Источник: Образование и XXI век: Информационные и коммуникационные технологии. - М.: Наука, 1999. - 251 с., - ил. - (Кибернетика: неограниченные возможности и возможные ограничения).
ISBN 5-02-008294-5. сс.213-220

2.2. Мультимедиа

В настоящее время в мире наблюдается новый этап компьютеризации различных видов образовательной деятельности, вызванный развитием мультимедиа-технологий. Графика, анимация, фото, видео, звук, текст в интерактивном режиме работы создают интегрированную информационную среду, в которой и учитель и обучаемый обретают качественно новые возможности. Мультимедиа-технологии в образовании находят применение - от детского до пожилого возраста и от вузовских аудиторий до домашних условий. Мультимедиа-продукты успешно используются в различных информационных, демонстрационных и рекламных целях. Внедрение мультимедиа в телекоммуникации стимулировало бурный рост новых применений.

Еще три года назад трудно было предположить появление рынка мультимедиа-продуктов в стране, испытывающей экономический кризис. Тем не менее, объем продаж CD-ROM в России уже исчисляется десятками тысяч единиц. Появились фирмы-производители мультимедиа-продуктов, только в Москве их насчитывается более десяти. Развиваются фирмы - распространители CD-ROM, освоен серийный выпуск дисков на Уральском электромеханическом заводе. По некоторым данным, российскими производителями разработано до 200 наименований мультимедиа-продуктов. Важно отметить, что высшая школа занимает одно из лидирующих мест в области разработки мультимедиа-продуктов в России.

Благодаря осуществлению межвузовской научно-технической программы "Мультимедиа-технологии" более чем в 19 вузах страны сформировались группы специалистов. Некоторые из них имеют достаточную квалификацию, опыт и техническую базу для профессиональной работы (РГГУ, МГИЭМ, СПб МТУ). Во многих вузах руководство поддерживает инициативные работы в этой области. Ежегодно к программе подключалось 2-3 новых группы, получившие необходимый опыт из инициативных работ. В рамках программы создана и действует центральная инфостудия Госкомвуза - "Экон", которая на сегодня является самым крупным разработчиком мультимедиа-продуктов в стране.

В 1994-97 г.г. результаты работ по программе представлялись на международных выставках и конференциях, в том числе - на крупнейших зарубежных ("CeBIT" - в Германии, "Comdex/Fall" - в США, "CEETEX" - в Англии, "Евромитинг" - в Бельгии, "ED-MEDIA" - в Канаде), а также - на наиболее представительных в России ("EXPO-96","Аниграф", "Comtec", "Графикон" и др.). Уровень разработок можно оценить полученными от зарубежных фирм и университетов предложениями (более 30).

Многокомпонентную информационную среду удобно разделить на три группы: аудиоряд, видеоряд, текстовая информация.

Аудиоряд. Конечно, среди компонентов интерфейса "ученик-компьютер", моделирующего естественное для нас взаимодействие "учитель-ученик", должны присутствовать привычные звуки: речь, музыка, эффекты, а также их комбинации, например, музыка/речь - пение. Эффекты включают звуки типа гром, шум и т.д. Такие естественные звуки в мультимедиа имеют обозначение WAVE (волна). Их цифровая запись и воспроизведение не являются в настоящее время техническим новшеством. Например, хорошо известны в быту аудио-компакт-диски. Наиболее важным вопросом при использовании этого элемента мультисреды является информационный объем носителя. Действительно, при частоте дискретизации 11 кГц и восьмиразрядной записи значения амплитуды в каждой точке отсчета 1 минута звучания потребует 660 Кбайт памяти. Наилучший стандарт качества - стерео, 44 кГц и 16 бит требует уже памяти в 16 раз больше, т.е. для записи минуты WAVE звука высшего качества необходима память порядка 10 Мбайт. Проблема совмещения высокой информационной емкости и низкой стоимости памяти (носителя информации) в настоящее время в России (и в мире) решается путем использования оптических цифровых компакт-дисков (CD). Однако и стандартный объем CD (до 640 Мбайт) позволяет записать не более часа WAVE звука. В настоящее время развиваются методы компрессии звуковой информации. На мировом рынке появляется все больше звуковых карт, использующих аппаратные методы компрессии/декомпрессии, поскольку известные программные решения требуют значительных ресурсов компьютера и неприменимы для простых CD-аудиоплейеров.

Принципиально другой тип звуков, используемых в мультисреде, - MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Здесь звуки музыкальных инструментов, звуковые эффекты синтезируются программно управляемыми электронными синтезаторами. Необходимая коррекция и цифровая запись MIDI звуков осуществляется с помощью программ - секвенсоров (музыкальных редакторов).

MIDI звуки включают музыку (одноголосую и многоголосую, вплоть до звучания оркестра) и звуковые эффекты, в том числе не имеющие естественных аналогов. Вопросы синтеза речи в настоящее время являются предметом исследований, их результаты пока не имеют широкого применения в мультимедиа. Огромным преимуществом MIDI является сравнительно малый объем требуемой памяти - 1 минута MIDI звука занимает в среднем 10 Кбайт. Это преимущество по отношению к WAVE звукам в первом приближении можно понять, если cравнить описание некоторой функции в виде формулы и в виде таблицы. Что касается недостатков MIDI - вспомните известную сказку про китайского императора, решившего завести себе механического соловья.

Видеоряд. По сравнению с аудио видеоряд представляется значительно большим количеством элементов. Прежде всего сюда входят элементы статического видеоряда, которые можно подразделить на две группы: графика (рисованные изображения) и фото. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Ко второй - фотографии и сканированные изображения.

Динамический видеоряд практически всегда состоит из последовательностей статических элементов (кадров). Здесь удобно выделить три типовых элемента: обычное видео (life video), квазивидео, анимация. Первый элемент - это, по существу, последовательность фотографий (около 24 кадров в секунду), второй - сильно разреженная последовательность (6-12 кадров в секунду), третий - последовательность рисованных изображений. Часто возникает вопрос о необходимости введения термина "анимация". Он снимается, если привести только два примера, показывающих отличие от традиционной кинематографической мультипликации. Первый - отличия при изготовлении. Компьютерный рисунок может быть снабжен набором числовых параметров, при его "оживлении" достаточно изменения их числовых значений. Второй пример легко воспринимается пользователями компьютерных игр - интерактивная анимация очевидно отличается от мультипликации.

Использование видеоряда в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Первая из них - разрешающая способность экрана и количество цветов. Стандарт VGA дает разрешение 640 х 480 пикселей (точек) на экране при 16 цветах или 320 х 200 пикселей при 256 цветах. Практически всегда при использовании реалистических изображений приходится экспериментировать в этих узких рамках, чтобы найти приемлемое решение. Конечно, существуют аппаратные средства с большими возможностями, например SVGA (видеопамять 512 К, 8 бит/пиксель) дает 640 х 480 при 256 цветах, а 24-битные видеоадаптеры (видеопамять 2М, 24 бит/пиксель) позволяют иметь на экране 16 млн. цветов. Однако вряд ли можно рассчитывать на такие средства у конечного пользователя мультимедиа- продуктов. Поэтому, выбрав то или иное разрешение, разработчик при выводе на экран реалистического изображения использует еще механизм смены палитр, программно реализующий выбор тех 256 цветов, которые дают наиболее натуральное представление данного объекта.

Вторая проблема - объем информации. Действительно, для статических изображений один полный экран в режиме 640 х 480, 16 цветов требует 150 Кбайт памяти, в режиме 320 х 200, 256 цветов - 62,5 Кбайт, а в режиме 640 х 480, 256 цветов - 300 Кбайт. Такие значительные объемы сразу определяют высокие требования к носителю информации, видеопамяти и к скорости передачи данных. Последнее особенно важно при использовании динамического видеоряда. Способов преодоления трудностей в арсенале разработчика немного. В основном применяется уменьшение размеров изображения (иногда - до предела узнаваемости), а в динамике еще и вывод на экран только отличий следующего кадра от предыдущего.

Проблема с объемом носителя информации хорошо просматривается на примере life-video. Достаточно натуральным считается изображение, содержащее 16 млн. цветов, хотя глаз человека способен различить и большее количество оттенков. Телевизионное изображение содержит примерно 800 х 600 пикселей. Если бы мы попытались оцифровать и записать на CD сигнал телевизионного качества, объема диска (640 Мb) хватило бы примерно на 20 секунд life video. Очевидны два пути решения проблемы: компрессия/декомпрессия видеоизображения и тотальная экономия - на размере видеоокна, цветах, количестве выводимых в секунду кадров. Методы компрессии/декомпрессии видео в настоящее время достаточно хорошо развиты и позволяют сокращать требуемый объем памяти более чем в 50 раз, при этом компрессия до 25 может осуществляться без потери качества. Наиболее известные решения, которые используются и при создании мультимедиа-продуктов для целей образования в России - DVI, MPEG, DVD.

Информационные ресурсы. Характерным отличием мультимедиа-продуктов является большой информационный объем, поэтому в настоящее время основным носителем этих продуктов является оптический диск CD-ROM стандартной емкости 640 Мбайт. На мировом рынке сегодня представлены тысячи наименований мультимедиа-продуктов на CD-ROM. Как правило, каталоги содержат следующие разделы: энциклопедии и справочники; образование; развлечения; игры; обучающие и развивающие игры.

Наряду с продуктами, подготовленными к широкой продаже, имеется значительное количество мультимедиа-приложений, разработанных в университетах для нужд учебного процесса. Эти приложения чаще всего не обладают товарными качествами, зато имеют неоспоримые преимущества с точки зрения методики, оперативности и удовлетворения нужд данного учебного заведения.

Количество таких разработок колоссально. Достаточно сказать, что на Всемирной конференции по образовательным мультимедиа и гипермедиа (94-World Conference on Educational Multimedia and Hypermedia) (Ванкувер, Канада, июнь 1994 г.) было представлено более 500 докладов и демонстраций, отобранных из трех тысяч предложений, которые поступили от университетов практически всех стран мира.

Бурно развивающееся направление - мультимедиа в телекоммуникациях. Многие крупные фирмы активно ведут разработки коммуникаций на основе волоконно-оптических сетей стандарта ISDN. Канал в такой сети имеет пропускную способность 64 Кбит/сек и пользователю может быть одновременно предоставлено несколько каналов. Спектр предлагаемых применений весьма широк - от просмотра заказной телепередачи до выбора нужной книги и участия в мультимедиа-телеконференции. Такие разработки уже имеют общее название "информационные магистрали" (Information highway) и предполагаются к объединению в рамках государственных программ.

Активно популяризуется идея использования уже существующих глобальных компьютерных сетей для нужд высшего образования. С этой целью предлагается объединить усилия мировых университетов на базе гипермедиа-технологий. Существо заключается в следующем. Очевидный недостаток университетских мультимедиа-разработок - качество исполнения. В то время как для создания рыночных CD-ROM продуктов привлекаются профессиональные художники, музыканты, актеры, аудио/видео инженеры, программисты, университетская разработка выполняется в лучшем случае профессором и программистом. Как правило, такая разработка невелика по объему, зато ее методическое качество и глубина представления предметной области - вне конкуренции. Предлагается собирать небольшие мультимедиа-фрагменты учебных курсов на серверах сетей, с тем чтобы каждый преподаватель университета при подготовке своего курса мог набрать необходимый материал по сети. Один из идеологов этой работы - профессор Маурер (Грац, Австрия) - утверждает, что, несмотря на очевидные проблемы (низкая для мультимедиа пропускная способность сетей, авторское право и др.), идея такого "мирового университета" жизнеспособна.

Отделения Российского мультимедиа-центра в рамках Государственной программы "Мультимедиа в образовании" подготовили (в том числе на CD-ROM) значительное количество учебных курсов, справочников, обзоров, научных приложений, часть из которых указана в табл. 22.

Мультимедиа-продукты

В России, несмотря на сложное экономическое положение, активно развивается коммуникационная инфраструктура (компьютерные и телевизионные сети), которая широко используется для целей образования.

В учреждениях образования и науки России создано большое количество разнообразных информационных ресурсов (в том числе на основе применения современных мультимедийных, гипермедийных и сетевых информационных технологий), которые существенно повысили качество учебной и научной деятельности. Разрабатываются новые педагогические и информационные технологии в образовании, опыт использования которых показывает их большие возможности в повышении творческого потенциала обучаемых, а значит - и качества обучения.