Базовые информационные технологии

Как отмечалось ранее, данные технологии строятся на основе базовых технологических операций, но, кроме того, включают ряд специфических моделей и инструментальных средств. Они ориентированы на решение определенного класса задач и используются в конкретных технологиях в виде отдельного компонента.

Мультимедийные ИТ

Современные ИТ отличаются большим разнообразием форматов и аппаратных устройств для ввода, обработки, представления и хранения данных. Это - текст, таблицы, диаграммы, звук, плоская и 3D-графика, анимация, видео. Обеспечение работы пользователя с таким разнообразием данных реализуется мультимедийными технологиями.

Мультимедийный документ - это специально подготовленный объект, воздействующий на пользователя как целостная система. При этом пользователь становится соавтором и режиссером взаимодействия. К тому же работа мультимедийных приложений происходит, как правило, в реальном времени, и это позволяет выйти на новый уровень интерактивного общения «человек - приложение - компьютер - среда (реальная или виртуальная)».

Несомненным достоинством и особенностью данной технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в представлении информации:

· хранение большого объема самой разной информации на одном носителе (до 20 томов авторского текста, около 2000 и более высококачественных изображений, 30-45 мин. видеозаписи, до 7 ч. звука);

· увеличение (детализации) на экране всего изображения или его фрагментов;

· сравнение изображения и обработки его разнообразными программными средствами с научно-исследовательскими или познавательными целями;

· выделение 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 (с помощью технологии гипертекста и гипермедиа);

· осуществление непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения;

· использование видеофрагментов из фильмов, видеозаписей, функции «стоп-кадра», покадрового «пролистывания» видеозаписи;

· включение в содержание диска БД, методик обработки образов, анимации и т.д.;

· подключение к Интернету;

· работа с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);

· создание собственных «галерей» (выборок) из представляемой в продукте информации;

· запоминание «пройденного пути» и создание закладок на заинтересовавшей экранной странице;

· автоматический просмотр всего содержания продукта («слайд-шоу») или создание анимированного и озвученного «путеводителя-гида» по продукту («говорящей и показывающей инструкции пользователя»); включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;

· свободная навигация по информации и выход в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.

Технологии мультимедиа поддерживаются специальными аппаратными и программными средствами, а также общими и специализированными форматами данных.

К аппаратным средствам можно отнести:

· основные средства: компьютер с высокопроизводительным процессором и памятью большого объема, манипуляторами (мышь, джойстик) и мультимедиа-монитором со встроенными стереодинамиками;

· специальные средства: CD и DVD приводы для воспроизведения и записи, TV-тюнеры и фрейм-грабберы (устройства, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в текущее или выделенное окно на мониторе компьютера), графические ускорители, звуковые и видеоплаты (адаптеры/контроллеры), поддержка акустических систем и др.

Распространенные программные средства, реализующие мультимедиа продукты или являющиеся их составной частью:

· звуковые (Adobe Audition), анимационные (Alias Maya) и графические редакторы (Adobe Photoshop, Corel Draw), средства компьютерной верстки документов (Page Maker, Venture), сканирования и распознавания текстов (Fine Reader), подготовки презентаций (Power Point);

· кодирующие и декодирующие пакеты - кодеки;

· пакеты для создания музыкальных дисков, просмотра цифровых фотографий, создания альбомов и галерей изображений с музыкальным сопровождением и т. д.

Ниже приводятся основные форматы для обработки и сжатия мультимедийных данных:

1) Текстовые — TXT, DOC, DOCX, RTF, PDF, HTML. Практически все мультимедийные устройства по умолчанию настроены на чтение этих распространенных текстовых форматов и на работу с ними.

2) Графические — JPEG, GIF, BMP, TIF (статические) и MJPEG, DVI, Wavelete (динамические, для создания анимаций). Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами - JPEG (Joint Photographics Experts Group) и GIF (Graphics Interchange Format). Оба этих формата являются компрессионными, т.е. данные в них уже находятся в сжатом виде. При сжатии требуется использовать свойства графических данных - избыточность, предсказуемость и необязательность:

· кодирование повторений, которое использует избыточность, говорит: «здесь три идентичных желтых пикселя», вместо «вот желтый пиксель, вот еще один желтый пиксель, вот следующий желтый пиксель»,

· методы кодирования по алгоритму Хаффмена используют предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселей,

· наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирования с потерями (JРEG сжатие с потерями). Например, для просмотра человеческим глазом не требуется того же разрешения для цветовой информации в изображении, которая требуется для информации об интенсивности. Поэтому данные, представляющие высокое цветовое разрешение, могут быть исключены. На практике предназначенную к публикации в сети Интернет графику необходимо предварительно оптимизировать для уменьшения ее объема и, как следствие, трафика.

Каждый из перечисленных форматов имеет ряд настраиваемых параметров (в том числе и параметр сжатия), позволяющих управлять соотношением "качество - размер файла". За счет сознательного снижения качества изображения, практически не влияющего на восприятие, можно добиться уменьшения объема графического файла почти в 25 раз.

GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры, содержащей до 256 цветов. К особенностям этого формата следует отнести последовательность или перекрытие множества изображений (анимация) и отображение с чередованием строк. Несколько настраиваемых параметров GIF-формата позволяют управлять размером получаемого файла. Наибольшее влияние оказывает глубина цветовой палитры. GIF-файл может содержать от 2 до 256 цветов. Соответственно, меньшее содержание цветов в изображении (глубина палитры), при прочих равных условиях, дает меньший размер файла. Другой параметр, влияющий на размер GIF-файла, - диффузия. Это позволяет создавать плавный переход между различными цветами или отображать цвет, отсутствующий в палитре, путем смешения пикселей разного цвета. Применение диффузии увеличивает размер файла, но зачастую это единственный способ более-менее адекватной передачи исходной палитры рисунка после редуцирования. Другими словами, применение диффузии позволяет в большей степени урезать глубину палитры GIF-файла и тем самым способствовать его «облегчению». При создании изображения, которое в последующем будет переведено в GIF-формат, следует учитывать следующую особенность алгоритма сжатия: степень сжатия графической информации в GIF зависит не только от уровня ее повторяемости и предсказуемости (однотонное изображение имеет меньший размер, чем беспорядочно зашумленное), но и от направления, так как сканирование рисунка производится построчно.

JPЕG — 24-битный цвет в палитре 16,8 миллионов цветов. На самом деле не существует формата JРЕG как такового. В большинстве случаев это файлы форматов JFIF и JРEG-TIFF, сжатые по JРEG технологиям. Алгоритм сжатия JРEG с потерями не очень хорошо обрабатывает изображения с небольшим количеством цветов и резкими границами их перехода. Для таких изображений более эффективным может оказаться их представление в GIF-формате. В то же время он незаменим при подготовке к web-публикации фотографий. Этот метод может восстанавливать полноцветное изображение, практически неотличимое от подлинника, используя при этом около одного бита на пиксель для его хранения. Алгоритм сжатия JРEG достаточно сложен, поэтому работает медленнее большинства других. Кроме того, к этому типу сжатия относятся несколько близких по своим свойствам JРEG-технологий. Основным параметром, присутствующим у них, является качество изображения, измеряемое в процентах. Размер выходного JРЕG-файла находится в прямой зависимости от этого параметра.

Рассмотренные форматы широко используются в таких известных графических пакетах, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrated, Paint Brash, Corel Draw и многих других.

3) Форматы сжатия звуковых данных — AIF, ASF, AU, AVI, BUN, MID, MP2, MP3, MPEG, SND, WAV, WRK. Наиболее известными форматами в настоящее время являются AU (Sun Microsystems) и WAVE (Microsoft) – поддерживают цифровую запись, редактирование, работу с волновыми формами звуковых данных, а также фоновое воспроизведение цифровой музыки. Наиболее приемлемым для передачи аудио данных через Интернет является формат MP3. Он позволяет получать звуковые файлы с таким же качеством, как и качество Audio CD, но с уменьшением объема от 4 до 20 раз. В его основу положены особенности человеческого слухового восприятия, отраженные в «псевдоакустической» модели. Его разработчики исходили из постулата, что далеко не вся информация, которая содержится в звуковом сигнале, является полезной и необходимой - большинство слушателей ее не воспринимают. Поэтому определенная часть данных может быть сочтена избыточной. Эта лишняя информация удаляется без особого вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень очистки определялась путем 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 MР3 со скоростью потока в 128 Кбайт/с, занимает в 10-12 раз меньше места на винчестере. При кодировании со скоростью 256 Кбайт/с на компакт-диске можно записать около 6 ч. музыки при разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху.

4) Форматы сжатия видеоинформации - форматы, реализуемые семейством международных стандартов, созданных под эгидой экспертной группы MPEG (Moving Picture Experts Group). Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, коммуникациях по каналам ISDN и во многих других электронных ИТ и ИС. На сегодняшний день непрофессиональным пользователям известны наиболее применяемые для массовых мультимедиа продуктов форматы MPEG:

· MРEG-1предназначен для записи синхронизированных видеоизображений (обычно в формате SIF, 288 x 358) и звукового сопровождения на CD-ROM с учетом максимальной скорости считывания около 1.5 Мбит/с. Качественные параметры видеоданных, обработанных MРEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители.

· MРEG-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 бóльшие потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MРEG-2, переходят многие телеканалы, сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала.

· MРEG-3 предназначался для использования в системах телевидения высокой четкости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MРEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Формат MР3, который иногда путают с MРEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации, и полное название MР3 звучит как MРEG Audio Layer III.

· MРEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.