Мультимедиа системы. Компьютер и видео

ФГБОУ ВПО

Уфимский государственный нефтяной технический университет

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра ГиРНГМ

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Информационные системы»

Мультимедиа системы. Компьютер и  видео.                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. МГЛ-21-12-01

Зиянгирова М. В.

Проверил: Абабков К. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа – 2013

Оглавление

 

• Введение

Мультимедиа (англ. "multimedia" от лат. "multum" - много и "media", "medium" - средоточие; средства) - это электронный носитель, среда распространения или программно-технический комплекс (устройство), включающие несколько видов информации.

Мультимедиа  – это совокупность компьютерных технологий, одновременно использующих несколько информационных сред: графику, текст, видео, фотографию, анимацию, звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Технологию мультимедиа составляют специальные аппаратные и программные средства.

В современных  информационных технологиях информацию, включающую текст, изображение, звук как  отдельно, так и в совокупности, базирующуюся на НИТ, называют “мультимедиа”.

Мультимедийные технологии - это совокупность современных средств аудио- теле-, визуальных и виртуальных коммуникаций, используемых в процессе организации, планирования и управления различных видов деятельности.

Средства мультимедиа  позволяют создавать базы, банки данных и знаний в сфере культуры, науки и производства. Такие продукты всё более завоёвывают рынок пользователей. Мультимедиа технологии широко используются в рекламной деятельности, при организации управления маркетингом средств и методов продвижения товаров и услуг, в обучении и досуговой деятельности.

К компьютерным средствам мультимедиа относят: специальное ПО, а также: CD и DVD драйверы и компакт-диски к ним; аудиокарты, аудио колонки, наушники и микрофоны; видеокарты; аудио- и видео периферийные устройства (цифровые кинокамеры и фотоаппараты и др.).

Технология мультимедиа  позволяет вводить, сохранять, перерабатывать и воспроизводить текстовую, аудиовизуальную, графическую, трёхмерную и иную информацию.

Организации и  подразделения, обладающие информационными ресурсами и средствами мультимедиа, использующими мультимедийные технологии порой называют медиатеками.

Технические средства мультимедиа, как и любые компьютерные информационные системы, позволяют  выполнять все виды информационных процессов.

• 1.Основные возможности технологии

Мультимедиа (multimedia) - это современная компьютерная информационная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение  и анимацию (мультипликацию).

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.

Появление систем мультимедиа подготовлено как с требованиями практики, так и с развитием теории. Однако, резкий рывок в этом направлении, произошедший в этом направлении за последние несколько лет, обеспечен прежде всего развитием технических и системных средств. Это и прогресс в развитии ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графические возможности, характеристики внешней памяти, и достижения в области видеотехники, лазерных дисков —  аналоговых и CD-ROM, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграла так же разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных.

Несомненным достоинством и особенностью технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в представлении информации:  
· возможность хранения большого объема самой разной информации на одном носителе;  
· возможность увеличения (детализации) на экране изображения или его наиболее интересных фрагментов, иногда в двадцатикратном увеличении (режим "лупа") при сохранении качества изображения;  
· возможность сравнения изображения и обработки его разнообразными программными средствами с научно- исследовательскими или познавательными целями;  
· возможность выделения в сопровождающем изображение текстовом или другом визуальном материале "горячих слов (областей)", по которым осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации (технологии гипертекста и гипермедиа);  
· возможность осуществления непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения, соответствующего статичному или динамичному визуальному ряду;  
· возможность использования видеофрагментов из фильмов, видеозаписей и т.д., функции "стоп-кадра", покадрового "пролистывания" видеозаписи;  
· возможность включения в содержание диска баз данных, методик обработки образов, анимации (к примеру, сопровождение рассказа о композиции картины графической анимационной демонстрацией геометрических построений ее композиции) и т.д.;  
· возможность подключения к глобальной сети Internet;  
· возможность работы с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);  
· возможность создания собственных "галерей" (выборок) из представляемой в продукте информации (режим "карман" или "мои пометки");  
· возможность "запоминания пройденного пути" и создания "закладок" на заинтересовавшей экранной "странице";  
· возможность автоматического просмотра всего содержания продукта ("слайд-шоу") или создания анимированного и озвученного "путеводителя-гида" по продукту ("говорящей и показывающей инструкции пользователя"); включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;  
· возможность "свободной" навигации по информации и выхода в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.

Основные носители мультимедийных технологий:

В качестве носителей  мультимедийных продуктов используются средства, способные хранить огромное количество самой разнообразной  информации. Как правило, мультимедийные продукты ориентированы либо на компьютерные носители и средства воспроизведения (CD-ROM), либо на специальные телевизионные приставки (СD-i), либо на телекоммуникационные сети и их системы.

· CD-ROM (CD - Read Only Memory) - оптический диск, предназначенный для компьютерных систем.

· CD-i (СD - Interactive) - специальный формат компакт-дисков, разработанный фирмой Philips для TV приставок.

· Video-CD (TV формат компакт-дисков) - замена видеокассет с гораздо более высоким качеством изображения.

· DVD-i (Digital Video Disk Interactive) - формат недалекого будущего, представляющий " интерактивное TV" или кино. В общем -то DVD представляет собой не что иное, как компакт-диск (СD), только более скоростной и много большей ёмкости. Кроме того, применён новый формат секторов, более надёжный код коррекции ошибок, улучшена модуляция каналов.  Видеосигнал, хранящийся на DVD-видеодиске получается сжатием студийного видеосигнала CCIR-601по алгоритму MPEG-2 (60 полей в секунду с разрешением 720x480). Если изображение сложное или быстро изменяется, возможны заметные на глаз дефекты сжатия вроде дробления или размытость изображения. Заметность дефектов зависит от правильности сжатия и его величины (скорости потока данных).

• Видео и анимация.

Сейчас, когда  сфера применения персональных компьютеров всё расширяется, возникает идея создать домашнюю видеостудию на базе компьютера. Однако, при работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость обработки и хранения очень больших объёмов информации, например, одна минута цифрового видеосигнала с разрешением SIF (сопоставим с VHS) и цветопередачей true color (миллионы цветов) займёт (228*358) пикселов * 24 бита * 25 кадров/с * = 442 Мб, то есть на носителях, используемых в современных ПК, таких, как компакт – диск (CD – ROM, около 650 Мб) или жёсткий диск (несколько гигабайт) сохранить полноценное по времени видео, записанное, в таком формате не удастся. С помощью MPEG – сжатия объём видеоинформации можно заметно без заметной деградации изображения.

MPEG – это аббревиатура от Moving Picture Experts Group. Эта экспертная группа работает под совместным руководством двух организаций ISO (Организация по международным стандартам) и IEC (Международная электротехническая комиссия). Официальное название группы – ISO/IEC JTCI SC 29 WG 11. Её задача – разработка единых норм кодирования аудио – и видео сигналов. Стандарты MPEG используются в технологиях CD – i CD – Video, являются частью стандарта DVD. Активно применяются в цифровом  радиовещании, в кабельном и спутниковом ТВ, Интернет – радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по каналам ISDN и многих других электронных информационных системах. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны следующие:

MPEG – 1 предназначен  для записи синхронизованных  видеоизображений (обычно в формате  SIF, 228*358) и звукового сопровождения  на CD – ROM с учётом максимальной  скорости считывания около 1,5 Мбит/с.

MPEG – 2 предназначен  для обработки видеоизображения  соизмеримого по качеству с  телевизионным, при пропускной  способности системы передачи  данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с,  профессионалы используют и большие  потоки, в аппаратуре используются  потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MPEG – 2, переходят многие телеканалы, сигнал сжатый в соответствии с этим стандартом транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объёмов видеоматериала.

MPEG – 3 предназначен  для использования в системах телевидения высокой чёткости (high – defenition television, HDTV)со скоростью потока данных 20 – 40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG – 2 и отдельно теперь не упоминается.

MPEG – 4 задаёт  принципы работы с цифровым  представлением медиа – данных для трёх областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений и цифрового телевидения.

Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остаётся достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра. Исходные (Intra) кадры кодируются только с применением внутрикадрового сжатия по алгоритмам, аналогичным используемым в JPEG. Кадр разбивается на блоки 8*8 пикселов. Над каждым блоком производится дискретно – косинусное преобразование (ДКП) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствии высокой пространственной корреляции яркости между соседними пикселями  изображения, ДКП приводит к концентрации сигнала и низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодирования кодами переменной длины. Обработка предсказуемых (Predicted) кадров производится с использованием предсказания вперёд по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам. Кадр разбивается на макроблоки 16*16 пикселов, каждому макроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения. Эта процедура называется анализом и компенсацией движения.

Допустимая степень  сжатия для предсказуемых кадров превышает возможную для исходных в 3 раза. В зависимости от характера  видеоизображения, кадры двунаправленной интерполяции (Bi – directional Interpolated) кодируется одним из четырёх способов: предсказание вперёд, обратное предсказание с компенсацией движения, внутрикадровое предсказание изображения, двунаправленное предсказание при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения элементов изображения. С двунаправленными кадрами связано наиболее глубокое сжатие видеоданных, но, поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, двунаправленные кадры не используются в качестве опорных. Если бы коэффициенты ДКП передавались точно, то восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако ошибки восстановления коэффициентов ДКП, связанные с квантованием, приводят к искажениям изображения. Чем грубее производится квантование, тем меньший объём занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений.

Звук.

Возможна цифровая запись, редактирование, работа с волновыми  формами звуковых данных (WAVE), а также  фоновое воспроизведение цифровой музыки. Предусмотрена работа через порты MIDI. В последнее время особую популярность получил формат МР3. В его основу положены особенности человеческого слухового восприятия, отражённые в «псевдоаккустической» модели. Разработчики MPEG исходили из постулата, что далеко не вся информация, которая содержится в звуковом сигнале, является полезной и необходимой – большинство слушателей её не воспринимают. Поэтому определённая часть данных может быть сочтена избыточной. Эта «лишняя» информация удаляется без особого вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень «очистки2 определяется путём многократных экспертных прослушиваний. При этом стандарт позволяет в заданных пределах менять параметры кодирования – получать меньшую степень сжатия при лучшем качестве или, наоборот, идти на потери в восприятии ради более высокого коэффициента компрессии. Звуковой wav – файл, преобразованный в формат MPEG – 1 Layer III со скоростью потока в 128 Кбайт/сек, занимает в 10 – 12 раз меньше места на винчестере. На 100 – мегабайтной ZIP – дискете уменьшается около полутора часов звучания, на компакт – диске – порядка 10 часов. При кодировании со скоростью 256 Кбайт/сек на компакт – диске можно записывать около 6 часов музыки при разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху.

Видеоряд по сравнению с аудиорядом характеризуется  большим числом элементов. Выделяют статический и динамический видеоряды.

Статический видеоряд включает графику (рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме) и фото (фотографии и сканированные изображения).

Динамический  видеоряд представляет собой последовательность статических элементов (кадров). Можно  выделить три типовых группы:

• обычное видео (life video) — последовательность фотографий (около 24 кадров в секунду);
• квазивидео — разреженная последовательность фотографий (6—12 кадров в секунду);
• анимация — последовательность рисованных изображений.

Первая проблема при реализации видеорядов — разрешающая  способность экрана и число цветов. Выделяют три направления:

• стандарт VGА дает разрешение 640 х 480 пикселей (точек) на экране при 16 цветах или 320 х 200 пикселей при 256 цветах;
• стандарт SVGА (видеопамять 512 кбайт, 8 бит/пиксель) дает разрешение 640 х 480 пикселей при 256 цветах;
• 24-битные видеоадаптеры (видеопамять 2 Мбайт, 24 бит/пиксель) позволяют использовать 16 млн. цветов.