Материал: Методические указания к проведению практических занятий, выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Информационные технологии в металлургии». Печенкина Л.С

HTML существовал стандарт языка разметки печатных доку­ментов - StandardGeneralisedMarkupLanguage, который и был взят в качестве основы HTML.

Такой подход предполагает наличие еще одной компонен­ты технологии - интерпретатора языка. В WWW функции ин­терпретатора разделены между сервером гипертекстовой базы данных и клиентом.

Язык виртуальной реальности VRML. После создания HTML естественным было создание открытого, общепринято­ го языка, позволяющего описывать трехмерные сцены и увя­ зывать их с гиперсвязями, принятыми в WWW, - что-то типа HTML, но применительно к виртуальной реальности. Так воз­ ник термин VirtualRealtyMarkupLanguage (VRML), где слово Markup было позднее заменено на Modelling для того, чтобы подчеркнуть его графическую сущность. Первая версия VRML появилась в 1994 г. на основе формата

OpenlnventorASCIIFileFormat (IFF) фирмы SGI. Подмножество IFF, расширенное сетевыми возможностями, было положено в основу базовых форм VRML.

Язык программирования Java. Java - это современный язык для разработки приложений, созданный специально для распределенных сред. Java является простым объектно-ориентированным языком, не требующим длительного обуче­ния программистов. Для работы в сетецентрической среде воз­растающей сложности система программирования должна со­ответствовать объектно-ориентированной концепции.

Java является знакомым языком программирования, так как синтаксис Java во многом напоминает C++. Исключение адресной арифметики, по мнению создателей, должно обеспе­чить более надежный код по сравнению с C++. Надежность программ обеспечивается проверками на этапе компиляции и последующей проверкой во время выполнения.

Средства безопасности, встроенные в Java, обеспечивают защиту как от внешнего проникновения в файловую систему, так и от модификации кода вирусами. Другими важными свой-

ствами Java являются независимость от платформы, переноси­мость, многопоточность и динамическая сборка программы.

Многопоточность встроена на уровень языковых прими­тивов. Достаточно объявить некоторый метод синхронным, чтобы на время его работы с объектами, они автоматически блокировались. Снимается блокировка также автоматически, независимо от того, нормально или аварийно завершилась ра­бота метода. Блокировки сделаны реентерабельными, что ис­ключает возможность зависания при повторном блокировании объекта одним и тем же процессом.

Java-технология состоит из следующих основных частей: программирования на объектно-ориентированном языке Java в классическом смысле этого слова и разработки мобильных Java байт-кодов. Сюда часто относят и программирование на JavaScript.

Система программирования в среде Java позволяет компи­лировать программы для компьютерной платформы, на кото­рой она стоит в том же ключе, как и любая другая, например, С или C++. В этом случае главным отличием Java-программ является использование Java-классов, обеспечивающих разра­ботку безопасных распределенных систем. При этом утвер­ждается, что язык позволяет делать гораздо меньше ошибок при разработке программ, главным образом, из-за отсутствия адресной арифметики.

Концепция мобильных Java байт-кодов (апплетов) была специально разработана для использования в WWW. Для ис­пользования апплетов в язык гипертекстовой разметки HTML был введен тег APPLET, указывающий имя апплета и пара­метры его вызова. При этом обработка HTML-документов вы­полняется броузером так же, как и при обработке встроенной в документ графики. Сначала запрашивается документ, анализи­руется его содержание, а потом, если имеются теги APPLET, подгружаются апплеты. После получения всех апплетов они могут быть выполнены. Из этой схемы ясно, что броузер явля­ется одновременно и интерпретатором байт-кодов. Используя библиотеку классов, можно разработать эффектные динамические мультимедийные страницы. Кроме того, применение байт-кодов позволяет организовать распределенные процеду­ры вычислений с использованием различных серверов, с кото­рыми можно взаимодействовать по разным протоколам.

В настоящее время выпущено несколько систем визуаль­ной разработки программ на Java. Наиболее известными явля­ются:

• JavaWorkShop фирмы Sun;

• SymantecCafeforWindows 7

• Latte фирмы Borland;

• VisualJ++ фирмы Microsoft.

Языки сценариев JavaScript. Язык JavaScript разрабаты-­ вался компанией Netscape как язык сценариев просмотра HTML-страниц. JavaScript является объектно-

ориентированным языком. В целом язык ориентирован на встроенные объекты NetscapeNavigator: окна, формы, поля форм, элементы рабочих областей Navigator. Это сильно об­легчает обучение языку и позволяет сразу писать интересные и полезные программы.

Используя JavaScript, можно организовать многооконный интерфейс с локальной справочной системой и встроенной графикой, возложив при этом многие вопросы проверки вво­димых пользователем данных на JavaScript. По своим функ­циональным возможностям JavaScript довольно сильно усту­пает Java: можно организовать прокрутку текста, организовать открытие нового окна, запрограммировать калькулятор, но не более того.

VisualBasicScript. В настоящий момент во всем мире про­граммисты широко используют для быстрой разработки своих приложений язык VisualBasic, который не требует применения разнообразных SDK и нескольких месяцев на его изучение, как это происходит с языком C++.

Так же, как VisualBasic облегчает разработку приложений для Windows, a VisualBasicforApplication (VBA) делает то же для приложений, базирующихся на MicrosoftOffice,

VisualBasicScript (VBScript) дает в руки тех, кто создает Internet-приложения, аналогичный по мощности инструмент.

VBScript является простым подмножеством

VisualBasicforApplication и, следовательно, полностью с ним совместим. Все эти три продукта можно рассматривать сле­дующим образом: VisualBasic - полная интегрированная среда разработки, VisualBasicforApplication - инструмент для созда­ния приложений, работающих в рамках MicrosoftOffice, VBScript - инструмент для написания приложений, функцио­нирующих в программах, работающих в Internet.

VBScript позволяет разрабатывать клиентские приложе­ния, автоматически загружаемые вместе с Web-страницей. За­тем скрипты могут выполняться на клиентской ЭВМ как обычные программы. VBScript был разработан для примене­ния в корпоративных Интранет-сетях как средство для созда­ния приложений клиент-сервер. VBScript поддерживается бро­узером InternetExplorer, начиная с версии 3.0 на платформах Macintosh и Windows.

PERL. Объектно-ориентированный язык PERL (PracticalExtractionandReportLanguage) является переносимым, интерпретируемым языком, хорошо приспособленным для фильтрации и преобразования текста. Интерпретаторы PERL являются бесплатными программными продуктами. PERL на­ходит широкое распространение в Internet в среде UNIX. Предшественники PERL - редактор sed и утилита awk. Язык в определенной части похож на С, но имеет и существенную специфику.

Язык PERL представляет программисту широкий спектр возможностей:

• ассоциативные массивы;

• автоматическое преобразование типов;

• автоматическое изменение размера массивов;

• поддержка регулярных выражений для разбора текста;

• файловый ввод/вывод;

• форматированный вывод с генерацией отчетов на осно­ве шаблонов;

• функции обработки списковых структур данных;

• сетевые операции по сокетам.

Основное назначение PERL в Internet связано с разработкой серверных приложений на основе CGI.

Tcl/Tk. Пакет Tcl/Tk (ToolCommandLanguage / ToolKit) состоит из языка Tel и Тк - средства для работы с библиотека­ми виджетов. Язык Tel - это интерпретируемый язык сценари­ев, особенно удобный при написании пользовательских ин­терфейсов программ. В отличие от тяжеловесного Motif, Tcl/Tk может обходиться без C/C++.

Tel разработан в SunMicrosystems, ориентирован на сете­вые применения, платформно независим (работает на всех Windows, Macintosh и Solaris 2.x) и имеет мощные механизмы защиты (тиклеты могут исполняться в безопасном окружении Safe-Tel). Tcl/Tk будет работать в паре с Java, а не с C++. Tel по применению расположится рядом с VisualBasic, a Tk соот­ветственно рядом с ActiveX.

Sun выпустила семейство программ для работы с техноло­гией Tcl/Tk. В основной пакет Тс17.5 Тк4.1 входят две про­граммы: оболочка командного интерпретатора SHELL и гра­фический интерфейс разработки Wish, библиотека и докумен­тация. Наиболее популярен модуль расширения к NetscapeNavigator. Для работы он не требует пакета Тс17.5 Тk4.1, при этом пользователь может не только исполнять тик­леты в окне NetscapeNavigator, но и встраивать Tcl-сценарии в свои Web-страницы. Мощная среда разработки графических интерфейсов SpecTcl (вместе с SpecJava) для работы требует пакет Тсl7.5 Тk4.1.

Редактор для гипертекстовой графики

WebTklmagemapEditor для работы требует пакет Тс17.5 Тk4.1. Компактный полнофункциональный HTTP-сервер

TclWebServer целиком написан на Tcl (около 1000 строк кода), работает с CGI и использует безопасный режим SafeTcl.

4. ОСНОВЫ МУЛЬТИМЕДИА ТЕХНОЛОГИЙ

4.1. Представление звука в компьютерных системах: ввод, обработка и вывод мультимедиа информации

Мультимедиа - это технология, объединяющая информа­цию (данные), звук, анимацию и графические изображения. Кроме того, мультимедиа - это средства обмена информацией между компьютером и внешней средой. Слово "мультимедиа" означает множество носителей. Мультимедийный продукт -интерактивная компьютерная разработка, в состав которой мо­гут входить музыкальное и речевое сопровождение, видеокли­пы, анимация, графические изображения и слайды, базы дан­ных, текст и т.д. Мультимедийные продукты делятся на эн­циклопедии, обучающие и развивающие программы, игры и программы для детей, рекламные программы и презентации. У мультимедиа есть две стороны: аппаратная и программная. Аппаратная сторона мультимедиа может быть представлена как стандартными средствами - видеоадаптерами, мониторами, дисководами, накопителями на жёстких дисках, так и специ­альными средствами - звуковыми картами, приводами CD-ROM и звуковыми колонками. Программная сторона без аппаратной лишена смысла. Программные средства делятся на чисто при­кладные и специализированные. Прикладные - это сами при­ложения Windows, предоставляющие пользователю информа­цию в том или ином виде.

Звук в компьютере. Существуют две технологии записи и воспроизведения звука: аналоговая и цифровая. Известные всем бытовые магнитофоны и проигрыватели долгоиграющих пластинок ориентированы на аналоговую технологию. Запись и воспроизведение звука в компьютере и проигрывателях CD (лазерных дисков) основаны на цифровой технологии.

Звук по природе своей является набором волн, вызванных колебанием физических устройств (струн, мембран). Для того чтобы ввести звук в компьютер, его надо преобразовать в цифровой вид, т.е. представить в виде последовательности цифр (или нулей и единиц в двоичной системе исчисления). Для преобразования аналоговых данных в цифровые используется аналого-цифровой преобразователь (ADC - Analog-to-Digital Converter). Для воспроизведения звука необходим цифро-аналоговый преобразователь (DAC - Digital-to-Analog Converter).

При преобразовании звука в цифровой вид ADC измеряет поступающий сигнал с регулярными интервалами и присваи­вает цифровые значения уровню звука. Частота измерений на­зывается скоростью выборки. Количество бит, используемых для кодирования данных, называется разрешающей способно­стью. Например, при записи звука разрешающая способность может быть 4, 8 или 16 бит, а скорость выборки может состав­лять 11 кГц, 22 кГц, 44 кГц. Чем выше скорость выборки и больше разрешающая способность, тем более качественный звук будет записываться и воспроизводиться.

Для ввода и воспроизведения звука в компьютере нужна аудиоплата (карта). Обычно при покупке аудиоплаты пользо­вателю предлагается полный набор аудиоустройств компьюте­ра: наушники и колонки, микрофон.

Звук в компьютер можно ввести с микрофона или с любо­го аудиоустройства, например, с магнитофона. Предваритель­но эти устройства нужно подключить к аудиоплате. На задней панели аудиоплаты имеется вход "Mic" для подключения мик­рофона, вход "Line In" для подключения аудиоустройств. Воз­можно, для подключения придется использовать переходники, поскольку размеры штекеров у бытовых приборов могут отли­чаться от стандартных размеров входов на плате. Но если вы приобрели микрофон, специально предназначенный для под­ключения к компьютеру, то проблем с разъемами обычно не возникает. Для того чтобы записать звук с микрофона, можно воспользоваться либо стандартными средствами Windows, ли­бо программным обеспечением, которое поступает пользова­телю вместе с аудиоплатой.

MIDI-файлы. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) -это другой способ представления звука в компьютере. В отли­чие от WAVE-файлов, которые хранят цифровое представле­ние звуковых волн, MIDI-файлы хранят только описание зву­ка, представленного как сумма звучания нескольких стандар­тизованных музыкальных инструментов. 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 MIDI-формат, имеют встроенные синтезаторы нескольких десятков музыкальных инструментов. Некоторые карты предоставляют возможность создавать собственные инструменты. Качество воспроизведе­ния файлов MIDI зависит от звуковой платы, установленной в компьютере: на разных компьютерах MIDI-файлы могут зву­чать по-разному.

Как правило, звуковые карты обеспечивают общий MIDI-стандарт:

• 128 инструментов;

• 47 барабанных звуков.

Звуковые карты с MIDI-синтезатором отличаются по ко­личеству воспроизводимых инструментов и качеству звучания инструментов, по возможностям 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. Такие магнитофоны обычно используются в профессиональных студиях записи. Данное устройство хранит музыкальный фрагмент, например партию скрипки, виолонче­ли или тромбона. При воспроизведении дорожек записанная на них информация собирается вместе в единую последователь­ность для создания необходимого звука.

В плане практического применения отличия звуковых форматов MIDI и Wave состоят в следующем:

• файлы MIDI значительно меньше по объему, чем файлы Wave при той же длительности звучания музыкального фраг­мента;

• мелодии в формате MIDI явно относятся к жанру "элек­тронной музыки", в формате Wave записываются "живой" го­лос и звучание "живых" инструментов;

• мелодии, записанные в виде MIDI-файла, можно изме­нять путем несложного редактирования записи на нотном ста­не, в то время как мелодию в файле Wave изменять гораздо сложнее;

• файлы Wave используются для непродолжительных "аудио-эффектов", файлы MIDI используются в качестве зву­кового сопровождения.

Проигрыватель лазерных дисков. Компакт-диски, из­вестные также под названием CD/DA (Compact Disk/Digital Audio), появились в 1980 г., когда фирмы Phillips и Sony ввели стандарт для цифрового аудио под названием "Красная книга". Звук на компакт-дисках помещается на нескольких дорожках, причем одна дорожка обычно содержит одну песню. В соот­ветствии со стандартом "Красной книги" компакт диск может иметь до 99 дорожек, что составляет 74 мин звучания. Каждая дорожка делится на сектора, рассчитанные на 1/75 с звучания и состоящие из 2352 байтов цифровой информации. Компакт-диск имеет также дополнительные зоны, содержащие так на­зываемый перекрестный чередующийся код Рида-Соломона (CIRC), который управляет защитой данных. Если компакт-диск поцарапан или загрязнен, CIRC позволяет создать музы­ку. Если восстановить звуковую информацию не удается, то музыка не звучит.

Устройство CD-ROM компьютера может проигрывать обычные музыкальные компакт-диски, причем воспроизведе­ние музыки идет в фоновом режиме, позволяя параллельно выполнять на компьютере любую другую работу. Для про­слушивания компакт-диска можно использовать инструмент

Windows "Лазерный проигрыватель" из набора стандартных мультимедиа устройств.

4.2. Графическое представление информации

Технология ввода, создания и обработки графических изображений - одно из направлений компьютерных техноло­гий, которое заслуживает особого рассмотрения. При создании мультимедиа произведения, в котором непременно присутст­вуют элементы графики, пользователю приходится иметь дело с программными средами, с помощью которых он готовит не­обходимые графические материалы.

Технология формирования изображения. Рассмотрим более подробно технологию получения изображений в компь­ютере на экране монитора.

В недалеком прошлом наиболее распространенным типом монитора являлся 14-или 15-дюймовый цветной монитор с коэффициентом обнов­ления около 70 Гц и отображением 256 цветов. Такие дисплеи основываются на технологии электронно-лучевых трубок (CRT - cathode ray tube). Это в основном такая же технология, которая используется в телевизионных приемниках. Эта технология требует достаточно больших размеров мони­тора, в отличие от технологии жидкокристаллических диспле­ев (LCD - liquid crystall display), применяемой для компьюте­ров типа записных книжек (notebook) или портативных ком­пьютеров (laptop).

Наиболее популярные в настоящее время жидкокристаллические экраны могут быть пассивными, обладая при этом не слишком высокой четкостью изображе­ний, или активными. У активных LCD-экранов каждая точка (пиксел) отображается самостоятельным транзистором. Боль­шой размер экрана требует большого числа транзисторов, что приводит к значительному удорожанию монитора.

CRT-мониторы создают изображение на экране, получая от графической карты RGB (red-green-blue) данные и направляя электронный пучок на покрытый фосфором экран. Экран покрыт фосфорицирующими группами (тремя фосфорици-рующими точкам трех цветов). Электроны вызывают свечение фосфора надлежащих цветов. Фосфор светится только корот­кое время, поэтому он должен постоянно получать электрон­ные сигналы, чтобы удерживать изображение на экране. Час­тота регенерации - это время, которое требуется для перери­совки экранного изображения. Более высокая частота регене­рации означает меньшее число мерцаний и меньшее напряже­ние для глаз.

Для работы монитора в компьютере имеется графический адаптер. Обычно адаптеры поддерживают несколько графиче­ских режимов, которые отличаются качеством изображения в двух направлениях: разрешающей способности и глубине цве­товой гаммы. Разрешение монитора определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Цветовая глубина - это количество цветов, в которое может быть окрашен каждый пиксел.

Графические адаптеры имеют память для хранения и об­работки информации, поступающей на экран. Для хранения информации для каждого пиксела можно использовать разное число бит, что и определяет в конечном итоге глубину цвета на экране. С помощью 8 бит можно отобразить 256 цветов, 15 бит достаточно для хранения 32000 цветов, 24 бита могут отображать 16,7 млн цветов.

4.3. Форматы графических файлов

Существует множество форматов файлов растровой гра­фики, и каждый из них предусматривает собственный способ кодирования информации об изображении. Перечислим осо­бенности лишь наиболее распространенных форматов.

• BMP - растровый формат, разработанный фирмой Microsoft в качестве способа хранения и обмена данными. Этот формат может отображать изображения с глубиной до 24 бит. Созданные в этом формате файлы могут передавать очень ка­чественные и реалистичные изображения.

• GIF - Graphic Interchange Format, может сохранять не­сколько растровых изображений в одном файле. Поддерживает до 256 цветов и может создавать высококачественные изобра­жения. Формат использует сжатие данных, которое может уменьшить 8-битовое изображение примерно на 40 %. Широко используется для создания изображений, помещаемых в сети Интернет. Может иметь "прозрачный" фон, что также привле­кательно для разработчиков Web-страниц.

• PCX использовался в программе Paitbrush, которая ста­ла входить в пакеты фирмы Microsoft. Этот формат может поддерживать изображения вплоть до 24-битового цвета. Фай­лы могут сжиматься в случае 16-цветого изображения на 40-70 %, а 256-цветовое изображение может быть уменьшено на 10-30%.

• TIF широко используется в издательских системах. Формат может поддерживать несколько различных алгоритмов сжатия данных. Нередко возникает ситуация, когда некоторый конкретный пакет не поддерживает используемый в файле TIF метод сжатия, и могут возникать ошибки типа "Неподдержи­ваемый тип сжатия". Иногда проблемы возникают из-за того, что пакет может читать только черно-белые TIF-файлы, а изо­бражение является цветным.

• WMF - метафайл Windows, созданный фирмой Microsoft для хранения векторной и растровой графики. Фор­мат может создавать и хранить изображения вплоть до 24 бит на пиксел, передавая высококачественные изображения. Изо­бражения в этом формате хорошо масштабируются.

• JPG - формат (Joint Photographic Experts Group - Объе­диненная экспертная группа по фотографии), разработанный компанией C-Cube Microsystems, как эффективный метод хра­нения изображений с большой глубиной цвета, например, по­лучаемых при сканировании фотографий с многочисленными едва уловимыми оттенками цвета.