Конспекты лекций для студентов специальности 5В100200 Системы информационной безопасности Алматы 2017 алматинский

45 
6
Какие веб-сервисы существуют и на чем строятся? 
7
Платформы для веб-приложений? 
8
Назовите стандарты мобильных технологий.
11
 
 Лекция №11. Мультимедийные технологии 
 
Цель лекции: 
изучить средства и методы представления информации в 
цифровом формате, а также технологии для создания бизнез-процессов. 
 
Содержание лекции: 
представление текстовой, аудио, видео и 
графической информации в цифровом формате. Базовые технологии для 
сжатия информации. 3-D представление виртуального мира и анимация. 
Инструменты разработки мультимедийных приложений. Использование 
мультимедийных технологий для планирования, описания бизнес-процессов и 
их визуализация. 
При работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость 
обработки, передачи и хранения очень больших объемов информации. На 
современных носителях таких, как компакт-диск (CD-ROM, 650 Мбайт) или 
жесткий диск (порядка тысячи мегабайт) сохранить полноценный по времени 
видеоролик, записанный в поэлементном формате, не удается. С другой 
стороны, видеоинформация должна передаваться со cкоростью ее 
воспроизведения на экране компьютера. Так, полноцветное (24 бит/пиксел) 
изображение размером 720 × 576 пикселов из расчета 25 кадр/с требует 
скорости передачи видеоданных 240 Мбит/с. Однако пропускная способность 
каналов ЛВС FDDI - порядка 100-200 Мбит/с, а Ethernet - всего 10 Мбит/с. 
Поэтому использование видеоданных в составе электронных изданий 
оказывается невозможным. 
Развитие технологий перевода видеоинформации в цифровой формат и 
их дальнейшее применение в цифровом ТВ поставили проблему сжатия 
видеоданных в ряд наиболее важных. Ее положительное решение оказалось 
возможным лишь на базе разработки эффективных методов и алгоритмов 
сжатия видеоданных. 
Следует отметить, что традиционные алгоритмы сжатия данных без 
потерь здесь практически неприменимы, поскольку дают для реальной 
видеоинформации слишком незначительный выигрыш. Например, алгоритмы, 
основанные на компрессии за счет кодирования длинами серий и адресно-
позиционного кодирования (RLE, LZ, LZW и т. п.), не дают должного 
эффекта. 
Для покадрового сжатия видеоданных можно использовать алгоритмы 
компрессии статической графики - сжатие с потерями (JPEG). При этом 
восстановленное изображение кадра, как правило, не совпадает с оригиналом. 
Однако реализация таких алгоритмов достаточно сложна и процессы 
декодирования требуют значительных затрат времени. Видеоинформация 

46 
накладывает специфические ограничения на скорость декодирования данных: 
декодер (аппаратно-программное средство, осуществляющее декомпрессию 
данных) должен успевать разархивировать изображение за 1/25 с, пока на 
экране отображается предыдущий кадр. Данное ограничение не дает 
возможности реализовать алгоритмы с большей степенью сжатия. 
Еще одно ограничение - сложность аппаратной реализации 
декодирующих устройств. В реальных приложениях (цифровые видеокамеры, 
видеотелефоны, видеофоны и т.д.) оптимальным решением проблемы 
оказывается реализация алгоритма на заказном наборе микросхем с 
ограниченным числом транзисторов в чипе. Поэтому реализация подобных 
быстродействующих декодирующих аппаратно-программных устройств не 
всегда возможна. 
Реальным решением проблемы стало сжатие всего видеоряда, 
включающего последовательность видеокадров. 
Стандартным методом цифрового кодирования на компьютере 
является PCM (Pulse Code Modulation). Наиболее популярным форматом, 
используемым для хранения несжатых аудиоданных, является Microsoft PCM 
(WAV). Для видеороликов стандартным для компьютера считается Microsoft 
Audio/Video Interleaved (AVI). Сжатие аудио- или видеоданных как процесс 
подразумевает конвертацию соответственно несжатого WAV- или AVI- файла 
в другой формат с использованием алгоритма сжатия (поэтому программы для 
компрессии/декомпрессии данных называют конверторами). При этом может 
быть использован любой формат (даже WAV и AVI), если он поддерживает 
этот алгоритм. 
Важную роль в решении проблемы сжатия видеоданных сыграли 
результаты, полученные группой комитета по стандартизации MPEG (Motion 
Pictures Experts Group). Эта группа предложила технологию компактного 
представления цифровых видео- и аудиосигналов. Основная идея заключалась 
в преобразовании потока дискретных цифровых данных в поток некоторых 
записей, которые требовали меньшего объема памяти. Это преобразование 
основано на использовании статистической избыточности и особенностях 
человеческого восприятия. Закодированные независимо аудио- и видеопотоки 
в дальнейшем связываются системным потоком, который осуществляет 
синхронизацию и объединение множества потоков различных данных в одну 
кодовую последовательность. 
Разработанный этой группой метод сжатия и соответствующие форматы 
семейства MPEG унаследовали многое в своей структуре от JPEG. Однако 
противоположность графическим форматам MPEG использовал кодирование 
отличий последующих кадров от некоторых опорных изображений кадров. В 
1990 г. был создан формат MPEG-1, который ориентировался на сжатие 
видео- и аудиоинформации. 
После разработки первого стандарта на сжатие видео- и 
аудиоинформации эта же группа создала формат и соответствующую 
технологию, ориентированную на применение к видеоданным с более 

47 
высоким разрешением и потокам, в том числе для эффективного 
представления видеоинформации вещательного качества (SDTV - Standard 
Definition Television). Эффективное представление чересстрочной развертки 
(вещательного) видеосигнала оказалось более сложной задачей, чем прямые 
(не чересстрочные) сигналы, определенные MPEG-1. MPEG-2 ввел схему 
декорреляции многоканального дискретного аудиосигнала объемного звука, 
используя более высокий фактор избыточности. 
В дальнейшем были созданы форматы MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7, 
MPEG-J. 
Сегодня MPEG - единый формат представления данных спецификации 
United States Grand Alliance HDTV, группы European Digital Video Broadcasting 
и Digital Versital Disc (DVD). 
В литературе MPEG может подразделяться на фазы (MPEG-1, MPEG -2, 
MPEG-4 и т.д.), а в области аудиоинформации - еще и на уровни (layers). Фазы 
обозначаются арабскими цифрами, уровни - римскими. Некоторые фазы 
MPEG так и не были закончены. Например, разработка MPEG-3, 
предназначенного для телевидения высокой четкости (HDTV) с размерами 
кадров 1920 × 1080 при частоте смены 30 кадр/с и силой сжатия 20-40 Мбит/с, 
не была завершена, поскольку оказалось, что эта область поддерживается 
форматом MPEG -2. Нет информации о разработке MPEG -6, который 
предназначался для беспроводной передачи данных; MPEG -8, цель которого - 
четырехмерное описание объектов. 
Экспертная 
группа 
по 
мультимедиа 
и 
гипермедиа 
MHEG 
(Multimedia Hypermedia Expert Group) определила стандарт для обмена 
мультимедийными объектами (видео, звук, текст и другие произвольные 
данные) между приложениями и передачи их разными способами (локальная 
сеть, сети телекоммуникаций и вещания) с использованием MHEG object 
classes. Этот стандарт позволил программным объектам включать в себя 
любую систему кодирования (например, MPEG), которая определена в 
базовом приложении. MHEG был принят советом по цифровому видео и звуку 
(DAVIC - Digital Audio-Visual Council). MHEG-объекты создаются 
мультимедийными приложениями. 
Считается, что MHEG – будущий международный стандарт для 
интерактивного TV, так как он работает на любых платформах и его 
документация свободно распространяема. 
Наряду с указанными стандартными форматами имеется конечное 
множество форматов кодирования видео- и аудиоинформации, предложенных 
фирмами, производящими различные программные приложения. К ним 
можно отнести: формат RealAudio, разработанный фирмой RealNetworks, для 
хранения сжатых голосовых аудиоданных (речи); формат аудиоданных 
SoundVQ, разработанный компанией Yamaha; формат Windows Media 
Technology 4.0, представленный фирмой Microsoft, поддерживает потоковую 
передачу данных в Internet и имеет продвинутую систему сжатия аудио- и 
видеоданных; формат QuickTime фирмы Apple был разработан для 

48 
использования в мультимедийных приложениях на компьютерах Macintosh и 
т.п. 
Трехмерные модели реально существующих или абстрактных объектов 
создаются с помощью специализированных компьютерных программ. 3D-
моделирование может быть следующих видов: 
1)

жүктеу/скачать 1,02 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: