MULTIMEDIA
Fenomenul de "multimedia" PC poate sa aiba mai multe interpretari. Noi vom accepta sa numim prin acest termen un set de tehnologii care fac posibila existenta aplicatiilor de tip "multimedia" cum ar fi: grafica PC, imagini si animatie 2D si 3D, video, redare directa a imaginilor inregistrate si comprimate, precum si aplicatiile legate de sunet (inregistrarea si redarea sunetului, precum si sinteza vorbirii). Alaturi de aceste tehnologii trebuie sa amintim si o serie de tehnologii suport pentru multimedia cum ar fi CD-ROM, retele locale si tehnologii de comprimare/decomprimare a datelor. Acest domeniu s-a dezvoltat odata cu cresterea performantelor mP de a prelucra in timp real fluxul de date dintr-o astfel de aplicatie.
Vom cauta sa explicam aceste notiuni legate de multimedia fac nd apel la c teva aplicatii multimedia importante, principiile enuntate put nd fi extinse si la celelalte netrecute n revista la noi.
Unele din cele mai folosite aplicatii M (multimedia) folosite pe calculator sunt jocurile care solicita animatie, specifica 3D in timp real, redare video, intrari de date din partea jucatorilor si redarea de sunet inregistrat sau sintetizat. Educatia si instruirea sunt alte aplicatii multimedia care pot solicita aceleasi mijloace ca si jocurile. Prezentarile facute cu PC si gasesc utilizarea din ce n ce mai mult n ultimul timp. Videoconferintele folosesc metode cuprinse in aces capitol. Simularile, realitatea virtuala si comanda calculatorului cu ajutorul vocii completeaza multitudinea de aplicatii legate de aceasta tehnologie cunoscuta sub numele de M.
Tehnologia multimedia audio
A.Elemente de baza ale sunetului digital
Dupa cum se stie sunetul reprezinta o oscilatie care variaza continuu n amplitudine - ceea ce determina nivelul sonor - sau n frecventa - ceea ce va determina tonul sunetului. In sistemele analogice, acest sunet era ampliifcat n sisteme electronice - cu tuburi sau tranzistoare - rezult nd o tensiune sau curent variabil si in final se aplica unui difuzor care avea rolul de a-l transforma din nou intr-un sunet perceput de ureche. Transformarile pe care le suferea sunetul in lungul acestui lant erau cele aplicate acestor oscilatii electrice.
Daca dorim ca acest sunet sa fie eventual prelucrat intr-un calculator acesta va trebui sa transforme mai int i informatia analogica - variatia unei tensiuni- in informatie digitala siruri de numere care reprezinta variatia tensiunii initiale-. Aceasta transformare se face cu ajutorul uni dispozitiv numit convertor analogic - digital (ADC).
Dupa ce acest sunet se va prezenta ca o secventa digitala calculatorul va putea sa prelucreze aceasta informatie dupa algoritmul cerut iar rezultatul obtinut va fi semnalul digital care va fi reconvertit in sunet de un convertor digital - analogie (DAC).
Fig.8.1. reda acest sir de transformari.
Fig. 8.1
Dispozitivul numit de noi ADC va transforma semnalul analogic in digital prin esantionarea amplitudinii semnalului cu o anumita frecventa. Totul apare ca si cum s-ar realiza niste instantanee digitale ( "fotografii !") ale semnalului analogic cu o frecventa foarte mare. Cu c t vor fi mai multe esantioane intr-o secunda si acestea mai precis aproximate cu at t semnalul digital rezultat va fi mai fidel celui analogic original. In fig. 8.2. am reprezentat o oscilatie sonora sinusoidala care va fi esantionata la momentele de timp redate in fig.8.2.b, n fig.8.2.c. rezult nd esantioanele de amplitudine ale sinusoidei initiale. Deci esantionarea constituie prima operatie care are loc asupra unui semnal analogic .Aceste esntioane sunt transformate tot in ADC in numere care vor putea fi prelucrate de catre calculator. Digitizarea esantioanelor este a doua operatie care are loc pentru a obtine semnalul sub forma numerica si sa poata fii prelucrat de catre calculator.
Apare evident ca semnalul reconstituit de fig.8.2.c. va fi mai fidel cu cel din 8.2.a. cu c t frecventa de esantionare va fi mai mare si cu c t se vor folosi mai multi biti pentru reprezentarea numerica a amplitudinii unui esantion.
Urechea umana poate sesiza semnale audio in domeniul 20-20000 Hz. O teorema din teoria analizei semnalelor arata ca frecventa de esantionare trebuie sa fie mai mare dec t dublul frecventei cele mai mari( deci 40.000 Hz in cazul nostru).
O alta problema este pe cati biti reprezentam dimensiunea esantionului. Daca folosim un octet adica 256 de valori (28=256 - cum am folosit la placa grafica pentru a reprezenta maximum de 256 culori pe ecran) vom avea maximum 256 nivele de amplitudine. La redare ele vor reda in mod grosier sunetul original. Daca pentru reprezentarea amplitudinii unui esantion vom folosi 2 octeti (216=65,536 valori) acest numar mare de nivele va aproxima cu fidelitate acceptabila semnalul original.
Av nd aceste notiuni despre semnalul digital putem spune ca de exemplu semnalul telefonic digital are o frecventa de esantionare de 8.000 Hz. si se foloseste un octet (8 biti) pentru reprezentarea amplitudinii lui urmarindu-se intelegerea mesajului in primul r nd si nu chestiuni legate de fidelitatea sa . La inregistrarea digitala a sunetului pe CD se foloseste o frecventa de 44.100 Hz si 2 octeti (16 biti) pentru fiecare esantion. Daca se inregistreaza si un semnal stereo se vor folosi inca 2 octeti pentru al doilea canal. Cunosc nd aceste date se poate calcula rata de date pe minut pentru fiecare semnal digital prezentat. Daca la cel telefonic se ajunge la aproximatia 50 kocteti /minut la cel pentru CD la peste 10 M/minut.
Fig. 8.2.
Putem sa ne facem o imagine la ce fel de rate de informatii lucreaza circuitele sau placile de sunet actuale. Daca functiile blocurilor ADC si DAC sunt combinate intr-un singur circuit acesta se va numi CODEC (COdare - DEC odare).
Pe l nga functia de conversie aceste circuite mai pot si comprima sau decomprima date audio digitale.
In concluzie, deci sunetele in calculator sunt reprezentate in final ca fisiere care se bucura de toate proprietatile si posibilitatile de prelucrare specifice acestora.: comprimare, decomprimare, prelucrare numerica, etc.
Daca extindem notiunile la domeniul video unde, informatia vizuala apare tot ca un semnal electric oscilant, tot ceea ce s-a spus la sunet ram ne valabil si aici dar cu alte rate de esantionare
B.Prelucrari ale sunetului digital. Placi de sunet
Odata ce sunetul a fost convertit in forma digitala el poate fi prelucrat pentru a se creea tot felul de efecte ca reverberatii, ecouri, distorsiuni controlate, etc..Calculele necesare acestora sunt facute in procesoare specializate numite DSP (Digital Signal Processing) Tot acestea pot asigura si sinteza sunetului sau a muzicii precum si functiile de comprimare si decomprimare.
Cercetarile facute n domeniul sintezei sunetelor au permis generarea acestora din insumarea mai multor semnale sinusoidale cu frecvente diferite.Un capitol din matematicile speciale se ocupa cu analiza armonica a semnalelor . Foosindu-se rezultatele acestor analize s-a reusit sinteza sunetului prin modularea de frecventa (FM).
Toate acestea au dus la aparitia asa ziselor "placi de sunet" care reprezinta un element important al posibilitatilor M legate de sunet. Fig.8.3. reprezinta schema unei astfel de placi de sunet, prezenta curenta n calculatoarele actuale.
fig. 8.3.
Ea a fost creata prima data de firma "CREATIVE LABS" si mai este cunoscuta si cu numele de "Sound Blaster".Aceste placi se cupleaza normal pe un conector de extensie al magistralei ISA sau PCI si cuprind unele blocuri deja amintite. In plus observam un bloc MIXER care poate accepta intrari analogice de la ,microfon. linie audio sau difuzor PC si care pot fi controlate individual. De asemeni blocul MIDI (Musical Instrument Digital Interface) primeste comenzi pentru selectarea si generarea unor sunete de instrumente muzicale sau efecte audio -tremolo, reverberatie,cor, etc- .
Din analiza modului în care urechea percepe sunetele si folosinu-se de unele "imperfectiuni " ale acesteia s-a imaginat o metoda de prelucrare si comprimare a fluxului de date digitale aferente sunetului prelucrat care duce la fisiere de pîna la 10 ori mai mici fata de cele originale în care nu se face aceasta prelucrare digitala a semnalului sonor. Astfel odata cu aparitia procesoarelor mai puternice din seria Pentium Pro a aparut si tehnologia MP3 disponibila pe platforma PC .Aceasta a dus la raspîndirea unor accesorii independente - playere de mp3-uri!- care se pot conecta la pc , se descarca melodiile în acest format si apoi se poate reproduce sunetul independent de PC!
C.Prelucrari digitale video
Dupa cum am amintit deja prelucrarea semnalelor video preluate de camere digitale sau semnalul TV urmeaza aceleasi principii ca cele de sunet numai ca la o alta rata de viteza si cantitate de informatii pe secunda !. Semnalul video transformat n semnal digital poate fi comprimat pentru ca sa ocupe un spatiu mai mic la stocare sau in procesul de transmitere. La redare se int mpla procesele inverse. In plus aici apar unele elemente noi. Astfel s-au imaginat metode specifice de comprimare care tin cont de faptul ca continutul imaginii de la un cadru la altul se schimba foarte putin transmit ndu-se eventual numai schimbarile survenite si pastr nd ca baza un cadru initial. Este ceea ce fac metode cunoscute sub numele de MPEG care a cunoscut o dezvoltare în stadarde de tipul mpeg2, mpeg4 sau mai recent mpeg6.Aceste metode se folosesc pentru înregistrarea digitala a secventelor video de la camere video sau TV si apoi redarea acestui continut video printr-o prelucrare inversa . Pentru imagini statice sunt cunoscute fisierele cu extensia * . JPG ce provin din folosirea metodei JPEG de comprimare a imaginilor . Noile camere foto digitale se conecteaza la PC pe o interfata de tip USB sau direct la o imprimanta si pot transfera aceste imagini sub forma de fisiere de tip jpg. Satelitii de comunicatii destinati transmisiilor TV digitale folosesc de asmenea aceste tehnici de conversie si comprimare digitala - standardul DVB ( Digital Video Broadcasting)-. si televiziunea terestra trece la televiziunea de tip digital - standardul DVB-T adica DVB terestru!- existînd deja zone în Europa în care se renunta la sistemul clasic analogic iar pîna in anul 2010 practic acest sistem sa fie singurul existent!
D. Consideratii finale
In general tehnologia Multimedia lucreaza cu volum mare de date. Ca mediu ideal de stocare de la inceput in acest domeniu s-a impus CD-ROM cu capacitatea sa de peste 600MB sau 700 M. In urrma evolutiei tehnologiilor in domeniul stocarii optice a informatiilor au aparut standarde noi cum ar fi videodiscurile (DVD) cu capacitati de 4G sau 8G dar aici exista mai multe standarde .
Deasemeni s-a pus problema transmisiilor digitale pentru utilizatorii obisnuiti si acestea se fac in mod curent cu echipamente numite MODEM-uri (Modulation - DEModulation) care folosesc din plin tehnica digitala pentru transmiterea datelor. Conectarea acum acestora la cablul de TV a dus la cresterea vitezei de transfer iar furnizorul de cablu devine si furnizor de servicii Internet!
Datorita faptului ca retelele telefonice curente (numite si retele comutate) limiteaza viteza de transfer a datelor la valori care nu fac posibila transmisii multimedia de calitate atentia s-a indreptat spre echipamente cu fibre optice , sateliti sau retele locale rapide care permit un flux crescut de date. Cei care dispun o legatura directa la INTERNET se pot bucura de existenta de posturi de radio digitale care transmit in reteaua Internet . Se spera ca viitorul va apartine asa ziselor autostrazi multimedia pe care vor fi vehiculate filmele si muzica la cerere !
Întrebări la cap. 8
Pentru ca un PC să poată prelucra sunete (semnale analogice )cum trebuie să se prezinte acestea ?
Care sunt operatiile prin care un semnal analogic este transformat într-o secventa digitala ?
Pentru ca semnalul digital sa redea cât mai fidel semnalul analogic din care provine ce masuri se impun la conversia semnalului analogic ?
Care este functia unui circuit de tip CODEC într-o placa de sunet pentru PC ?
Ce standarde cunoasteti pentru obtinerea de fisiere digitale comprimate în domeniul sunetului sau imaginii ?
|
