Мультимедийные ИТ-системы

Современные ИС отличаются большим разнообразием форматов и аппаратных устройств для ввода, обработки, представления и хранения информации и данных. Это текст, таблицы, диаграммы, звук, плоская и 3D-графика, анимация, видео. Развитие цифровых технологий представления и хранения данных обязано прежде всего тому, что во второй половине XX в. информация стала массовым продуктом, товаром для продажи, а это означает необходимость тиражируемое™ этого продукта и доставки конечному потребителю.

Взаимодействие с информацией перестало быть пассивным — достижения в области компьютерных и коммуникационных технологий сделало этот процесс интерактивным. Технологии хранения и тиражирования данных на твердых (Hard Disk Drive — HDD, Compact Disk — CD, Digital Video Disk — DVD), электронных (Flash Memory) и виртуальных (Virtual Media) носителях, технологии записи, преобразования и считывания информации (Data Recording/Conversion/ Playback), обилие форматов, а также программные средства с удобными интерфейсами в совокупности образуют среду, которая позволяют непрофессиональному пользователю работать именно с информацией, а не с компьютерной техникой. Такая среда называется мультимедийной, а технологии и программно-аппаратные средства для их интеграции и реализации — мультимедийными технологиями (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Мультимедийная среда

Мультимедийный «документ» (MM File) не является простой суммой текстовых, звуковых графических, видео- и анимационных фрагментов — это специально подготовленная сущность, воздействующая на пользователя как целостная система. При этом пользователь «погружается» в предметную среду, с которой он прямо взаимодействует, фактически являясь не только участником, но соавтором и режиссером взаимодействия. Следовательно, мультимедиа не только интегрирует в одном или нескольких программных приложениях и продуктах разнообразные виды традиционных и оригинальных видов представления и передачи информации, но и работу в реальном времени, позволяющую выйти на новый уровень интерактивного общения «человек — компьютер — среда (реальная или виртуальная)».

Например, в основу средств мультимедиа, создаваемых на базе Web-технологий (Hypermedia), положена общая объектно-ориентированная методология ассоциативных связей и концепция гипертекста.

Широкая распространенность такого вида средств объясняется тем, что абсолютное большинство пользователей в настоящее время имеют доступ к сети и средствам создания элементов Web-приложений, а описания языков программирования, разметки текста, техническая документация и стандарты легко доступны на сайтах производителей.

Быстрое увеличение мощности вычислительных средств и объемов оперативной памяти, совершенствование технологий всячески стимулирует развитие мультимедиа и способствует появлению новых направлений и технических решений. Это прежде всего отражается в их интерактивности, создании средств виртуальной реальности (Virtual Reality—VR) и виртуальных миров, объемного и интерактивного цифрового телевидения (Interactive Television — ITV), мультимедийных клиент-серверных сетей. Например, можно упомянуть такие новые решения, как IP/TV-сервер и IP/TV-клиент для Windows, созданные компанией «Cisco» на базе продуктов для internet-телевидения.

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.

Наиболее распространены следующие 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.

Для обработки и сжатия мультимедийных данных используют форматы: текстовые, графические, сжатия звуковых данных, сжатия видеоинформации.

Текстовыми являются форматы txt, doc, rtf, pdf, html. Практически все мультимедийные устройства по умолчанию настроены на чтение этих распространенных текстовых форматов и на работу с ними.

Графические форматы: JPEG, GIF, BMP, TIF (статические) и MJPEG, DVI, Wavelete (динамические, для создания анимации). Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами — JPEG (Joint Photographies Experts Group) и GIF (Graphics Interchange Format). Оба этих формата являются компрессионными, т. е. данные в них уже находятся в сжатом виде. Каждый из этих 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 чуть ли не в 25 раз. Формат GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры, содержащей до 256 цветов, JPG — 24-битный цвет в палитре 16,8 млн цветов (True Color). Эти форматы широко используются в таких известных графических пакетах, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrated, Paint Brash, Corel Draw и др.

Форматы сжатия звуковых данных: AIF, ASF, AU, AVI, BUN, MID, МР2, МРЗ, MPEG, SND, WAV, WRK. Наиболее известны в настоящее время форматв AU (Sun Microsystems) и WAVE (Microsoft).

Наиболее приемлемым для передачи аудиоданных через Internet является формат МРЗ. Он позволяет получать звуковые файлы с таким же качеством, как и качество Audio CD, но с уменьшением объема от 4 до 20 раз.

Форматы сжатия видеоинформации — форматы, реализуемые семейством международных стандартов, созданных под эгидой подкомитета JTC1 — экспертной группы Moving Picture Experts Group (MPEG). Официальное название группы — ISO/IEC JTC1 SC29 WG11.

Ее задача состоит в разработке единых норм кодирования аудио- и видеосигналов. Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, кабельном и спутниковом телевидении, internet-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, коммуникациях по каналам ISDN и во многих других электронных информационных технологиях и системах. Семейство стандартов быстро растет: в 2001 г. появился стандарт MPEG-21 (Multimedia Framework), описывающий структуры мультимедиа, в 2006 г. — группа исключительно важных стандартов: MPEG-A (Multimedia Application Format), MPEG-B (Multimedia System Technologies), MPEG-C (Multimedia Video Technologies), MPEG-D (Multimedia Audio Technologies), MPEGE (Multimedia Midllware) и MPEG-U3D (Multimedia Universal 3D File Format).

На сегодняшний день непрофессиональным пользователям известны наиболее применяемые для массовых мультимедиа продуктов форматы MPEG-1,2,3,4. Формат MPEG-1 был создан для кодирования и сжатия движущихся изображений и связанных с ними звуковых потоков со скоростью передачи данных до 1,5 Мбит/с. Формат MPEG-2 предназначен для обработки видеоизображений при пропускной способности в пределах от 3 до 15 Мбит/с. На стандарт MPEG-2 переходят многие телеканалы — сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала. Формат MPEG-3 вначале 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 MPEG-2. Формат MPEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа, графических приложений и цифрового телевидения.

Рынок чрезвычайно быстро отреагировал на факт появления и популярности мультимедиа-систем — все крупнейшие производители компьютерной техники и программного обеспечения стали участниками мультимедиа-индустрии. С подачи корпорации «Sun Microsystems» появился термин «системы управления мультимедиа» (Digital Media Management — DMM). Системы DMM должны обладать следующими свойствами:

• доступность — мультимедиа-документы должны быть доступны любому пользователю, имеющему настольный компьютер, ноутбук или мобильное устройство, снабженные надлежащим клиентским программным обеспечением;

• извлекаемость — документ должен быть легко найден по его характеристикам или ссылкам и загружен для считывания;

• интеграция — все типы данных необходимо хранить в едином логическом пространстве, форматы данных должны быть описаны в библиотеке метаданных;

• автоматизация накопления — ручной труд по каталогизации и индексации сводится к минимуму;

• совместимость со смежными технологиями — необходимо, чтобы клиентское программное обеспечение гладко стыковалось с популярными средствами обработки и создания содержания документов;

• многоцелевое использование — документы следует хранить в цифровом разрешении, максимально доступном на данном устройстве, чтобы их можно было легко преобразовать в различные форматы без потери качества;

• защита — единицы хранения должны быть открыты для преобразования только для лиц с надлежащими правами доступа, а там, где это необходимо, следует обеспечить защиту интеллектуальных прав собственности.

На рис. 2.26. показана общая архитектура системы DMM, отвечающая приведенным требованиям и рассчитанная на «тонкого» клиента. Это трехуровневая архитектура «клиент-сервер».

Рис. 2.26. Трехуровневая архитектура «клиент-сервер»

На первом уровне находятся средства хранения медиаданных, на втором — интерфейс системы «клиент-сервер» (доставка данных, обработка запросов), на третий уровень вынесены клиентские средства загрузки и доступа к документам. В такой архитектуре система DMM содержит следующие компоненты:

• хранилище — сервер базы данных хранит документы и поддерживает различные способы хранения, доступа и обновления документов;

• загрузчик — реализует процессы, автоматизирующие загрузку содержания в систему, включая запись, каталогизацию и индексацию;

• сервер доставки документов — доставляет документ пользователю в виде файлов либо битового потока для последующей конвертации в нужный формат;

• браузер — по минимуму, это «тонкий» клиент, создающий среду для составления запросов, поиска и просмотра (проигрывания) медиадокументов; расширения браузера для «толстых» клиентов реализуются через соответствующие сервисы;

• клиентские сервисы — являются средством расширения функциональных возможностей браузера; набор сервисов определяется требованиями пользователя и возможностями сервера.

Особое место в системе DMM занимает браузер. Браузер DMM представляет собой интерфейс пользователя для доступа и просмотра медиадокументов. Отделение браузера от уровня клиентских сервисов подчеркивает тот факт, что он может быть реализован с помощью любого стандартного браузера Web. Это дает ряд преимуществ, например независимость программного решения браузера от используемой платформы. Наращивание функциональных возможностей может происходить далее путем добавления сервисов в рамках общей организации системы.

Браузер создает интерфейс с сервисом запросов, который должен обеспечивать:

• навигацию по связям между документами;

• иерархический доступ «каталог/файл», аналогичный обычному менеджеру файлов;

• интерфейсы для поиска по атрибутам и полному тексту (желательно, чтобы они составляли единое целое);

• просмотр списка ответа, в том числе включающего в себя идентифицирующие миниатюры (иконки).

Второй главный компонент браузера — проигрыватель (Player) для документов. Желательно, чтобы медиадокументы были представлены в распространенных стандартных форматах либо легко преобразовывались в них. Однако современные браузеры в DMM способны получать документы в их «родных» форматах и активизировать соответствующие приложения обработки, чтобы пользователь мог, например, сам редактировать документы.