Мультимедиа технологии. Часть 1. Основы Мультимедиа технологий

? VQF (.vqf) – новый формат фирмы Yamaha, использует сжатие с битрейтами 8-96 Кбит/с. Разработчиками декларируется, что по качеству звука VQF-файл с битрейтом 80 Кбит/с эквивалентен MP3-файлу с битрейтом 128 Кбит/с;

? свободный аудиокодек без потерь (Free Lossless Audio Codec, FLAC) (.fla) – предназначен для сжатия аудио. В отличие от кодеков с потерями OggVorbis, MP3 и AAC не удаляет никакой информации из аудиопотока и подходит как для ежедневного прослушивания, так и для хранения коллекции музыки в высоком качестве. Поддерживает любые частоты семплирования в диапазоне 1-65535 Гц, разрядность аудио 4-32 бита, а также возможность кодирования многоканального звука;

? формат Monkey's Audio или APE (от английского ape – обезьяна, примат) (.ape) – популярный формат кодирования цифрового звука без потерь. Средний битрейт в аудиофайле составляет 600-700 Кбит/с, среднее сжатии – 40-50 % в зависимости от жанра музыки (лучше сжимаются классика и джаз). Существует 4 степени сжатия. Обеспечивает поддержку тегов для поиска композиций в музыкальной коллекции, а также проверку целостности файла при раскодировании. Поддерживается восстановление оригинального WAV-файла из сжатого APE-файла [14-16].

Гиперграфика реализуется путем наложения на изображение прозрачной маски, на которой определяется система зон, ассоциируемых с его фрагментами. В инструментальных средствах такие зоны называются контактными областями (hot spots – «горячие пятна»). В функциональном плане контактные области играют ту же роль, что и гиперссылки, т.е. обеспечивают интерактивность приложения. Наступление связанных с ними событий (подвод мыши к контактным областям, ее щелчки на них, отвод мыши за их границы и т.д.) может инициировать выполнение определенных действий.

Изображение, которое может многократно выводиться на экран и удаляться с него при наступлении определенных событий без смены текущего кадра или страницы, называется спрайтом. Например, представления отпущенной и нажатой кнопки, ассоциируемые с соответствующими состояниями данного элемента пользовательского интерфейса. К анимированным относятся графические компоненты (в том числе спрайты), которые могут двигаться в границах окна кадра или страницы [13].

Видеокомпоненты и анимации. Классификация видеокомпонентов и анимаций приведена на рис. 1.4 [13].

Рис. 1.4. Классификация видеокомпонентов и анимаций

Традиционный видеокомпонент содержит две синхронно воспроизводимые составляющие, называемые дорожками (tracks): визуальную (видеодорожку) и звуковую. Видеодорожка образована последовательностью кадров, представляющих собой неподвижные графические изображения. Различия между видеокомпонентами и анимациями определяются характером этих изображений. Изображения в видеокадрах являются реалистичными. Их источниками служат кадры фото- или видеосъемки реальных объектов. Изображения в анимациях имеют условный, искусственный характер. Они формируются с помощью программ создания анимации (аниматоров), графических редакторов и систем геометрического моделирования. Существуют форматы, допускающие наличие нескольких видео- и аудиодорожек.

Существует тенденция стирания границ между видео и анимацией, проявляющаяся в трех аспектах:

1) синтезированные изображения становятся все более реалистичными. Это достигается за счет моделирования оптических эффектов, учитывающих свойства визуализируемых объектов, а также включения в условные представления фотоизображений (чаще всего – текстур поверхностей);

2) при обработке видеокомпонентов используются разнообразные визуальные эффекты;

3) в рамках одной видеодорожки реалистичные представления могут сочетаться с искусственными, например, на кадры видеосъемки накладываются титры, на ее фоне могут действовать анимированные персонажи [13].

Файлы трехмерной графики и анимации. Если достаточно быстро и незначительно изменить расположение или форму объекта, то глаз будет воспринимать это как движение. Это явление и легло в основу анимации и кино. Компьютер не только упростил создание традиционной (2D) анимации, но привнес новые элементы: объем и глубину на основе использования трехмерной (3D) графики и анимации.

3D-изображения сохраняются в формате Open-SPX и могут легко использоваться в Web-приложениях.

Наибольшее распространение получили следующие форматы файлов компьютерной анимации [4]:

? формат записи (чередующейся) аудио-видео информации (Audio-Video Interleaved, AVI) (.avi). Использует от 8 до 24 битов для кодирования цвета, скорость сжатия может варьироваться. Применяется для записи компьютерной анимации;

? FLI (.fli) – формат записи компьютерной анимации для программы Autodesk Animator. Позволяет записывать информацию с разрешением 320?200 и 8-битным цветом. Сжатия не имеет, основан на внешней шифрации/дешифрации, подобной RLE;

? FLC (.flc) – дальнейшее развитие формата FLI для программы Autodesk Animator Pro. Позволяет записывать информацию с разрешением 1280?1024 и 8-битным цветом. Сжатия не имеет, основан на внешней шифрации/дешифрации, подобной RLE;

? MPEG (.mpg) – формат записи видеоинформации с цветовым разрешением от 8 до 24 битов, может использоваться для записи анимационных файлов;

? GIF (.gif). Его спецификация GIF89a предусматривает возможность записи анимации. Записывая GIF-файл в виде серии кодов и последовательно отображая их с запрограммированными интервалами (сотые доли секунды), можно создавать простые анимационные изображения;

? ShockWave (.dcr) – формат программного модуля Macromedia Shockwave для использования с программами Macromedia Director и Authorware.

Видеофайлы. Если анимация основана на «оживлении» рисованных картинок и персонажей, то видео и кино – это ожившее фотографическое изображение. Популярны следующие форматы видеофайлов [4]:

? AVI (.avi) – является базовым форматом для представления видеокомпонентов в ОС семейства Windows. Информация в AVI-файле может быть несжатой или упакованной;

? WMV (.wmv) – входит в семейство форматов Windows Media. В нем используются алгоритмы компрессии, разработанные в рамках данной технологии. WMV-файл содержит упакованную видеодорожку и звуковую дорожку в формате WMA;

? Quick Time Movie (MOV) (.qt, .mov) – комплексный ММ формат, обеспечивающий интерактивные возможности. Может включать множество дорожек, содержащих ММ данные практически всех рассматриваемых здесь типов. Назначение формата MOV выходит далеко за рамки представления видео и анимаций;

? MPEG (.mpg, .mpeg, .dat) – ориентирован на представление видеофильмов, видеоклипов и записей телепередач;

? формат цифрового видео (Digital Video, DV) (.dv) – разработан для цифровых видеокамер и видеомагнитофонов, не является компактным форматом;

? формат для сжатия цифрового видео Compression Engine Movie (.cem) – основан на технологии волнового преобразования (как и WIF).

Рассмотренные форматы файлов для представления видео и анимаций в большей или меньшей степени можно отнести к числу универсальных. Наряду с ними существуют и другие форматы, используемые в различных инструментальных средствах для обработки видео и создания анимаций [13, 17].

Интерактивные трехмерные представления. Недостатком традиционных графических компонентов, видео и анимаций является их низкая интерактивность, которая в основном сводится к управлению их отображением и воспроизведением. К подобным возможностям относятся изменение масштаба изображения и его протяжка (сдвиг относительно границ окна), прерывание и возобновление воспроизведения, изменение его скорости и направления, переход к началу, концу и произвольному кадру видео или анимации, демонстрация их в покадровом режиме и т.д. [13].

Один из путей повышения интерактивности данных информационных компонентов связан с их функциональной реализацией. При этом единые файлы видео и анимаций заменяются совокупностями их фрагментов, отдельных изображений (кадров), гиперграфики и спрайтов, выводимых на экран средствами воспроизведения в соответствии с определенным сценарием с учетом текущей ситуации и воздействий пользователя. Положительной чертой такого подхода является его универсальность. Его главные отрицательные стороны заключаются в трудоемкости разработки, как правило, связанной с программированием, и неотделимостью подобных компонентов от среды их воспроизведения.

Альтернативу функциональному способу составляют технологии, позволяющие создавать интерактивные визуальные представления в форматах, рассчитанных на применение в различных программных средствах. Данные информационные компоненты собирательно были названы интерактивными трехмерными представлениями. Они могут использоваться как в рамках приложения, взаимодействуя с его функциями, так и воспроизводиться автономно с помощью подходящей программы-плеера [13].

Классификация интерактивных трехмерных представлений показана на рис. 1.5 [13].

Рис. 1.5. Классификация интерактивных трехмерных представлений

Для хранения интерактивных трехмерных представлений используются форматы [4]:

? MOV (.qt, .mov), в котором для них предусмотрены специальные типы дорожек;

? формат компании Interactive Picture (IPIX) – для создания виртуальных панорам на основе панорамных фотографий с возможностью перемещения по трем осям координат в произвольном направлении;

? формат Image Object (IMOB) – для создания виртуальных панорам, но возможности уже, чем IPIX;

? формат Cult 3D – для создания, рассмотрения (с разных сторон) и анимации трехмерных моделей (приближения и удаления);

? формат языка моделирования виртуальной реальности (Virtual Reality Modeling Language, VRML) (.vrml);

? формат SPX – для создания трехмерных представлений, которые обладают фотореалистическим качеством и имеют меньший объем, чем MOV [13, 17].

1.1.5. Разновидности и форматы CD и DVD

Используются два типовых размера CD и DVD: ? 12 см; ? 8 см (? – диаметр), а также два основных типа CD и DVD: для однократной (R) и многократной (RW) записи.

CD являются однослойными и односторонними (рабочая сторона снизу). Разновидности CD ? 12 см бывают емкостью: 650 Мб (74 мин.), 700 Мб (80 мин.), 800 Мб (90 мин.), 870-900 Мб (99 мин.); ? 8 см – от 193 Мб (22 мин.) до 210 Мб. При записи (прожиге – burn) аудио-CD допускается небольшое превышение емкости (перепрожиг – overburn), величину которого профессионалы подбирают опытным путем. Основные форматы CD: CD-DA, CD-ROM (для записи файлов, в том числе MP3), Video-CD.

Конкурентом CD в качестве мобильного носителя оперативной информации является носимое устройство Flash-памяти емкостью 128 Мб – 64 Гб, скорость копирования на которое во много раз превышает скорость записи CD.

Разновидности DVD приведены в табл. 1.2. Здесь указаны реальные значения емкости на основе компьютерных соответствий (1Гб = 1024 Мб и т.д.), в то время как часто используется и другой подход (1Гб = 1000 Мб и т.д.), дающий завышенные характеристики (например, 4,7 Гб для DVD-5; 8,5 Гб для DVD-9 и т.д.).

Таблица 1.2

Основные форматы DVD: DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio. Известен и гибридный формат CD/DVD – Super Audio CD (компаний Sony и Philips), объединяющий на одном DVD стандартный слой данных CD-DA объемом 650 Мб (на наружной стороне незадействованной пустой DVD-подложки) со слоем (полуотражательным) данных DVD объемом 4,37 Гб. В результате обеспечивается возможность считывания слоя CD-DA обычными CD-проигрывателями [9, 10].

Для сравнения перспективные диски технологии Blu-ray имеют ? 12 см, толщину 1,2 мм и вмещают: однослойные – 25 Гб, двухслойные – 50 Гб контекста высокого разрешения (High Definition, HD). Ожидается скорое появление дисков Blu-ray на 100 Гб и 128 Гб.

1.2. Требования к системе мультимедиа