Мультимедийные технологии предоставляют новые возможности создания электронных изданий в виде виртуальной реальности в условиях интерактивного режима взаимодействия пользователя с программно-информационной средой. При этом пользователь может выступать не только в качестве пассивного читателя или наблюдателя, но и принимать активное участие в разворачивающихся событиях. Этот режим взаимодействия с электронным изданием распространяется на многие области: всевозможные игры; моделирование различных процессов в условном масштабе времени; создание, обработка и воспроизведение динамических изображений в реальном масштабе времени; применение двух- и трехмерной анимации, видео и звука.
Особая роль мультимедийным технологиям отводится при создании электронных изданий. Именно здесь открываются недостижимые ранее возможности. Например, при создании произведений в области искусства можно осуществлять демонстрацию изобразительных произведений художника или экспозиции картинной галереи с одновременным речевым сопровождением этого процесса.
Трудно переоценить возможности мультимедиа и в области рекламы, электронных изданиях по географии, истории, в области образования и т.д. Например, в книге «Цусима» (А.С. Новиков-Прибой) в приложении приведены схемы расположения русской и японской эскадр в Цусимском проливе на конкретное время (русско-японская война 1904-1905 гг.). В подобное электронное издание могли бы быть включены анимационные ролики с речевыми пояснениями. В области образования изучение исторических событий можно сопроводить демонстрацией не только анимаций, но и оцифрованных видеороликов и фрагментов кинодокументации с соответствующими речевыми пояснениями.Такие же возможности можно использовать и при изучении физики, химии,специальных дисциплин и т.д.
Таким образом, современные электронные издания имеют сложную информационную структуру, включающую различные компоненты: текстовой материал, полутоновые и цветные иллюстрации и графику, анимационную графику, видео- и аудиоматериалы. Рассмотрим эти компоненты более подробно.
1.1. Текстовая информация
Основу большинства электронных изданий, как и печатных изданий, составляет текстовой материал. Именно на текст ложится основная семантическая нагрузка. Текстовой материал электронных изданий может подготавливаться в текстовых редакторах или программных пакетах верстки и оформляться в соответствии с требованиями, предъявляемыми к печатным изданиям. При подготовке публикации каждая из указанных программ подготавливает текстовые файлы в своем формате, однако последующая печать на твердый носитель обеспечивает одинаковые возможности по восприятию текстовой и графической информации.
Иное дело в электронных изданиях. Здесь восприятие текстовой информации осуществляется на основе представления любого издания на экране монитора ПЭВМ или специального электронного устройства. Поскольку такие издания могут подготавливаться в различной программной среде, для воспроизведения электронного документа необходима именно эта среда или другая, но программно и информационно совместимая с ней. Таким образом, на ПЭВМ должны быть инсталлированы все наиболее вероятные программные средства прочтения электронных изданий.
Одной из возможностей избежать подобной ситуации является использование стандартных текстовых форматов. Но на сегодняшний день существуют стандарты (юридические) только на способы кодирования символов. Поэтому в электронных изданиях и гипертекстовых электронных HTML-документах применяют коды ASCII, ASNI или двухбайтовый код UNICODE. Такой же подход избран и при подготовке электронных документов по Help-технологиям.
Фирма Adobe Systems предложила свой подход к решению проблемы программно-информационной совместимости электронных изданий. В качестве стандартного (де-факто) текстового формата выбран формат разметки текста PDF. Это объясняется тем, что практически в каждой программе текстовых редакторов или пакетов верстки имеются трансляторы формата документа, созданного в определенной программе, в формат PDF. Поэтому любой электронный документ можно представить в едином виде (в стандарте де-факто PDF) и осуществить его просмотр в программе Adobe Acrobat.
В некоторых электронных документах текстовой материал используется в качестве комментария к графическим или анимационным элементам электронных изданий. К таким электронным изданиям относят гиперграфические и мультимедийные издания.
Исходный текстовой материал электронного издания может подготавливаться традиционными способами: с помощью клавиатурного набора; сканирования текстовых блоков исходного документа с последующим распознаванием символов в среде соответствующих программ распознавания текста; переноситься на компьютер с помощью магнитных носителей; передаваться по сети и т.д.
В электронных документах текст играет двоякую роль. Прежде всего он несет основную семантическую нагрузку в большинстве видов электронных изданий. Как правило, этот текстовой материал выступает в виде текстовых блоков или разделов, которые в дальнейшем будут объединяться в нечто целое в режиме просмотра электронного издания или навигации по нему.
С другой стороны, текстовая информация является системообразующим элементом электронных изданий, поскольку используется для навигации по электронному изданию. Текстовая информация вводится непосредственно в процессе формирования элементов навигации.
Для автоматизации подготовки электронных документов созданы специальные программы: Macromedia Dreamweaver, Microsoft FrontPage 2000, Adobe Page Mill, Claris Home Page, SoftQuad, HotMetal Pro, Allaire HomeSite, Symantec Visual Page, NetObject Fusion, Sausage Software HotDog Professional, Licon Beach Software FlexSite и т.д.
Некоторые из этих программ рассмотрены ниже.
1.2. Полутоновые и цветные иллюстрации
Помимо текста в состав электронных документов могут быть включены и другие элементы, прежде всего полутоновые и цветные иллюстрации. Эти графические изображения представляются в виде растровой или векторной графики.
Растровые изображения, например фотографии, строятся по дискретным точкам - пикселам (picture's element). Количество пикселов зависит от разрешающей способности монитора (640 × 480, 800 × 600 пикселов и т. д.) и видеоадаптера ПК. Каждый пиксел представлен некоторым количеством разрядов, которое получило название «глубина цвета». Например, если на пиксел отведено 8 разрядов (кодируется 8 разрядами), то он способен изобразить один из 256 цветов (28 =256), 16 разрядов - 65 536 цветов (High Color), 24 разряда - 16 777 216 (16 млн.) цветов (True Color). Чем больше глубина цвета, тем качественнее изображение. Но в этом случае объем файла, в котором хранится графическая информация, увеличивается.Так, при разрешающей способности монитора 640 × 480 пикселов (точек) на экран выводится 307 200 пикселов кадра. Если каждый пиксел описан 8-разрядным кодом (256 цветов), то объем графического изображения экрана составляет 300 Кбайт. При использовании 24-разрядной цветовой палитры (16 млн. цветов) и разрешении 1280 × 1024 пиксела этот файл уже занимает около 3,8 Мбайт, т. е. требуется 4 Мбайт видеопамяти. Поэтому известные графические форматы, как правило, используют методы сжатия информации, обеспечивающие сжатие графических файлов. Коэффициент сжатия используемых методов и алгоритмов обычно определяется относительно этого же изображения в формате ВМР.
Растровые изображения называют также рисованной или битовой графикой. В битовом изображении число пикселов, как правило, фиксировано и имеется возможность редактировать каждый пиксел изображения. Растровые изображения можно создавать и редактировать в программах растровой графики типа Adobe Photoshop, Corel Photopaint, 
MS Paint и т.д., рассмотренных авторами в предыдущей работе.
Наиболее простым источником получения электронного файла растрового изображения является сканер. В последние годы все большую популярность приобретают цифровые фотокамеры. Известно три вида цифровых фотокамер: студийные, бытовые и профессиональные. Студийные фотокамеры предназначены для работы в стационарных условиях в составе фотостудий. Они подключаются к компьютеру и позволяют перед съемкой осуществить синтез фотографируемой сцены и персонажей. Возможность наблюдать на экране монитора будущий результат и внесение до экспозиции соответствующих коррективов повышает эффективность их использования. В качестве особенностей этого типа фотокамер следует отметить их относительно низкое быстродействие (повышенная экспозиция), что при использовании профессиональных фотомоделей не является существенным.
Профессиональные фотокамеры получают все большее распространение в среде фотокорреспондентов. Они должны обладать достаточным значением экспозиции (быстродействием) для съемки динамических объектов и высоким разрешением.
Бытовые фотокамеры занимают промежуточное положение между указанными выше и имеют весьма широкий разброс параметров в зависимости от стоимости.
Профессиональные цифровые фотокамеры оснащены ЖК-экранами для предварительного просмотра будущего изображения и отснятых кадров сразу же после съемки. Полученные снимки с помощью специального интерфейса (USB-интерфейс) помещаются в компьютер и тиражируются в электронном виде. Главная характеристика таких камер - их разрешение, измеряемое числом элементов изображения (пикселов) и определяемое размерами дискретных полупроводниковых светочувствительных элементов (ПЗС - приборов с зарядовой связью).
В настоящее время бытовые (потребительские) камеры вышли на уровень 2 млн. пикселов на кадр. Для сравнения традиционные 35-миллиметровые слайды содержат от 5 до 20 млн. Разрешения современных цифровых фотокамер вполне достаточно для фотореалистической печати изображений в популярных любительских форматах (10 × 15 и 13 × 18 см) на сублимационных и даже струйных принтерах с разрешением 1600 × 1200 пикселов и выше. Другими немаловажными критериями качества камеры являются точность фокусировки, вычисления экспозиции и оптические характеристики объектива. Предпочтительны инфракрасный автофокус, стеклянные асферические линзы с трех- и четырехкратным трансфокатором и система определения экспозиции через линзы (TTL).
Для двух последних типов цифровых фотокамер весьма существенным параметром является емкость встроенных запоминающих устройств (карт), оцениваемая обычно максимально возможным числом отснятых и сохраненных кадров. В некоторых цифровых фотокамерах предусмотрены сменные карты памяти большого объема.
Появились цифровые видеокамеры с интегрированным цифровым фотоаппаратом.
Видимо, определенную роль в развитии цифровой фотосъемки сыграет новый формат карт памяти MemoryStick, предложенный компанией Sony. Он позволит сохранять на миниатюрном модуле (масса порядка 4 г) более 128 Мбайт графической информации. Фирмы Kodak и Konica рассматривают варианты переоборудования своих фотоцентров для печати снимков с цифровых носителей.
Векторная графика, например художественные и технические иллюстрации, описывает объекты с помощью математических выражений. Векторные изображения не зависят от разрешения, так как количество пикселов, необходимых для отображения векторной графики, определяется разрешением конкретного монитора или принтера, а не самим изображением. Это обусловлено тем, что векторная графика ориентирована на кодирование изображений с помощью так называемых примитивов вывода (векторов, дуг эллипсов и окружностей, полиномиальных кривых, сплайн-функций и даже сложных поверхностей) и осуществляет преобразование в пикселы в видеопамяти или памяти принтера непосредственно при выводе на экран или твердый носитель. Создавать и редактировать векторную графику можно в программах векторной графики Corel Draw, Adobe Illustrator, FreeHand и др.
Векторные изображения требуют меньшего объема памяти при их хранении, чем растровые, и могут масштабироваться без потери качества.
Таким образом, если в электронном документе используется много графических элементов, то правильный выбор типа графики позволит уменьшить объем файла документа и время его загрузки. С особой актуальностью этот вопрос стоит в случае создания гиперграфических документов.
В гипертекстовых HTML-документах обычно используется растровая графика. PDF-документы могут включать в себя оба типа графики. Так как векторная графика одинаково хорошо выглядит при любом увеличении, то растрируют ее в том случае, когда изображение содержит много объектов (с целью ускорения загрузки и отображения иллюстрации) либо когда необходимо сглаживание и размытие краев объектов.
Для организации хранения и последующего воспроизведения изображений используются три основные разновидности графических форматов: растровые, векторные и формоопределенные (метафайлы).
Растровые форматы хранят данные об изображениях попиксельно. Как правило, растровые файлы создаются графическими редакторами типа Adobe Photoshop или специальными программами, обеспечивающими работу сканеров. Наиболее распространенные растровые форматы - это TIFF (Tagged Image File Format), BMP (Windows bitmap), MacPaint, PCX (PC Paintbrush), GIF (Graphics Interchange Format), JPEG (Joint Photographic Experts Group).
Векторные файлы содержат наборы инструкций для построения элементарных геометрических объектов, называемых примитивами вывода: линий, эллипсов, прямоугольников, многоугольников, дуг и т.д. Обычно векторные файлы создаются вышеназванными программами векторной графики или программами САПР (типа AutoCAD). К векторным форматам относят DXF (Dynamic Exchange Format). Текст и PostScript-контуры файлов Illustrator EPS (Encapsulated PostScript) тоже являются векторными элементами, однако обычно они входят в состав метафайлов.
Формоопределенные форматы (метафайлы) могут содержать как растровые, так и векторные данные. Типичными примерами метафайлов являются файлы в форматах Macintosh PICT, Illustrator, EPS, CGM (Computer Graphics Metafile) и WMF (Windows Metafile).
Подробное описание структуры и полей указанных форматов было дано авторами в книге «Информационные технологии в издательском деле и полиграфии» (М., 1998).
Если электронный документ подготавливается для просмотра на экране монитора, то целесообразно использовать форматы, хорошо воспроизводящие цвет при малых объемах файлов, - GIF, JPEG. Отметим, что в таких публикациях обычно применяется аддитивная цветовая модель RGB. При необходимости вывода и тиражирования документа используются форматы EPS, TIFF и субтрактивная цветовая модель CMYK. Следует отметить, что для электронных публикаций, как правило, требуется значительно меньшее разрешение графических изображений, чем при их типографском воспроизведении в полиграфии. Так, к примеру, распространенные размеры иллюстраций - 640 × 480 пикселов, разрешение - 72 dpi (точек на дюйм).
При размещении в публикации больших иллюстраций типа художественных произведений или в случае гиперграфических документов оказывается целесообразным использовать специальный режим предварительного просмотра графических элементов документов, предусматривающий визуализацию некоторого схематического изображения данной картины. При этом пользователь системы или читатель документа решает, стоит ему загружать и просматривать все изображение или нет. Такой подход имеет место как в публикациях Web, так и в электронных изданиях на CD-ROM.
Обычно для обеспечения быстрой загрузки с сервера или CD-ROM используется формат GIF. Этот формат предоставляет возможность чересстрочной (Interlaced) загрузки, а это значит, что как только страница гипертекстового документа начинает за-гружаться в память компьютера, так начинает визуализироваться (прорисовываться) требуемое изображение. Максимальное число цветов в иллюстрации формата GIF - 256. При этом формат предполагает сжатие иллюстрации без потерь с алгоритмом кодирования повторов: последовательность байтов, соответствующих одному цвету, заменяется словом из двух байтов, один из которых соответствует цвету, а второй - количеству повторов. Снижение числа используемых цветов не слишком критично для иллюстраций предварительного просмотра, но дает возможность снизить объем файла изображения и увеличить скорость его загрузки.
Эффективный алгоритм сжатия с потерями реализован в формате JPEG. Особенно эффективен так называемый progressive JPEG. JPEG сохраняет все цвета оригинала (глубина цвета - 24 разряда), позволяет задавать степень сжатия изображения, однако при высокой степени сжатия информации в иллюстрации могут появиться нежелательные эффекты типа цветных пятен. При этом разрушаются сплошные области и сглаживаются или размываются резкие переходы цветов.
Если представляемая в документе иллюстрация содержит в основном векторные элементы, к примеру, чертеж или схему, то имеет смысл сохранять ее в GIF-формате, а если это цветная фотография, то логично сохранить ее в формате JPEG. Особо следует отметить размещение в электронных публикациях снимков экрана (Print Screen) - растровых изображений, скопированных с экрана монитора. Снимок копии экрана, как правило, имеет низкое разрешение (определяемое разрешением экрана монитора), поэтому он нуждается в специальных установках сжатия и разрешения. Обычно такие изображения (чаще всего это рабочее окно какой-либо программы) представляются в формате GIF.
Для преобразования изображения из одного формата в другой существует достаточно много трансляторов и специализированных программ. Например, это осуществляет программа DeBabelizer фирмы Equilibrium Technologies, работающая на платформах Windows и Macintosh. Эту же операцию можно выполнить в большинстве программ растровой и векторной графики, например в программах фирм Adobe Systems, Corel, Macromedia и др. В частности, Adobe Photoshop может открывать и сохранять растровые файлы в самых различных форматах, включая TIFF, EPS, GIF и JPEG.
Просмотр графических изображений электронных изданий осуществляется на экране монитора. Сегодня для этих целей созданы специализированные мультимедийные мониторы, содержащие встроенные динамики и другое периферийное оборудование. Однако наряду с традиционными мониторами на базе ЭЛТ появились и жидкокристаллические мониторы с плоским экраном, хотя необходимо отметить их относительно высокую стоимость и более низкое качество.
Рис. 01. Модель 570В TFT монитора с активной ЖК-матрицей
На рисунке приведен пример поворотного монитора Samsung SyncMaster 570В TFT.
Модель 570В TFT имеет активную ЖК-матрицу с диагональю 15 дюймов и разрешением 1024 × 768 пикселов (768 × 1024 в портретном режиме). Блок питания встроен в подставку монитора. В ней же находятся звуковой усилитель мощности, два миниатюрных динамика, микрофон, регуляторы громкости и тембра. Монитор подключается к обычному аналоговому VGA-выходу компьютера с помощью прилагаемого кабеля. Максимальная частота строчной развертки равна 61 кГц. Частота обновления экрана может достигать 75 Гц, однако изготовитель рекомендует установить значение 60 Гц. В любом случае благодаря инерционности жидких кристаллов мерцания не заметно.
При нормальной работе монитор потребляет мощность 25 Вт, в режиме энергосбережения - менее 3 Вт. Аппарат имеет размеры 385 × 406 × 189 мм, массу 9,6 кг и удовлетворяет требованиям эргономического стандарта ТСО-99.
Один из принципиальных недостатков ЖК-технологии - искажения при работе с разрешением, не совпадающим с собственным разрешением матрицы. Из-за интерполяции текст может искажаться, поскольку часть пикселов передается одиночными точками, часть - двойными (например, у буквы «П» одна вертикальная черта вдвое шире другой), хотя фотографии, как правило, качества не теряют. Фирма Samsung Electronics применила в модели 570B TFT улучшенный алгоритм интерполяции, в котором у точек, попадающих на границы пикселов, изменяется яркость (в букве «П» обе вертикальные черты получаются одинаковой толщины, но кажутся немного нечеткими). Кроме того, можно вообще отключить режим интерполяции, тогда изображение размером 800 × 600 или 640 × 480 пикселов будет отображаться в центре экрана, а по краям останутся черные поля.
При воспроизведении цветных изображений выбирается одно из трех стандартных значений цветовой температуры или настраивается цветопередача по желанию пользователя. Цвета на таких мониторах отличаются высокой яркостью и насыщенностью.
Как и многие ЖК-проекторы, монитор Samsung SyncMaster 570B TFT имеет функцию цифрового увеличения фрагмента изображения в 2, 4 и 8 раз.
Таким образом, аналоговые мониторы постепенно сменяются цифровыми ЖК-дисплеями. Цифровой интерфейс обеспечивает более четкое по сравнению с аналоговым сигналом изображение и не подвержен сторонним помехам и наводкам. Кроме того, он более удобен для реализации различных сервисных функций и Plug Play.
Работа монитора обеспечивается графическими видеоадаптерами или видеоплатами. Видеоплаты могут выполнять множество различных функций:связывают монитор с системной платой компьютера, перехватывают изображение или видео с экрана и т.п. Встроенные TV-тюнеры позволяют просматривать телевизионные программы прямо на экране монитора, а 3D-ускорители реализуют воспроизведение на экране монитора в реальном или условном масштабе времени.
Технологии, которые еще несколько лет назад встречались лишь в дорогих профессиональных платах, сейчас используются в серийных адаптерах. К ним можно отнести многопроцессорную архитектуру, геометрические сопроцессоры, аппаратную поддержку функций OpenGL, объем ОЗУ от 32 Мбайт и выше. Среди новых функций видеоадаптеров следует отметить широкоформатный прием (16:9), поддержку стереозвука, телетекста, дистанционное управление, прием сигнала с внешнего видеооборудования и передачу его в Internet или по локальной сети.
1.3. Анимационная графика
Это одна из современных форм представления графики в электронных публикациях. На первый взгляд анимация подобна видеофильму, но она принципиально отличается от него, так как имеет дело с неодушевленными рисованными объектами. Последовательное воспроизведение связанных изображений с частотой, превышающей частоту слияния мельканий, приводит к эффекту слитного представления динамики изменения изображений. Каждое изображение в анимации выступает в виде кадра. Изображения кадров могут создаваться в среде традиционных графических пакетов, поддерживающих формат GIF, и включать фоновые изображения и рисованные объекты. Например, в графической программе Photoshop (версия 4.0 и выше) отдельные кадры создаются по слоям.
Такой подход напоминает мультипликацию. Изображения в последовательности кадров должны быть связаны между собой. Эта связь обусловливается необходимостью плавного изменения положения объектов в поле изображения, их масштаба или движения элементов объекта изображения. В мультипликации для создания эффекта движения используется прорисовка каждого последующего кадра. Такой подход может быть реализован и в компьютерной анимации. В этом случае рисовать приходится в определенной программной среде, которая потенциально упрощает процесс. Для этих целей могут использоваться программы двух- и трехмерной графики.
Кпрограммаманимацииграфикидля Web можноотнести: Animagic GIF (Right to Left Software), GIF Construction Set (Alchemy Mindworks), Microsoft GIF Animator (Microsoft), PhotoImpact GIF Animator (Ulead Systems), VideoCraft GIF Animator (Andover Advanced Technologies), WebImage for Windows 95 (Group 42) имногиедругие.
В этих и подобных анимационных программных средствах создателю анимаций предоставляется достаточно разнообразный инструментарий обработки и редактирования GIF-изображений, манипулирования ими и компоновки анимационного ролика.
Процесс создания анимации можно разделить на две важные составляющие - собственно ее создание и затем оптимизация. Процесс создания включает отбор последовательности кадров и добавление их к создаваемому GIF-файлу. При этом анимационные программы Ulead, Alchemy Mindworks и Microsoft позволяют добавлять кадры не из графического файла, а из буфера обмена. В результате происходит трансформация изображения по мере следования кадров и нет необходимости сохранять каждый кадр.
В программе Ulead Gif Animator по начальному и конечному изображениям строится анимация с помощью одного из эффектов, например наплыв новой картинки поверх старой, смена листа бумаги и т.д.
После того как кадры собраны в один файл, начинается расстановка управляющих блоков. После окончания компоновки мультфильма файл можно вставить в электронный документ как обычное изображение.
Программные средства создания анимаций, как правило, требуют большого объема памяти компьютера. Например, пакет трехмерной анимации 3D-Studio занимает порядка 600 Мбайт памяти на винчестере ПЭВМ. Поэтому для проигрывания анимации создается специальный управляющий файл (обычно с расширением *. exe) гораздо меньшего объема.
Любое изображение в компьютерной графике кодируется в виде образно-пространственного представления его элементов. При этом текущее местоположение каждого объекта изображения или его элементов задается соответствующими координатами. Поэтому появляется возможность использовать математический аппарат для автоматизации процессов подготовки анимации. Например, можно автоматически создавать промежуточные кадры изображений анимации на базе использования методов интерполяции и экстраполяции. В этом случае задают крайние точки перемещения элементов объекта, указывают число кадров, в течение которых осуществляется это перемещение, а остальные преобразования выполняют непосредственно в программе. Именно таким образом можно имитировать движение человека, осуществить плавное преобразование одного объекта в другой, лица одного человека в другое и т.д.
Указанные выше программные пакеты отличаются относительной простотой, однако наиболее популярными анимационными пакетами считаются Macromedia Flash, Macromedia Director и пакет мультимедиа Hyper Method. Ниже мы более подробно остановимся на их особенностях.
1.4. Видеоинформация
Электронные издания могут содержать не только текстовую информацию и графику, но и видеокомпоненты.
Видеоинформация представляется в форме видеоклипов (видеороликов), т.е. наборов последовательно выводимых друг за другом взаимосвязанных изображений-кадров (видеокадров). Если скорость появления видеокадров превышает частоту слияния мельканий (порядка 25 кадров), то у пользователя создается впечатление непрерывного движения объектов (full-motion video - полнокадровое видео). Этот принцип был реализован в кино и в настоящее время остается основным при оцифровке видеоизображения. Видеоизображения могут воспроизводиться как в отдельном окне программы просмотра на части экрана, так и в размерах экрана (full-screen video - полноэкранное видео).
Объем одной секунды видеоролика с частотой 30 кадр/с при разрешении 640 × 480 пикселов, представленных 8-разрядным кодом (256 цветов), составляет 9 Мбайт. При использовании 24-разрядной цветовой палитры (16 млн. цветов) и разрешении 1280 × 1024 эта цифра увеличится до 114 Мбайт, в связи с чем особую актуальность приобретают вопросы хранения и передачи информации.
Проблема хранения данных большого объема упростилась с появлением дисководов CD-ROM и жестких дисков большой емкости. Но их емкости и скорости передачи данных (1-3 Мбайт/с) все еще недостаточны для использования указанных накопителей для хранения и обработки видеоинформации обычными традиционными методами.
Необходимо сократить объем хранимых и передаваемых данных. Уменьшив разрешающую способность до 320х240 пикселов, количество воспроизводимых цветов до 256, частоту смены кадров до 15, можно понизить требуемую скорость передачи данных до 1 Мбайт/с. Но при этом снижается качество изображения, хотя и не решается проблема хранения и обработки видеоинформации полностью.
Поэтому до сего времени ведутся интенсивные работы по созданию видеоформатов, хорошо сжимающих водеоизображения и позволяющих воспроизводить видеоинформацию в реальном времени без снижения качества изображений.
Методы, алгоритмы и устройства сжатия видеоданных объединяются под общим названием - CODEC (Cоmpressor-DECompressor). Задача видеокодека заключается в максимально возможном сжатии видеоизображения и его последующем восстановлении (декомпрессии) с высокой скоростью и минимальными искажениями информации. Как правило, методы сжатия видеоинформации основаны на поиске избыточной информации и удалении ее с целью уменьшения объема. При этом могут использоваться различные алгоритмы сжатия. Некоторые основаны на внутрикадровом сжатии, т.е. сжимается информация по каждому отдельному кадру; другие базируются на межкадровом сжатии, при котором фиксируется динамика изменения информации по кадрам. В этом случае последующие кадры формируются на основе информации об изменении предыдущего кадра.
Чтобы видеоданные успевали выводиться на экран, необходимо обеспечить их быстрое декодирование (восстановление). Многие известные фирмы разработали свои собственные видеостандарты и файловые форматы для них. Каждый стандарт обладает определенным быстродействием и качеством.
Например, фирмой Apple был предложен стандарт QuickTime, реализованный на компьютерах фирмы Apple. Существуют программы, которые позволяют использовать его на IBM-совместимых компьютерах (в среде Windows).
Видеоинформация формата QuickTime хранится в файлах с расширением *. mov. Для начала необходимо установить программный пакет QuickTime, в состав которого входят специальные программы и драйверы для собственного проигрывателя QuickTime. Эти программные продукты позволяют проигрывателю в Windows (Media Player) воспроизводить видеоинформацию этого стандарта. В формате QuickTime кроме видеоинформации может храниться аудиоинформация звукового сопровождения видеоданных. При частоте дискретизации 22,05 кГц, разрядности 8 бит, в режиме «моно» одна секунда аудиоинформации занимает примерно 20-30 Кбайт. Одна секунда видеоизображения с таким же звуком занимает 150-200 Кбайт (236 × 168 - 320 × 240, 15 кадров в секунду).
В системах Windows 3.xx и выше распространен видеостандарт AVI (Audio Video Interleaved). Файлы этого стандарта имеют расширение *.avi. Доступ к ним осуществляется через программу Media Player. В AVI-файле применяется межкадровое сжатие. Оно содержит один ключевой кадр, относительно которого формируются остальные кадры видеоизображения.
Современные драйверы и программы позволяют воспроизводить оба формата и преобразовывать файлы одного формата в другой.
Утверждается, что AVI-файлы могут воспроизводиться с частотой 24 кадр/с. Но в большинстве случаев они записываются с частотой 15-18, а иногда и 10 кадр/с, чтобы уменьшить занимаемый объем. AVI-файл длительностью 1 с занимает от нескольких десятков до нескольких сотен килобайт (обычно 50-300 Кбайт). Достоинство AVI состоит в том, что для проигрывания файлов этого стандарта не требуется никакого дополнительного аппаратного обеспечения, кроме мощного высокопроизводительного компьютера. Поэтому обычно для создания AVI-файлов целесообразно использовать специальную микропроцессорную плату.
В 1992 г. группа экспертов по движущимся изображениям (Moving Pictures Experts Group) разработала новый стандарт видеокомпрессии - MPEG. Международная организация стандартизации (ISO) приняла его как стандарт компрессии MPEG-1 (ISO 11172). Немного позже компании Philips и Sony выпустили универсальный стандарт видеокомпакт-диска - Video-CD. Он совместим почти со всеми устройствами, которые способны читать CD и воспроизводить видеоизображения. К таким устройствам относятся IBM PC и Apple Mac.
Многие киностудии стали тиражировать фильмы в формате Videо-CD (на дисках CD-I и Video-CD), который обеспечивает запись не только высококачественной видеоинформации, но и звука, что расширяет его возможности. Иногда на первой дорожке диска Video-CD помещаются специальные программы и драйверы, которые необходимы для его просмотра на проигрывателях CD-I. Благодаря высокой степени сжатия данных на одном диске формата Video-CD продолжительность полноэкранного фильма может достигать 72 мин.
Видеоизображение может уступать по качеству изображению на высококачественных видеомагнитофонах. Это объясняется тем, что скорость считывания данных на CD-I и Video-CD составляет 1,115 Мбит/с, что соответствует односкоростным дисководам CD-ROM.
Для передачи телепрограмм по каналам связи используется формат MPEG-1. Он обладает разрешением 352 × 288 точек для стандарта PAL; 352 × 240 точек для стандарта NTSC и кино. Частота кадров: 25 (PAL), 29,97 (NTSC), 23,976 (кино). Скорость передачи данных 384 Кбит/с - 5 Мбит/с.
Видеоинформацию в формате MPEG-1 можно просматривать без специальной платы - декодера, с помощью программных проигрывателей на мощных компьютерах с процессорами Pentium (Pentium-133, Pentium-166 и выше) и высокопроизводительными видеоадаптерами.
Сравнительно недавно был создан новый, более совершенный стандарт для высококачественного видео - МРЕG-2. Данный стандарт предусматривает сжатие видеоданных при потоке цифровой информации от 3 до 10 Мбит/с и обеспечивает разрешение 704 × 576 пикселов. MPEG-2 в основном используется для трансляции телепрограмм через спутники связи. На основе этого стандарта принят международный стандарт цифрового вещания (DVB).
Закончилась разработка нового стандарта хранения информации на компакт-дисках высокой плотности. В данной разработке участвуют многие фирмы, среди которых такие известные, как Toshiba, Philips и Sony. Диск назван DVD - Digital Video Disk. Стандарт DVD полностью совместим с предыдущими стандартами дисков CD (Audio-CD, Video-CD, Photo-CD и т.д). Устройства DVD в соответствии с принятым стандартом позволяют просматривать видеоинформацию синхронно с объемным пятиканальным звуком Surround Sound.
В связи с внедрением формата DVD был разработан новый коротковолновый лазер и решены проблемы фокусировки его луча на поверхности диска. Емкость нового диска увеличилась более чем в 5 раз за счет высокой плотности дорожек и длинного сектора. Но разработчики DVD решили создать двухслойный диск. Применялись два лазера (один для полупрозрачного верхнего слоя, другой - для нижнего), что позволило удвоить емкость. Использовав еще и вторую сторону диска, разработчики добились общей емкости DVD-диска 19 Гбайт. Сейчас область применения формата и дисков DVD расширяется. Производители периферийного оборудования предлагают разнообразные устройства для работы в формате DVD: дисководы DVD-RAM и DVD-R, платы для записи DVD-видео и DVD-звука, системы объемного звучания и т. п.
Обработка видеоинформации включает несколько этапов: оцифровку, создание видеороликов или видеоклипов и их последующее воспроизведение.
Оцифровка видеоролика, в отличие от его воспроизведения, осуществляется не в реальном масштабе времени, но тем не менее и здесь многое зависит от используемых технологий и поддерживающих их программных средств.
В простейшем случае процедуру оцифровки видеоинформации реализует видеокамера, подключенная к компьютеру. Видеокамера включается в режим воспроизведения. Для проведения оцифровки используется одна из программ оцифровки видеоданных, например Pro MultiMedia. С ее помощью создается файл формата AVI на жестком диске. Под этот файл задаются соответствующее имя и предполагаемый объем файла. После запуска программы одновременно с запуском воспроизведения видеоизображений в видеокамере начинается процесс оцифровки видеоданных. Для уменьшения объема видеофайла этой же программой его можно перевести в формат МPEG, что сокращает его объем (например, с 4 Гбайт до 300 Мбайт). Последующее проигрывание видеоролика может осуществляться стандартным приложением Windows - Media Player.
В более сложных случаях используется монтаж видеоклипа в соответствии с разработанным сценарием. Он предусматривает работу с отдельными кадрами или их последовательностями. Сегодня может использоваться линейный и нелинейный монтаж.
При линейном монтаже видеоинформации исходный материал находится на видеокассете. Для того чтобы получать доступ к определенному месту ленты, необходимо все время перематывать пленку в поисках необходимого кадра. Для этих целей предназначена специальная «монтажная» аппаратура.
В настоящее время при создании электронных изданий широкое распространение получили технологии выполнения видеомонтажа и редактирования оцифрованного видеоматериала внутри компьютера. Такая технология получила название нелинейного монтажа, поскольку обеспечила операторам прямое обращение к необходимым кадрам или фрагментам видеоролика, записанным на жесткий диск компьютера. Открылась возможность избежать утомительного процесса постоянной (линейной) перемотки видеоленты вперед-назад при просмотре и поиске этих фрагментов.
В случае нелинейного монтажа весь материал предварительно оцифровывается и размещается в дисковой памяти (на винчестере), что обеспечивает произвольный мгновенный доступ к необходимому кадру.
Стандартная цифровая система, подобная аналоговому монтажному комплексу, построена по однопотоковой архитектуре. Это означает, что при расчетах используется только одна копия исходного видеоролика (AVI-файл).
В случае более сложных процедур работы с видеоматериалом возникает необходимость сформировать и задействовать вторую копию цифрового видео (или ее части). Таким образом, для создания любого микшерного перехода или эффекта между двумя видеоклипами в оперативной памяти компьютера необходимо одновременно содержать кадры как заканчивающегося, так и начинающегося клипов, последовательно загружая их с жесткого диска, декодируя (декомпрессируя) и производя расчет новых кадров результирующего клипа. Затем осуществляются обратная компрессия (сжатие) данных и запись на диск. Этот процесс называют рендеринг (rendering).
Системы нелинейного монтажа реального времени используют двухпотоковую плату компрессии/декомпрессии видеоинформации и дополнительную плату собственно цифровых эффектов. Набор микросхем для выполнения в реальном времени заданных эффектов микширования может быть установлен и прямо на плате компрессии (например, в Pinnacle Systems RealTime - более 130 двухмерных эффектов выполняется в реальном времени). Однако и при этом может быть использована дополнительная плата, расширяющая набор аппаратно выполняемых эффектов (например, Pinnacle Systems RealTime NITRO - RealTime + Genie).
Оперируя с двумя потоками, подобные цифровые системы могут выполнять и другие необходимые функции, присущие классическим монтажно-микшерским аналоговым комплексам, например титрование (titling) или различные виды рuр-проекций (проекции с использованием эффектов прозрачности и т.д.).
Обработка видеоинформации требует высокого быстродействия используемых вычислительных структур. Практически подобные вычисления требуют выполнения миллиардов специализированных операций над пикселами изображений. Очевидно, что скорость их выполнения существенно зависит от быстродействия процессора.
Стандартные PC являются универсальными машинами, т.е. оказываются сравнительно медленными с точки зрения решения данной задачи. Например, Pentium 150Mhz может выполнять только около 50 млн. операций в секунду, распределяя их между различными задачами. В результате при просчете даже сравнительно простых эффектов и переходов требуется в десятки и сотни раз больше времени, чем собственное время их проигрывания. Поэтому используются различные аппаратные и программные средства ускорения обработки видеоизображений. Например, вводятся современные платы нелинейного монтажа (miroVideo DC30plus для PC или VlabMotion для Amiga) для операций компрессии и декомпрессии видеоинформации. Эти микросхемы ускоряют рендеринг, но не приводят к его выполнению в реальном времени.
Оцифрованные фрагменты видеоизображений перед записью на диск подвергаются компрессии и представляются в формате MPEG. Сохранение информации может сопровождаться ее потерей.
Если после завершения монтажа необходимо записать на видеоленту готовый видеофрагмент, то необходима упомянутая выше карта ввода-вывода видеоинформации. Сегодня существует большое многообразие таких карт.
К устройствам для работы с видеосигналами на компьютерах IBM PC можно отнести устройства для ввода и захвата видеопо-следовательностей (capture-play), фрейм-грабберы, ТV-тюнеры, преобразователи сигналов VGA-TV и MPEG-плейеры. Следует отметить, что их функциональные возможности выходят далеко за рамки сферы электронных изданий.
Видеоинформация может воспроизводиться программами типа Media Player одновременно со звуком. В этом случае для монтажа, как правило, используются программы, обеспечивающие комплексную обработку информации - видео- и аудиоданных. К таким программным средствам относят Adobe Premiere, Ulead Media Studio Pro и другие.
1.5. Аудиоинформация
В электронные публикации можно включать и аудиоинформацию. Обычно она совмещается по времени воспроизведения с анимацией или видеоинформацией, визуализацией текста или графики. Особенно активное применение звуковое сопровождение визуализации электронных изданий приобрело с появлением CD-ROM. Причем аудиоинформация в электронных изданиях может выступать в виде музыкального сопровождения демонстрирующегося фрагмента электронного документа, анимационного ролика или видеоклипа, как речевое пояснение или комментарий происходящих (визуализируемых на экране монитора) событий, как речевые высказывания и команды, воспроизведение разнообразных звуков и звуковых эффектов.
Работа с оцифрованным звуком в компьютере осуществляется с помощью звуковой карты. Каждая карта обладает своей частотой дискретизации, т.е. частотой, с которой сигнал дискретизируется (Sam-plin Rate). Очевидно, что чем выше частота дискретизации, тем точнее описывается и затем воспроизводится звуковой сигнал. Обратное преобразование осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя. В режиме воспроизведения аудиоинформации используются встроенные в компьютер динамики, выносные колонки или акустические системы.
Как известно, компьютер может обрабатывать только цифровую информацию, поэтому аналоговый звуковой сигнал необходимо преобразовать в цифровую форму. Для этого служит аналого-цифровой преобразователь (АЦП). При цифровом представлении аналогового сигнала его амплитуда изменяется дискретно, т. е. измеренные значения описывают аналоговый процесс, определяя его состояние в фиксированные моменты времени последовательностью дискретных чисел.
В АЦП аналоговый сигнал после нормирования по амплитуде квантуется по уровню и кодируется. Каждому моменту измерения по временной шкале ставится в соответствие цифровое значение мгновенной амплитуды сигнала. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал представляется последовательностью чисел.
Преобразовать аналоговый сигнал в цифровой код можно только с определенной степенью точности. Под разрешающей способностью АЦП понимают наименьшее изменение аналогового сигнала, которое может привести к изменению цифрового кода. Например, 8-разрядный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала на 256 уровней, 16-разрядный - на 65536 уровней.
Есть еще одна область применения звуковых карт помимо обработки звуковой информации - это генерация звука. При этом качество генерируемых звуков существенно зависит от параметров самой карты и наличия соответствующего программного обеспечения.
При описании звуковых карт часто встречаются такие понятия, как каналы, инструменты и голоса. Поясним эти термины. Например, для каждого инструмента необходим свой канал. Так, если карта имеет 8 каналов, а по каждому каналу в одно и то же время может воспроизводиться как минимум 1 голос, то такой звуковой картой одновременно могут воспроизводиться не менее 8 голосов. В свою очередь, количество голосов означает количество инструментов на один канал. Допустим, оркестр поделен на 8 секций (каналов). В каждой секции 16 музыкантов играют на инструментах одного типа. Таким образом, мы имеем 8 каналов и 16 голосов, а всего могут воспроизводиться 128 инструментов.
Цифровой FM-синтез (Frecuency Modulation) осуществляется с помощью специальных генераторов, называемых также операторами. В операторе можно выделить два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей - его амплитуду (громкость). В общем случае для того чтобы воспроизвести голос одного инструмента, достаточно двух операторов. Первый оператор генерирует несущие колебания, т. е. основной тон, а второй - модулирующую частоту, или обертона. Именно такие двухоператорные синтезаторы использовались в первых звуковых картах.
Можно осуществлять синтез звука на основе таблицы волн (WT-синтез, Wave Table). Используя соответствующие алгоритмы, только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизвести и восстановить его полное звучание. Выборки сигналов (образцы звучания инструментов) либо находятся в CD-ROM, либо программно загружаются в RAM звуковой карты. Специальный WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду и частоту. Звук инструментов, получаемый таким образом, более похож на звучание реальных инструментов, нежели при FM-синтезе.
Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от других устройств, например MIDI-устройства.
MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - это протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. MIDI-сообщение содержит не запись как таковую, а ссылки на ноты. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты, каких инструментов должны звучать) и отрабатывается в синтезаторе. Использование MIDI-формата приводит к уменьшению объема звуковых файлов. MIDI-файлы обычно имеют расширение MID или MFF (MIDI File Format). Прослушивать эти файлы можно либо через соответствующие программы-проигрыватели, поставляемые со звуковой картой, либо с помощью программы Media Player (в составе Windows). В Windows MIDI-файлы могут воспроизводиться специальной программой - проигрывателем MIDI-Sequencer.
Компьютер через интерфейс MIDI может управлять различными интерактивными инструментами.
WAV - это основной формат для хранения звуков. Он был стандартизован компанией Microsoft. Этот стандарт часто используется в системных и прикладных программах. Размер WAV-файла зависит от частоты дискретизации, разрядности (8/16 бит), от времени звучания и от количества каналов (стерео/моно).
VOC - формат, в котором записывает звуки Sound Blaster. Файлы этого формата могут быть легко преобразованы программно в формат WAV.
Кроме описанных звуковых стандартов существуют и другие. Например, STM, S3M, SND, MOD, XA. Для проигрывания файлов данных типов имеются разнообразные специализированные программы. Например, для MOD и S3M - программа GLX. Файлы можно преобразовывать (конвертировать) из одних форматов в другие.
Для сжатия звука используются метод Audio MPEG и формат сжатых звуковых файлов, предложенный MPEG (Moving Pictures Experts Group - экспертной группой по обработке движущихся изображений). По аналогии с методом сжатия изображений, основанным на преобразованиях цветового спектра, Audio MPEG использует преобразования спектра звука. Это позволяет достичь высокого коэффициента сжатия (вплоть до 12) без ощутимых потерь качества звука.
Многие программы обработки звука позволяют загружать и сохранять оцифрованную аудиоинформацию в различных форматах, что дает возможность преобразовывать файлы из одного формата в другой, разделять стереоканалы, подготавливая таким образом звук для дальнейшего использования, в частности, в качестве компонента электронных публикаций.
Для обработки цифрового звука могут применяться программы Cool Editor, Sound Forge, Samplitude, Software Audio Workshop (SAW). Они дают возможность прослушивать выбранные фрагменты цифрового звука, делать вырезки и вставки, выполнять амплитудные и частотные преобразования, осуществлять звуковые эффекты (эхо, реверберацию, фленжер, дистошн), наложение других оцифровок, изменение частоты оцифровки, генерировать различные виды шумов, синтезировать звук по аддитивному и FM-методам и т.п.
Следует отметить, что обрабатывать оцифрованный звук можно и в привязке к анимации или видеоинформации. Для этих целей обычно используются названные в предыдущем параграфе программы Adobe Premiere и Ulead Media Studio Pro.
Рассмотренные выше компоненты в той или иной мере используются в составе большинства электронных изданий. Тем не менее каждое из этих изданий имеет свои особенности по включению традиционных и мультимедийных компонентов, поэтому ниже будут рассмотрены наиболее широко используемые виды электронных изданий.
Лекция №11 (2ч.)
Тема: Анимация. Принципы анимации.
Время 2 ч
Вопросы:
1. Основные понятия, виды анимации
2. Компьютерная анимация. Виды компьютерной анимации
3. Мультипликационное кино
4. Компьютерная анимация в Internet
5. Покадровая и расчётная Flash-анимация
Основные понятия: анимация, мультипликация,
Цели:
— получить представление об особенностях компьютерной анимации
Литература:
1. Анохин А.М. Издательское дело: методические материалы. — М., 2001.
2. Добкин С.Ф. Редактору и автору об оформлении книги – М.: Книга, 1971
3. Иваницкий В.Ю. Средства массовой коммуникации и книговедение//Книга. Исследования и материалы. — М., 1986.
4. Келейников И.В. Типографика книги. Учебное пособие. – М., 2008.
5. Курушин В.Д. Графический дизайн и реклама. М., 2001
6. Шрифты. Разработка и использование. Барышников Г.М., Бизяев А.Ю., Ефимов В.В., Моисеев А.А., Почтарь Э.И., Ярмола Ю.А. – М., Издательство ЭКОМ, 1997.
7. Феличи Дж. Типографика: шрифт, верстка, дизайн. Пер. с англ. и коммент. С.И. Пономаренко. – СПб.:БХВ-Петербург, 2004..
8. Устин В.Б. Учебник дизайна: композиция, методика, практика / В. Б. Устин - М.: АСТ: Астрель, 2009.
9. Гасов В.М., Цыганенко А.М. Программные средства допечатных процессов: Учеб. пособие для вузов: В 3 кн. Кн. 2. Программные средства создания и обработки изображений. М.: Изд-во МГУП, 2000.
10. Гасов В.М., Цыганенко А.М. Информационные технологии в издательском деле и полиграфии: Учеб. пособие для вузов: В 2 кн. Кн. 1. М.: Изд-во «Мир книги», 1998.
11. Гасов В.М., Цыганенко А.М. Информационные техологии в издательском деле и полиграфии: Учеб. пособие для вузов: В 2 кн. Кн. 2. М.: Изд-во «Мир книги», 1998.
