Multimedia

Multimedia Multimedia ist inzwischen nicht mehr nur ein weitverbreitetes Schlagwort, sondern in vielen Anwendungen bereits fest implementiert.

Allgemein wird unter Multimedia die Kombination von verschiedenen Medienformen wie Standbilder (z.B. unter Verwendung digitaler Kameras), Audio, Bewegtbilder, Texte und Grafiken bezeichnet. Viele Rechner erledigen weitere Aufgaben. Es können normale Musik-CDs abgehört, E-Mails mit Toninformationen verschickt werden, oder der PC dient als Telefonanlage, die Anrufe weiterleitet, oder als Anrufbeantworter, der ankommende Telefonate beantwortet.

Videokonferenzsysteme bekommen eine immer grössere Bedeutung, da nicht nur ein normales Videobild übermittelt werden kann. Es ist möglich, Konferenzen mit mehreren angeschlossenen Partnern abzuhalten und Dokumente über grosse Entfernungen schnell und kostengünstig auszutauschen. In Verbindung mit Multimedia werden immer auch die Medien CD, DVD sowie Jukeboxen genannt. Der Grund hierfür ist, dass die Datenmenge generell sehr hoch ist und deswegen besonders preisgünstige, schnelle Speichermedien mit hoher Kapazität benötigt werden. Diese Technologien sind im Kapitel Massenspeicher aufgeführt. Auf die einzelnen Funktionen wird im Folgenden eingegangen.

Digitale Kameras

Digitale Kameras nehmen durch die rasant wachsenden Multimedia-Anwendungen einen immer grösseren Stellenwert ein. Sollen Bilder mit dem Computer bearbeitet werden, muss bei einer konventionellen Kamera erst der Film entwickelt und dann das Dia oder der Papierabzug gescannt werden. Bei der digitalen Kamera wird das Bild digital auf einem internen Speicher abgelegt und über eine Schnittstelle oder eine Diskette zum Computer übertragen. Der Anwender kann Bilder vergrössern, verkleinern, in Dokumente integrieren und über Online-Dienste verschicken. Desktop-Publishing, Präsentationen sowie einfachere Marketingbroschüren können ohne Scanner schnell und einfach mit Bildern gefüllt werden. Steht zudem ein geeigneter Farbdrucker - z.B. von HP, Lexmark oder Tektronix - zur Verfügung, Tintenstrahldrucker von HP , Tintenstrahlplotter von HP , Laserdrucker von HP , All-in-one Geräte von HP , Tintenstrahldrucker von Lexmark , Laserdrucker von Lexmark , Postscript-Farbdrucker von Tektronix kann der Arbeitsablauf "fotografieren - sehen - bearbeiten - ausdrucken" komplett abgeschlossen werden. Die Auflösung der digitalen Bilder erreicht mittlerweile annähernd die Qualität herkömmlicher Kleinbildabzüge. Kleinere Abstriche müssen lediglich bei der Datenkomprimierung gemacht werden.

Sprachanwendungen

Sprache ist ebenso wie Musik ein analoges Signal, das durch Digitalisierung in eine rechnerverarbeitbare Form gebracht und dann von einer Soundkarte wieder in analoge Signale gewandelt werden kann. Zur Ein- und Ausgabe sowie zur Bearbeitung von Toninformationen wird eine so genannte Audioschnittstellenkarte, im PC-Bereich auch Soundkarte genannt, benötigt. Soundkarten und Multimediazubehör sind im Kapitel Multimediazubehör zu finden. Das über Mikrofon oder Überspielkabel eingespeiste analoge Audiosignal wird von der Audiokarte mehrere tausend Mal pro Sekunde abgetastet (Sampling). Die Qualität der Abtastung ist abhängig von der Auflösung des Digital-Analog-Umsetzers (z.B. 8, 10 oder 16 bit) sowie von der Abtastfrequenz (Anzahl der Messungen pro Sekunde). Dieses Verfahren nennt man Puls- Code- Modulation (PCM). Möchte man Sprache über weitere Strecken, z.B. via E-Mail, übertragen, müssen die Datenmengen möglichst klein gehalten werden. Dazu werden die Signale über ADPCM (Adaptive Differential PCM) vor dem Senden komprimiert und beim Empfänger wieder dekomprimiert.

Videobearbeitung

Videokarten finden heute in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung. Neben dem Einsatz zur Erstellung digitaler Videoclips für Schulungszwecke oder Präsentationen wird auch die Darstellung von Live-Video oder Video-On-Demand ein immer grösseres Thema. Live-Video ermöglicht dem Anwender, parallel zu laufenden Applikationen Nachrichtensendungen mitzuverfolgen. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Echtzeit-Übertragung komprimierter Videobilder über Netzwerke. Die Videos können auf einem Videoserver, der mit einer solchen Karte ausgerüstet ist, gespeichert werden. Entfernt sitzende Anwender, die über das Netzwerk Zugriff auf diesen Videoserver haben, können dann via Video-On-Demand die gespeicherten Videofilme auf ihrer Workstation anschauen oder dort zur Weiterverarbeitung abspeichern. Zur Erstellung von Präsentationen können Videos von einem angeschlossenen Videorecorder oder einer Videokamera in die Workstation eingelesen werden und - je nach Wunsch - entweder ganze Videosequenzen manipuliert oder Standbilder abgespeichert und in Demos eingebunden werden. Voraussetzung für die Erstellung von Videoclips ist der Einsatz einer Videokarte, die die Videosequenzen oder Standbilder von einem angeschlossenen Videorecorder, einer Videokamera oder TV-Geräten auf der Festplatte abspeichert. Videosoftware bietet dann die Möglichkeit zur Manipulation der Videos. Da die Videodaten ohne bemerkbaren Qualitätsverlust vervielfältigt und geschnitten werden können, ist der Videoschnitt letztlich eine Frage von Dateikopier- und -löschbefehlen. Darüber hinaus bietet die Videoverarbeitung per Computer den Vorteil, dass auf jedes einzelne Bildstück des digitalisierten Materials sekundenschnell zugegriffen werden kann. Lästige Umspulzeiten entfallen. Die Übernahme einzelner Videobilder oder ganzer Videosequenzen in den PC oder in die Workstation kann über Videokarten mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen erfolgen, die im Folgenden aufgezeigt werden. Um Echtzeit-Videos oder Fernsehbilder am Monitor darzustellen, wird eine sogenannte Overlaykarte benötigt, die die aufwendige Digitalisierung der Videodaten umgeht. Diese Overlaykarten besitzen meist keine bzw. nur eine eingeschränkte Grabbing-Funktion und sind damit lediglich als Fernsehempfänger oder für Überwachungskameras einsetzbar. Das Videosignal wird von der Overlay- auf die Grafikkarte übertragen, so dass die Darstellung keine Rechenzeit erfordert. Das Videobild wird in einem separaten Fenster auf dem Monitor angezeigt. Zusätzlich zur Video- und Overlayfunktion ist bei einigen Videokarten bereits eine Grafikkarte integriert. Damit wird eine separate Grafikkarte überflüssig und für beide Funktionen wird nur ein Steckplatz im PC benötigt. Noch einen Schritt weiter gehen solche Videokarten, die über einen TV-Tuner verfügen. Damit kann neben Live-Videos jede beliebige Live-TV-Sendung in einem Fenster am Bildschirm dargestellt werden. Um ganze Videosequenzen am Bildschirm darzustellen und zu digitalisieren, werden Echtzeit-Digitizer benötigt, die das Videosignal in digitale Bilderfolgen umwandeln. Das Hauptproblem beim Abspeichern von Videosequenzen sind jedoch stets die enormen Datenmengen, die bei der Digitalisierung von Bildern und Videos anfallen. Für die Digitalisierung von einem Videobild mit 24-bit Farbtiefe werden ca. 1.2 MB benötigt. Bei einem PAL-Signal von 25 Bildern pro Sekunde entsteht so eine Datenmenge von 30 MB pro Sekunde. Zum Abspeichern von Videosequenzen sollte daher eine Videokarte mit Hardware-Kompression zum Einsatz kommen. Die Datenkompression verringert den Speicherbedarf und erhöht gleichzeitig die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Videobilder. Ausserdem wird durch die Kompression die benötigte Bandbreite bei Datenübertragungen über das Netzwerk verringert. Eine Kompression ohne Verlust an Qualität ist mit vertretbarer Rechenzeit nur bis zu einem Verhältnis von 1:2 möglich. Praktisch alle Lösungen für Videokompression müssen aber weit höhere Kompressionsraten erreichen. Softwarelösungen verwenden Algorithmen, die mit geringen Verlusten an Bildqualität Kompressionsraten bis 1:20 bewirken. Aufgrund dieser eingeschränkten Kompressionsrate setzen viele Video-Digitizer auf den Kompressionsstandard JPEG. Spezielle integrierte Schaltungen auf der Videokarte erlauben es, Videos in Echtzeit, d.h. mit mindestens 25 Bildern pro Sekunde, bis um den Faktor 1:10 zu komprimieren und zu dekomprimieren. Dieser Kompressionsalgorithmus arbeitet jedoch vor allem bei höheren Kompressionsfaktoren nicht verlustfrei, d.h. man kann Original und komprimiertes Bild nicht nur unterscheiden, sondern aus dem komprimierten Bild lässt sich das Original nicht mehr rekonstruieren. Es entstehen sogenannte Würfeleffekte, die Bildbestandteile werden extrem grobkörnig. Der Grad der Kompression kann variabel eingestellt werden. In der Praxis muss hier ein Kompromiss gefunden werden, da hohe Qualität geringe Kompression und damit eine hohe Datenmenge bedeutet. Motion-JPEG arbeitet ebenfalls nur mit Einzelbildern, es entsteht im Prinzip eine Datei aus lauter JPEG-komprimierten Einzelbildern. MPEG berücksichtigt darüber hinaus auch, dass die Veränderung von einem Bild zum nächsten meistens nur gering ist. Das Verfahren eliminiert die Ähnlichkeiten aufeinander folgender Bilder. Nur noch jeweils zwei Bilder pro Sekunde enthalten die volle, unabhängige Information des Einzelbildes. Alle dazwischenliegenden Bilder enthalten nur noch die Veränderungen zum vorhergehenden Bild. Festzustellen, welcher Teil des Bildes sich im nächsten wiederverwerten lässt, verlangt eine enorme Rechenleistung. Aus diesem Grund sind Video-Digitalisierungskarten mit MPEG-Bewegungskompression sehr teuer. Um eine angemessene Ausgabequalität der erstellten Videosequenzen zu gewährleisten, empfiehlt es sich, von vornherein nur hochwertiges Ausgangsmaterial zum Digitalisieren zu verwenden. Beim Digitalisieren von VHS-Videos stösst man schnell auf Probleme bei der Bildqualität. S-VHS oder, noch besser, professionelles Betacam eignet sich weitaus besser. Falsch ist, dass wegen der Qualitätsverluste durch Kompression die Eingangsqualität keine grosse Rolle spielt. Fehler wie Drop-Outs oder Rauschen machen sich nach der Digitalisierung doppelt bemerkbar. Insbesondere auf Rauschen reagieren die Kompressionsverfahren wie MPEG sehr empfindlich, da sich dann von Einzelbild zu Einzelbild sehr viele Informationen ändern. Sind die Videobilder auf der Festplatte gespeichert, können diese über Videobearbeitungs-Software beliebig geschnitten und manipuliert werden. Mit Hilfe von Überblendungen und anderen Trickeffekten können so eigene Videofilme erstellt werden. Werden entsprechende Bibliotheken und Programmierschnittstellen mitgeliefert, können für die Bildverarbeitung auf der Workstation oder auf dem PC eigene Programme geschrieben werden. Für Schulungs- und Präsentationszwecke lassen sich so die gewünschten Bildfolgen zusammenstellen und beispielsweise mit Texteinblendungen kombinieren. Lernprogramme können so gestaltet werden, dass der Benutzer individuell anwählt, welches Kapitel er mit welchem Schwierigkeitsgrad am Bildschirm dargestellt haben möchte. Die Software sucht dann die entsprechenden Bilder. Vor allem für Produktpräsentationen bietet es sich an, die zuvor digitalisierten Videosequenzen nach der Bearbeitung auf dem Videorecorder oder Fernseher auszugeben. Hierfür muss die Videokarte einen eigenen Video-Ausgang besitzen. Vorteil ist, dass ein Fernseher wesentlich preisgünstiger ist als ein Grossbildschirm mit entsprechender Diagonale. Darüber hinaus können die Videos auch einem grösseren Publikum über einen Videoprojektor präsentiert werden. Ebenso stellt die Erstellung von Video-Tapes einen interessanten Aspekt dar, zumal die auf dem Tape gespeicherten Daten dann über jeden beliebigen Videorecorder am Fernseher angezeigt werden können.

Videokonferenzsysteme

Videokonferenzsysteme bekommen eine immer grössere Bedeutung in Unternehmen, da sie eine enorme Kostenersparnis bedeuten können. Kommunikation mit Ton und Bild bedeutet eine leichtere und deutlichere Verständigung zwischen einzelnen und ganzen Gruppen von Kommunikationspartnern. Durch die flächendeckende Verbreitung von ISDN ist es einfach geworden Videokonferenzsysteme aufzubauen. Die meisten heute erhältlichen Systeme beinhalten eine geeignete Grafikkarte, Videokamera, Mikrofon, eine ISDN-Karte sowie die benötigte Software. Durch die ITU-Industriestandards H.323 (LAN), H.320 (ISDN) und T.120 (gemeinsamer Datenzugriff) ist es auch möglich, mit Videokonferenzsystemen anderer Hersteller, die diese Normen beinhalten, zu kommunizieren.