Стандартные средства мультимедиа

Мультимедиа — это понятие комплексное, которое подразумевает, с одной стороны, особый вид документа, а с другой стороны, особый класс программного и аппаратного обеспечения.

Мультимедийные документы отличаются от обычных тем, что кроме традиционных текстовых и графических данных могут содержать звуковые и музыкальные объекты, анимированную графику (мультипликацию), видеофрагменты. К мультимедийному аппаратному обеспечению относится оборудование, необходимое для создания, хранения, воспроизведения мультимедийных документов и объектов: звуковая карта, дисковод CD-ROM, звуковые колонки, микрофон, ТВ-тюнеры — устройства для обработки телевизионных сигналов и воспроизведения телепрограмм, дисководы для воспроизведения цифровых видеодисков (DVD), оборудование для записи компакт-дисков (CD-R, CD-RW), аппаратные средства для обработки сжатой видеоинформации (MPEG-декодеры).

Технология записи и воспроизведения звука в компьютере

Существуют две технологии записи и воспроизведения звука: аналоговая и цифровая.

Известные всем бытовые магнитофоны и проигрыватели ориентированы на аналоговую технологию. Запись и воспроизведение звука в компьютере и СЭ-проигрывателе основаны на цифровой технологии. Звук по своей природе является набором волн, вызванных колебаниями физических устройств (струн, мембран) (рис. 6.14).

Пример звуковой волны

Рис. 6.14. Пример звуковой волны

Методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но можно выделить два основных направления.

1. Метод FM (Frequency Modulation). Основан на том, что любой сложный звук теоретически можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, т. е. кодом (рис. 6.15). В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е являются аналоговыми. Разложение их

Пример формы звуковой волны с обертонами и призвуками

Рис. 6.15. Пример формы звуковой волны с обертонами и призвуками

в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).

При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и поэтому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

2. Метод таблично-волнового синтеза (Wave-Table). Данный метод лучше соответствует современному уровню развития техники. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, очень высокое и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Любой мультимедиа-ПК имеет в составе плату-аудиоадаптер. Аудиоадаптер дает компьютеру не только стереофоническое звучание, но и возможность записи на внешние носители звуковых сигналов. Аудиоадаптер имеет аналого-цифровой преобразователь, периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель как цифровой сигнал. Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифроаналоговый преобразователь, который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения.

Важными параметрами аудиоадаптера являются частота и разрядность квантования звуковых сигналов. Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Обычно они лежат в пределах от 4—5 кГц до 45—48 кГц.

Ниже перечислены наиболее распространенные типы файлов.

Название

файла

MIDI

Описание файла

В файле записаны только ноты для набора инструментов звуковой карты, и ом занимает небольшой объем. Но качество его воспроизведения на встроенных (например, AC97) кодеках и на недорогих устройствах заметно отличается от звучания на хороших звуковых каргах (SB Live и др.).

Общий MIDI стандарт: 128 инструментов, 47 барабанных звуков

MODO

В файле записаны несколько звуковых отрывков (сэмплов) и правила их проигрывания. Следовательно, объем таких файлов достаточно небольшой, в зависимости от размера, количества и качества сэмплов, но по звучанию они более разнообразны, чем MIDI, и проигрываются везде одинаково

WAV

В файле просто записана звуковая информация; его объем пропорционален продолжительности его звучания

MP3 Формат MP3 — это сжатый WAV. Уменьшение размера файла достигается различными способами, в том числе за счет удаления неслышимых человеческим ухом частот, которые тем не менее способствуют формированию обшей звуковой картины. Но на обычной мультимедийной акустике разница между WAV и MP3 со средним качеством 128—192 Кбит/с, скорее всего, не будет заметна

WMA Файлы этого типа используются проигрывателями Windows Media Player. Для того чтобы сохранить возможность онлайнового высококачественного музыкального вешания и защитить авторские права, компания Microsoft разработала альтернативный формат WMA, который теоретически не позволяет копировать файлы этого формата, допуская лишь их воспроизведение специальными программами

Примеры программ для работы со звуком:

  • • Winamp — универсальный проигрыватель, работающий с большинством звуковых файлов;
  • • Home Studio — программа позволяет одновременно работать с MIDI- и WAV-файлами в рамках одной сессии;
  • • Cool Edit Pro — программа для работы со звуком (WAV, MP3), имеющая большое количество возможностей;
  • • Alive MP3 WAV Converter — программа для перекодирования треков CD в WAV-файлы, а также для сжатия WAV-файлов в формат MP3;
  • • Sound Forge — многофункциональный высококачественный 32-разрядный редактор звуковых файлов, предназначенный для профессиональной обработки звука (рис. 6.16).

С помощью программ для работы со звуком можно не только обрабатывать и редактировать звуковые файлы, но и обрабатывать музыкальные файлы. Так, благодаря мощным звуковым синтезаторам, огромным библиотекам сэмплов, микшерным пультам с множеством функций появилась новая ветвь в развитии музыки.

При преобразовании звука в цифровой код измеряется поступающий сигнал с регулярными сигналами и уровню звука присваиваются цифровые значения. Частота измерений называется скоростью выборки.

Количество бит, используемых для кодирования данных, называется разрешающей способностью. Чем выше скорость выборки и больше разрешающая способность, тем выше качество звучания. Для ввода и воспроизведения звука нужны аудиоплата, колонки, микрофон. Звук в компьютер можно ввести с микрофона или с любого другого аудиоустройства. На рис. 6.17 пока-

ol?I?J

введите ВОПРОС т X

И Microsoft PowerPoint - [Звуковые файлы]

Файл Главка (^ід Вст^ка Формат Cgpenc Показ слайдов фгно (^правка

і J Л А л V

А А V ? ? J J

О ’

lUQ J?

Va т Л

• '»1

Я Н

ж]* н S

= =ПЕ і

- А* а’ і? iff

А-

_j Конструктор

_j Создать слайд -

?

Спамд 8 из 12

s д д|

русский (Россия)

їаметаї к слайду

Дейсівпя » Аегофис/ры * 4QOS^4 0A13 А’-

Сакура

Рис. 6.16. Экранная форма программы Cool Edit Pro

зан общий вид профессионального цифрового пульта музыкальной студии.

Стандарты записи данных на CD. Известны несколько стандартов на форматы представления данных на CD. Большинство этих форматов были описаны в так называемой радужной серии книг.

Компакт-диски появились в 1980 г., когда фирмы Phillips и Sony ввели первый стандарт для цифрового аудио под названием «Красная книга» (красная обложка книги дала ей название). Предшественником цифрового диска был аналоговый компакт-диск CD-А размером 120 мм и длительностью звучания 60 мин. В «Красной книге» были определены основные требования к качеству записи звука, описан метод кодирования данных, обоснованы размеры диска (form-factor). Звук на компакт-дисках помещается на нескольких дорожках, причем одна дорожка содержит одну песню. В соответствии со стандартом «Красной книги» компакт-диск может иметь до 99 дорожек, что составляет 72 мин звучания. Каждая дорожка делится на сектора, рассчитанные до */75 с звучания и состоящие из 2352 байтов цифровой информации.

Компакт-диск имеет дополнительные тоны, содержащие так называемый перекрестный чередующийся код Рида — Соломона (CIRC), который управляет защитой данных. Если компакт-диск поцарапан или загрязнен, CIRC позволяет восстановить музыку.

В «Желтой книге» расширены способы представления данных на CD, обоснованы стандарты для текстовой и графической информации. В дальнейшем они были определены Международной организацией по стандартизации ISO. В этой же книге указано, что на диске любой фирмы-изготовителя должен записываться раздел с оглавлением тома. «Зеленая книга» регламентирует форматы для мультимедийных дисков типа CD-I (Interactive). «Оранжевая книга» описывает физический формат для записываемых и стираемых CD. Основные параметры видео-CD, предназначенные для хранения в цифровой форме и воспроизведения видеоизображения, были описаны в «Белой книге», анонсированной в 1993 г. «Синяя книга» описывает комбинированный формат СД ЕХТРА, позволяющий создать диск с двумя типами записей аудиоинформации и цифровых данных.

В 1995 г. фирма Sony совместно с восьмью другими фирмами направила свои усилия на создание единого унифицированного стандарта на формат данных CD-DVD.

Различают следующие основные форматы записи информации на CD.

Формат CD-DA. Цифровой аудиокомпакт со временем звучания 74 мин.

Формат ISO 9660. Наиболее распространенный стандарт логической организации записанных данных.

С появлением формата High Sierra стало возможным чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660 с помощью приводов всех типов, что, в свою очередь, привело к массовому тиражированию программ на CD.

Формат Photo-CD. Разработан компаниями Codak и Philips в 1990—1992 гг. и предназначен для записи на CD, хранения и воспроизведения высококачественных фотоизображений (статической видеоинформации). На дисках такого формата могут храниться от 100 (разрешение 2048 х 3072 точек) до 800 (разрешение 256 х 384 точек) фотоизображений, а также звуковая информация.

Формат CD/ХА. Расширенный формат CD позволяет объединять аудиоинформацию и видеоизображение для их синхронного воспроизведения.

Формат CD-I. Разработан для широкого потребительского рынка как стандарт мультимедийного диска, который может содержать различного рода энциклопедии, аудио- и видеоинформацию, развлекательные программы. Возможно хранение видеоизображения со звуковым сопровождением (стереозвук) с длительностью воспроизведения до 20 мин.

Формат CD-DV. Позволяет записывать и хранить до 74 мин высококачественного видеоизображения со стереозвуком. Хранение данных основано на методе сжатия MPEG-1. Для чтения дисков, кроме привода, требуется аппаратный или программный декодер стандарта MPEG.

Формат 3DO. Разработан для игровых CD-приставок, например MEGA-CD фирмы SEGA.

Иногда в литературе упоминается так называемый мультимедиа CD-ROM, однако это не стандарт, а описательный термин для любого CD, допускающего запись данных, аудио- и видеоинформацию.

Если одновременно активизировать инструменты «Лазерный проигрыватель» и «Фонограф», то можно записать музыкальный фрагмент с компакт-диска в WAV-файл. При этом нужны до-полнительньге усилия по сжатию звуковых файлов для использования их в других приложениях с помощью специальной программы в формат MP3.

Наиболее частыми случаями нарушения авторских прав являются изготовление и реализация контрафактных аудио- и видеокассет и компакт-дисков с компьютерными программами.

Программа «Лазерный проигрыватель» предназначена для воспроизведения музыкальных аудиодисков с помощью дисковода CD-ROM. Программа позволяет управлять режимом воспроизведения (непрерывное воспроизведение, произвольное, ознакомительное) звуковых дорожек, имеет экранные элементы управления и позволяет создавать и редактировать списки воспроизведения музыкальных аудиодисков.

Проигрыватель Windows Media. Представляет собой универсальное средство для воспроизведения на компьютере видео- и аудиозаписей всех видов. В частности, с его помощью можно воспроизводить: музыкальные компакт-диски; аудио- и видеофайлы; потоковые звукозаписи из Интернета.

В ранних версиях Windows эти функции возлагались на две отдельные программы — «Лазерный проигрыватель» (для музыкальных компакт-дисков) и «Универсальный проигрыватель» (для всех типов аудио- и видеофайлов). Возможность прослушивания потоковых звукозаписей из Интернета появилась только в программе Проигрыватель Windows Media.

Экранные элементы управления Проигрывателя Windows Media соответствуют типичным органам управления бытовых электронных проигрывателей, магнитофонов и музыкальных центров. При воспроизведении музыкальных компакт-дисков Проигрыватель Windows Media способен загрузить из Интернета описание компакт-диска: название, имя автора или исполнителя, а также список дорожек. Предусмотрена возможность копирования записей и сохранения их в формате MP3.

В число дополнительных средств управления воспроизведением входят: средства управления объемным звучанием, графический эквалайзер, средства выбора зрительного образа, средства настройки видео (рис. 6.18).

MIDI-файлы. Это другой способ представления звука в компьютере. В отличие от WAV-файлов, которые хранят цифровое представление звуковых волн, MIDI-файлы хранят только описание звука, представленного как сумма звучания нескольких стандартизованных музыкальных инструментов.

Окно Проигрывателя Windows Media

Рис. 6.18. Окно Проигрывателя Windows Media

Данные в MIDI-файлах представляют собой последовательность записей, содержащих номера нот, их длительность, номера инструментов, а также команды, управляющие звучанием этих музыкальных инструментов.

Аудиокарты, поддерживающие Ml Dl-формат, имеют встроенные синтезаторы нескольких десятков музыкальных инструментов. Как правило, звуковые карты обеспечивают общий MIDI-стандарт: 128 инструментов и 47 барабанных звуков.

Звуковые карты с MIDI-синтезатором отличаются по количеству и качеству звучания воспроизводимых инструментов, по возможности совмещения нескольких инструментов, по количеству нот, хранящихся в памяти, по размерам волновых таблиц.

Для создания MIDI-файлов используется специальное программное обеспечение. Программная среда, имитирующая на компьютере музыкальные инструменты, показывает на экране устройство, внешне похожее на магнитофон с несколькими дорожками. Данное устройство хранит музыкальный фрагмент, например партию скрипки или виолончели. При воспроизведении дорожек записанная на них информация консолидируется для создания необходимого звучания.

Для лучшего понимания рассмотренного материала приведем отличия МШ1-файлов от УАУ-файлов:

  • • МЮ1-файлы значительно меньше по объему, чем VAV-файлы при той же длительности звучания музыкального фрагмента;
  • • мелодии в формате МШ1 явно относятся к жанру «электронной музыки», в формате ?АУ записывается «живой» голос и звучание «живых» инструментов;
  • • мелодии, записанные в виде МЮ1-файлов, можно изменить путем редактирования записи на нотном стане, в то время как УАУ-файлы изменять гораздо сложнее;
  • • УАУ-файлы применяются для непродолжительных аудиоэффектов, в то время как МШ1-файлы используются в качестве звукового сопровождения.

В табл. 6.5 приведены форматы звуковых файлов с заголовком.

Таблица 6.5. Форматы звуковых файлов с заголовком

Формат

Заголовок

.aif, aiff

ПК Apple Macintosh

.au, snd

SUN, NeXT, DEC, Linux

.avr

Audio Visual Research

.hcom

Apple Computer

MP3

Сходство c JPEG

.smp

Sample Vision (Turtle Beach)

.vqf

Альтернатива MP3

WAV

Разработан Microsoft

.MID

Содержит сообщения о MIDI-системе

.MOD

Хранит образцы звука (программ Sound Tracker, Noise Tracker)

Рассмотрим наиболее распространенные программы работы со звуком:

  • • Winamp — универсальный проигрыватель, работающий с большинством звуковых файлов;
  • • Home Studio — программа позволяет одновременно работать с MIDI- и WAV-файлами;
  • • Cool Edit Pro — программа для работы со звуком (WAV, MP3), имеющая большое количество возможностей;
  • • Alive MP3 Wav Converter — программа для перекодирования треков CD в WAV-файлы, а также для сжатия WAV-файлов в MP3;
  • • Sound Forge — многофункциональный высококачественный редактор.