD-ROM), предназначенных для хранения большого объёма данных. Первыми пользователями таких дисков были владельцы больших баз данных, например библиотечные каталоги. Но с повышением технических характеристик ПК лазерные компакт-диски стали неотъемлемой частью компьютерных технологий создания, хранения и воспроизведения информации. Необходимость работы с большим объёмом информации при запуске звука, изображений и видеоинформации в компьютере повлияла на формирование основных методов создания технологии мультимедиа. В основе такой технологии лежит метод соединения информационных объектов, создаваемых с помощью различных программных средств.

    Развитие  технологии CD-ROM дало мощный толчок к формированию производства разнообразных программных мультимедиа-продуктов. Особенно быстро стала развиваться индустрия компьютерных игр, способствовавшая созданию «виртуального» мира.

    В мультимедиа-продуктах реально воплощаются  идеи о возможности человека «путешествовать»  во времени и пространстве с помощью технического средства – компьютера. Для достижения «эффекта реальности восприятия» предметов и процессов человек использует все органы чувств, что и создаёт эффект системного восприятия явлений мира во всём его многообразии. Поэтому воспроизведение различных эффектов от сочетания текстовой, графической, звуковой и видеоинформации принято тоже называть мультимедиа.

    В широком смысле под мультимедиа принято понимать результат, получаемый при использовании взаимосвязи современных компьютерных и телекоммуникационных средств. К таким результатам относят: видеоконференции; мультимедиа-рекламу; мультимедиа-презентации; программы дистанционного обучения; компьютерные игры; видеофильмы, представленные на компакт-дисках CD-ROM и многое другое.

    В техническом смысле мультимедиа представляет собой систему обмена высококачественными изображениями, звуковыми и видео файлами, с помощью которых можно реализовать индивидуальный пользовательский и диалоговый интерфейсы¹. Пользовательский интерфейс в мультимедиа позволяет создавать многообразие эффектов от комбинации различной информации, моделирующей объекты реального мира, а также явления или процессы, наиболее приближенные к реальности.

    Мультимедиа технологии позволили соединить все иды представления информации, которые могут обрабатываться компьютерными средствами. Поэтому инфраструктура мультимедиа представляет собой целый комплекс взаимосвязанных методологических, технических, программных, технологических и производственных систем, которые позволяют создавать мультимедиа-приложения и продукты. [2.8-9].

    2. Программные средства мультимедиа.

    Существует  большое множество программных  средств для разработки мультимедийных приложений. К сожалению, перечисление всех невозможно, остановимся только на самых распространенных программах. Их можно разделить на несколько категорий:

• Средства создания и обработки изображения;
• Средства создания и обработки анимации, 2D, 3D – графики;
• Средства создания и обработки видеоизображения (видеомонтаж, 3D-     титры);
• Средства создания и обработки звука;
• Средства создания презентации. 
  

    Графика и фотоизображения.

    Один  из способов представления изображения  в компьютере — растровая графика² (bitmap). В этом случае изображение делится на элементы (pixels), которые определяют размер картинки — X пикселов по ширине и Y пикселов по высоте. Важной характеристикой является цветовое разрешение растровой графики, определяемое числом битов, используемых для кодирования цвета каждого пиксела (его называют также числом битовых плоскостей). Понятно, что чем больше битовых плоскостей в файле, тем больше места требуется на диске для его сохранения.

    Другой  способ представления — векторная графика³. Векторные изображения сохраняются в виде геометрического описания объектов, составляющих рисунок. Эти изображения могут также включать в себя данные в формате растровой графики. В векторных форматах число битовых плоскостей заранее не определено.

    Графические редакторы ориентированы на манипулирование существующими изображениями (в основном сканированными) и обладают набором инструментов, позволяющих корректировать любой аспект изображения. К примеру: Adobe Photoshop – профессиональный пакет обработки фотографий. Поддерживает работу со слоями и экспорт объектов из программ векторной графики. Обладает полным набором инструментов для коррекции цвета, ретуширования, регулировки контрастности и насыщенности цветов, маскирования, создания различных цветовых эффектов. Более 40 фильтров позволяют создавать разнообразные специальные эффекты. Различными производителями создано множество подключаемых модулей. [4.428].

    2D-графика и анимация.

    В 2D-анимации используются методы покадровой или cel-анимации. Термин cel соответствует отдельному изображению (отдельной фазе движения персонажа). Каждое новое cel-изображение содержит изменение по сравнению с предыдущим, что и воспринимается как движение. При следовании множества cel-изображений один за другим с определённой скоростью создаётся эффект анимационного перемещения объекта. В программах существует функция перемещения cel-изображений над фоном по определённому пути и генерирования кадров между определёнными начальной и конечной точками, т.е. создания промежуточных кадров (твининг – twinning). Применения в компьютерном изображении морфинга (преобразования одного объекта в другой), деформировании, т.е.  использование разнообразных оптических эффектов и циклического изменения света, создаёт анимационный эффект. [1.101].

    CorelDraw - графический редактор, обладающий широкими возможностями и огромной библиотекой готовых изображений, ставший уже классической программой векторного рисования. Пакет предназначен не только для рисования, но и для подготовки графиков и редактирования растровых изображений. Он имеет отличные средства управления файлами и возможность показа слайд фильмов на дисплее компьютера, позволяет рисовать от руки и работать со слоями изображений, поддерживает спецэффекты, в том числе трехмерные, и имеет гибкие возможности для работы с текстами. [4.63].

    3D-графика и анимация.

    Трехмерная  анимация по технологии напоминает кукольную: необходимо создать каркасы объектов, определить материалы, их обтягивающие, скомпоновать все в единую сцену, установить освещение и камеру, а затем задать количество кадров в фильме и движение предметов. Движение объектов в трехмерном пространстве задается по траекториям, ключевым кадрам и с помощью формул, связывающих движение частей сложных конструкций. После задания нужного движения, освещения и материалов запускается процесс визуализации. В течение некоторого времени компьютер просчитывает все необходимые кадры и выдает готовый фильм. Недостатком является чрезмерная гладкость форм и поверхностей и некоторая механистичность движения объектов.  

    Для создания реалистичных трехмерных изображений  используются различные приемы. Для  создания “неровных” объектов, например, волос или дыма, используется технология формирования объекта из множества частиц. Вводится инверсная кинематика⁴ и другие техники оживления, возникают новые методы совмещения видеозаписи и анимационных эффектов, что позволяет сделать сцены и движения более реалистичными.

    Полнофункциональный пакет 3D-моделирования - Painter3D. Он дает возможность применять к объектам текстуры, удары, свет, отражение и свечение, а также позволяет автоматически обновлять текстуры. Кроме всего прочего, этот пакет поддерживает расширения (Plugin), что дает возможность, использовать множество стандартных и дополнительных спецэффектов. В пакет входят дополнения для Ray Dream Studio и 3D Studio MAX. Возможен также импорт (экспорт) объектов из форматов OBJ, DXF или 3DMF. Также, в создании трёхмерной анимации нам могут помочь такие программы, как 3D Studio MAX и Light Wave3D. [2.96-99].

    Видео.

    Для редактирования видео существует большое  количество программных продуктов. В дополнение к пакетам трехмерной анимации существуют узкоспециализированные программы, например, для создания объемных шрифтов. Они также используют разнообразные эффекты анимации, выполняют визуализацию изображения и позволяют создать видео файлы. Так, условно-бесплатный редактор Quick Editor осуществляет основные операции с видеоизображением в формате MOV и AVI быстро и просто. Он представляет собой хорошее и доступное средство для работы с небольшими видеопоследовательностями. Для работы с этим редактором на вашем компьютере должна быть установлена программа просмотра QuickTime версии 3 и выше. Конечно, данный редактор не заменит средств для профессионалов, но для многих небольших проектов будет крайне полезен. Кроме данного редактора, можно ознакомиться с такими программами, как Adobe Premiere и Digital Movie Studio. [2.134].

    Цифровой  звук.

    Хотя  в воспринимаемом человеком потоке информации зрительный канал играет главенствующую роль, но не менее важен и канал звуковой. Звук является наиболее выразительным элементом мультимедиа.

    Программы для работы со звуком можно условно  разделить на две большие группы: программы-секвенсоры⁵ и программы, ориентированные на цифровые технологии записи звука, так называемые звуковые редакторы.

    Band in Box - профессиональный авто аранжировщик фирмы PGmusic. Позволяет создавать импровизации в различных стилях от блюза до техно. Обеспечивает также поддержку аудиозаписи, что дает возможность добавить вокал или инструментальное сопровождение. Мастер стиля показывает, какие стили имеют такой же темп, жанр и чувство. Поддерживает дополнительные подключаемые модули, различные стили, соло, эффекты (MegaPack). Позволяет сохранять файлы в форматах как MIDI, так и WAV, а также использовать установленные в Windows кодеки для сжатия файла.

    Презентации и другие мультимедиа-продукты.

    После создания всех мультимедиа-компонентов необходимо объединить их в единое мультимедиа-приложение. При этом возникает задача выбора программного средства для его разработки. Существующие средства объединения различных мультимедиа-компонентов в единый продукт условно можно разделить на три группы:

• алгоритмические языки для непосредственной разработки управляющей программы;
• специализированные программы для создания презентаций и публикации их в Интернет (быстрая подготовка мультимедиа-приложений);
• авторские инструментальные средства мультимедиа.

    Деление это достаточно условно. Как правило, выбор средства основывается на требованиях к эффективности работы мультимедиа-приложения и скорости его разработки. Также существенным требованием является степень взаимодействия с пользователем. Специализированные презентационные программы ориентированы в первую очередь на передачу информации от компьютера к пользователю. Авторские инструментальные средства позволяют осуществить высокую степень взаимодействия и создать действительно интерактивное приложение.

    Разработка  мультимедиа-приложения на каком-либо алгоритмическом языке требует  знания программирования, хотя современные  среды визуального программирования дополнены различными мастерами для создания отдельных элементов интерфейса, позволяющих автоматизировано получать код программы. Затраты времени на разработку будут в этом случае значительны, но получившееся приложение — оптимальным по использованию ресурсов компьютера и скорости функционирования.

    Программы создания презентации, первоначально  предназначенные для создания электронных  слайдов, помогающих иллюстрировать сообщение  докладчика, теперь все более ориентируются  на применение мультимедиа. Существует большое количество таких программ, различающихся набором изобразительных и анимационных эффектов.

    Наиболее  известна презентационная программа - PowerPoint , входящая в пакет Microsoft Office. По количеству изобразительных и анимационных эффектов не уступает многим авторским инструментальным средствам мультимедиа. Содержит средства для создания гибкого сценария презентации и записи звукового сопровождения каждого слайда. Наличие русскоязычной версии позволяет успешно работать с текстами на русском языке. Встроенная поддержка Интернета позволяет сохранять презентации в формате HTML⁶, однако анимированные компоненты требуют установки специального дополнения PowerPoint Animation Player. Позволяет создавать сложные программные надстройки на языке программирования Visual Basic for Application, что существенно расширяет возможности программы. Специальная надстройка Custom Soundtracks Add-In дополняет презентацию фоновым музыкальным сопровождением с широким выбором мелодий.

    Презентационная программа - PowerPoint 

    3. Аппаратные средства мультимедиа.

    Для построения мультимедиа системы  необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Они используются для перевода аналоговых аудио и видеосигналов в цифровой эквивалент и обратно, видеопроцессоры для преобразования обычных телевизионных сигналов к виду, воспроизводимому электроннолучевой трубкой дисплея, декодеры для взаимного преобразования телевизионных стандартов, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и так далее. Всё оборудование, отвечающее за звук, объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты.

    Аппаратные  средства мультимедиа:

• Средства  создания и обработки изображения;
• Средства создания и обработки анимации, 2D, 3D – графики;
• Средства создания и обработки видеоизображения (видеомонтаж, 3D - титры);
• Средства создания и обработки звука;
• Средства создания презентации.

    Звуковая  карта.

    С течением времени перечень задач  выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта.

    В набор звуковых карт входят драйвера, утилиты⁷, программы записи и воспроизведения звука, средства для создания и произведения презентаций, энциклопедий, игр. [5.247].

    Воспроизведение звука.

    Современные средства мультимедиа дают качество стереозвука, удовлетворяющее самым придирчивым требованиям HiFi (сокращенно это означает высокую верность воспроизведения). Современные платы синтеза звука способны синтезировать звучание одновременно 20 и более музыкальных инструментов, создавая при этом множество специальных звуковых эффектов - плавное изменение громкости каждого инструмента, вибрацию звуков, их модуляцию по частоте и т.д. Появилась возможность записи звуковых сигналов на магнитные носители ПК в виде файлов и их сложной математической обработки, например, наложения сигналов, фильтрации шумов и т.д.

    Сейчас HiFi-звучание неразрывно связано с  лазерными аудиодисками (или компакт-дисками CD), использующими цифровые методы кодирования звуковых сигналов.

    Манипуляторы.

    Простым, удобным и популярным средством  для управления компьютером является мышь.

    Мышь  по своей сути – вследствие простоты управления компьютером, удобнее, чем  клавиатура, хотя они и не всегда взаимозаменяемы. Особенно удобно работать мышью с графическими программами и с таблицами. Чувствительность мыши характеризующей разрешающей способностью. В некоторых ситуациях оказывается удобным работать ножной мышью. Такая мышь представляет собой две педали для ног, одна из которых управляет перемещением курсора, а другая заменяет кнопки. Существуют не только механические мышки, но и оптические, в которых направление и скорость движения определяется по отражению света от специального коврика. Бывают беспроводные мышки, и даже миниатюрные беспроводные мышки, которые при работе одевают на палец как перстень. [3.230].

    Шаровой манипулятор выполняет ту же работу, что и мышь. Да и внешне он выглядит как механическая компьютерная мышь, перевёрнутая на спину. Шарик, по которому ездит мышь и который находится у неё внизу, у манипулятора расположен на виду – сверху. Он вмонтирован обычно в корпус компьютера или в клавиатуру. Для управления компьютером этот шарик вращают в разных направлениях пальцами. Рядом с шариком размещены клавиши манипулятора.

    Если  компьютер используется для игровых  и тренажёрных задач, а также в некоторых случаях, то для управления перемещением объекта по экрану удобно пользоваться специальной ручкой, имеющей название джойстик – в буквальном переводе палочка радости. Эта ручка похожа на одну из ручек пилота в кабине самолёта. Впрочем, джойстиком называют не только ручку, но и другие конструктивные варианты устройства со сходными функциями. Придумали даже джойстик, с которым можно работать на весу, похаживая по комнате.

    Современные джойстики делят на пять конструктивных вариантов. Они могут быть выполнены  в виде самолётной ручки управления или штурвала, а также бывают кнопочными, настольными и комбинированными.

    Виртуальная реальность.

     Виртуальная реальность – это некий  иллюзорный мир, в который погружается и с которым взаимодействует человек. Система виртуальной реальности – это совокупность имитационных программных и технических средств, обеспечивающих эти погружение и взаимодействие. Для полного погружения необходимо оградить человека от информации, поступающей из внешнего мира; необходимо ввести стимулы, побуждающие человека прибывать в виртуальном мире. Для обеспечения интерактивности надо, чтобы система виртуальной реальности воспринимала управляющие воздействия человека. Побуждающие стимулы и управляющие воздействия должны быть многомодальными, т.е. зрительными, звуковыми, осязательными и одоральными (использующими запахи). Для реализации таких требований в современных системах используются разнообразные звуковые и видео технологии, в частности, объёмные и звуковые и видеосистемы (звуковые системы классов «квадро» и «долби», стерео дисплеи и стерео мыши). Также используют головные дисплеи – шлемы и очки виртуальной реальности, виртуальные бинокли,  управляющие перчатки, кибернетические силовые жилеты и другие экзотические устройства, уже существующие сегодня. И всё это в совокупности с беспроводным интерфейсом. [3.251].

 Очки виртуальной реальности.

    Лазерные  диски, CD-ROM.

    В связи с ростом объемов и сложности  программного обеспечения, широким внедрением мультимедиа приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компакт- дисков CD-ROM. Эти устройства и сами диски, относительно недорогие, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650 Мбайт), поэтому они очень удобны для поставки программ и данных большего объема, например каталогов, энциклопедий, а также обучающихся, демонстрационных и игровых программ. И многие программы полностью или частично поставляются на CD-ROM.

    Компакт - диски, изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно вошли на рынок компьютерных устройств. Оптические компакт- диски перешли на смену виниловым дискам в 1982 году. Было решено, что стандарт рассчитан на 74 минуты звучания "Red Book". Когда 74 минуты пересчитали в байты, получилось 640 Мбайт.

    Как и в компакт-дисках, применяемых  в бытовых CD - плейерах, информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска.

    Хотя  по внешнему виду и размеру используемые в компьютерах компакт-диски не отличаются от дисков, применяемых в бытовых CD - плейерах, однако компьютерные устройства для чтения компакт-дисков стоят существенно дороже. Это не удивительно, ведь чтение программ и компьютерных данных должно выполняться с высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение используемых в компьютере компакт-дисков осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности. Использование такой технологии позволяет записывать на компакт-диски очень большой объем информации (650 Мбайт), и обеспечивает высокую надежность информации. [1.42 - 47].

    Видеокарты.

    В настоящее время имеется большое  количество устройств, предназначенных для работы с видео – сигналами на IBM PC⁸ – совместимых компьютерах. Условно все эти устройства можно разбить на следующие группы: графические карты с мультимедиа – акселераторами⁹, фрейм – грабберы (frame grabber), устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (capture – pay), TV – тюнеры, преобразователи сигналов VGA –TV, MPEG–плейеры. Разумеется, что данная классификация далеко не полная. Более того, стоит ещё раз отметить, что подобное разбиение весьма и весьма условно, поскольку устройства одного класса могут включать в себя возможности, отнесённые к другому классу устройств. Так, преобразователи сигналов VGA –TV может включать и телевизионный тюнер, а, например, фрейм – граббер использовать MPEG–декодер. Тем не менее, даже приблизительная классификация подобных устройств способствует уяснению их возможностей и областей применения.

    TV-тюнеры.

    Эти устройства выполняются обычно в  виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал, поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкордера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств, таких как MPEG-плейеры или фрейм-грабберы.