История мультимедиа в Windows: Video for Windows (ч.2)

3. Microsoft Miltimedia Extensions (MME) 1.0
Первый шаг был сделан осенью 1991 года. Именно тогда Microsoft выпустила свой первый мультимедийный пакет, носивший название Multimedia Extensions, или MME. Его первая и последняя версия носила номер 1.0.

Он предназначался для Windows 3.0 включал в себя следующее:

• Первую мультимедийную подсистему Microsoft - MME API.
• Мультимедийный проигрыватель Media Player (не путать с Windows Media Player!).
• Проигрыватель компакт-дисков Audio CD под названием Music Box.
• Программу для записи звука Sound Recorder.
• Набор апплетов Панели управления, предназначенных для задания параметров мультимедийных устройств и указания звуков, которые будут воспроизводиться в ответ на возникновение различных событий.

Это интересно
Кстати, о системных событиях. Multimedia Extensions предоставляла возможность сигнализировать о прошествии каждого часа, каждой половины и каждой четверти часа. Кто его знает, может быть, кому-то это и было нужно...

Рис. 14. Интерфейс Microsoft Windows 3.0 с установленным пакетом Multimedia Extensions 1.0. Видны окна программ Media Player, Music Box и Sound Recorder

Multimedia Extensions был доступен только для производителей оборудования - звуковых карт и приводов CD-ROM - и предназначался для распространения в комплекте с готовыми изделиями. В розничную продажу он не поступал.

Помимо этого, была выпущена особая версия Windows 3.0 с уже установленным пакетом Multimedia Extensions - Windows 3.0 with Multimedia Extensions 1.0. Она также была доступна только для производителей оборудования, предназначалась для установки на готовые компьютеры с уже имеющимися в них звуковыми картами и приводами CD-ROM и также не поступала в розничную продажу.

Теперь рассмотрим составные части Miltimedia Extensions и поддерживаемые им форматы более подробно.

3.1. MME API
MME API - как уже говорилось, была первой мультимедийной подсистемой, появившейся в составе Windows. Она позволяла выводить только звук.

MME API была системой во многом революционной для тех времён. Так, она имела модульную структуру и возможность расширения. Об этом следует поговорить подробнее.

Прежде всего, все программы, составляющие MME API, делились на две группы:

• Кодеки. Небольшие программы, выполняющие чтение звуковых данных из файла и преобразование их в другой формат, в частности, их декодирование перед выводом.
• Программное ядро. Ключевой компонент MME API, её "сердце". Выполняет открытие файла, запуск соответствующего кодека для декодирования хранящихся в нём данных и вывод декодированного звука на звуковую карту или запись его в файл.

Схема работы MME API очень проста. Программное ядро открывает звуковой файл или получает массив звуковых данных от какой-либо прикладной программы, ищет и запускает кодек, поддерживающий формат, в котором закодированы эти данные, и отправляет результат его работы на звуковую карту или сохраняет его в файл.

Модульная архитектура мультимедийной подсистемы имеет огромное преимущество перед "монолитной". Разработчики программ могут добавить в систему поддержку какого-либо нужного им формата аудиофайлов и кодирования аудио, написав соответствующий кодек. После установки этот кодек может быть использован любой программой, которой требуется вывести звук, в том числе и стандартным Media Player.

Кодеки MME API представляли собой обычные динамические библиотеки Windows (DLL) и хранились в файлах с расширением dll и acm.

Изначально MME API поддерживала только один формат файлов - WAV - и только один формат кодирования звука - знакомый нам PCM. Также поддерживался формат MIDI, но назвать его форматом кодирования звука можно с трудом.

Основной недостаток MME API - отсутствие функции программного микширования различных звуковых потоков, выводимых различными программами. Это означало, что в данный момент мог выводиться только один звуковой поток; попытка вывести другой приводила к тому, что вывод первого звукового потока прерывался.

Впрочем, если звуковая карта включала в свой состав схему аппаратного микшера, для микширования звуков могла задействоваться именно она. Производитель звуковой карты писал специальный драйвер, который устанавливался в систему и перенаправлял различные звуковые потоки на эту схему. А особое приложение, также предоставленное производителем звуковой карты, позволяло управлять аппаратным микшером.

Проблема была в том, что очень и очень многие звуковые карты, особенно начального уровня, не имели аппаратного микшера. И их владельцам приходилось был очень внимательными, не запускать сразу несколько программ, выводящих звук, и по возможности не использовать звуковую индикацию событий.

3.2. WAV
Формат аудиофайлов WAV (от англ. wave - волна) был самым первым форматом такого рода, поддерживаемым мультимедийными средствами Windows.

Формат WAV был разработан Microsoft совместно с IBM. Хотя его поддержка появилась ещё в Multimedia Extensions, официальное его представление состоялось только в 1991 году, уже во времена Windows 3.1.

Изначально формат WAV позволял хранить в файле один или два канала аудио. Начиная с Windows 2000, в нём появилась поддержка аудио с большим количеством каналов, хотя эта возможность практически не используется на практике, так как на данный момент существуют более эффективные форматы файлов, имеющие возможность хранения многоканального звука. Звук в файле WAV может быть закодирован с применением практически любого формата, но реально чаще всего используется формат PCM.

Преимущества формата WAV: простота и широкая поддержка оборудованием и ПО.

Основным недостатком формата WAV считается невозможность хранения в аудиофайле сопутствующей информации (метаданных). Например, популярнейший формат MP3 позволяет хранить в файле так называемые теги, включающие имя исполнителя, название альбома и композиции, год выхода и др. В файле WAV сохранить такие данные принципиально невозможно.

Формат WAV благополучно дожил до наших дней, несмотря на появление других форматов аудиофайлов, более эффективных. Сейчас в нём обычно хранят высококачественный звук либо звуковые данные, предназначенные для дальнейшей обработки.

Все последующие версии Windows, в том числе и Windows 7, включают в себя поддержку WAV. В этом формате хранятся звуковые файлы, использующиеся для звуковой индикации системных событий. Так, когда вы загружаете Windows, и в динамиках раздаётся призывная мелодия, знайте - это старый добрый WAV.

3.3. MIDI (формат файлов)
Как мы выяснили ранее, MIDI - это интерфейс, предназначенный для связи цифровых музыкальных инструментов друг с другом. Ещё это весьма специфический формат аудиофайлов, имевший широкое хождение в 90-х годах прошлого века. А некоторые его разновидности используются до сих пор.

Интерфейс MIDI, кроме всего прочего, описывает набор команд, которыми музыкальные инструменты обмениваются между собой. Эти команды, грубо говоря, описывают, какая нота, каким инструментом и с какими эффектами должна быть воспроизведена. Если записать эти команды в файл, мы получим готовую музыкальную композицию, которая может быть воспроизведена и передана другому пользователю, в том числе и через Интернет.

Набор таких музыкальных команд и хранит MIDI-файл.

Сам интерфейс MIDI был представлен в 1982 году. А формат звуковых файлов MIDI появился во второй половине 80-х.

Преимущество у формата MIDI всего одно - компактность. Аудиофайл MIDI фактически хранит только набор компактных музыкальных команд, а не сами звуковые данные, которые могут быть очень велики по объёму. Именно поэтому формат MIDI одно время был популярен среди любителей обмениваться музыкой по тогдашнему, весьма и весьма небыстрому, Интернету.

Недостаток у этого формата также всего один - принципиальная невозможность записи вокала.

Формат MIDI был популярен вплоть до 2000-х годов. Как уже говорилось, в этом формате часто распространялась музыка в Интернете, в том числе и творения композиторов-любителей. А ещё в этом формате хранились мелодии, поставлявшиеся в составе Windows и использовавшиеся для звуковой индикации событий. (Наверно, для любителей слушать музыку при выводе каждого системного предупреждения.)

В 2000-х годах популярность формата MIDI стала угасать. Во-первых, появились другие форматы звуковых файлов, почти столь же компактные. А во-вторых, Интернет стал много быстрее, и передача по нему целого музыкального альбома ныне не отнимает слишком много времени.

Тем не менее, одна из модификаций формата MIDI широко используется до сих пор. Это так называемый MIDI Karaoke - формат файлов караоке, имеющих расширением kar. Помимо собственно музыкальных команд, она позволяет хранить и тексты песен.

Формат MIDI поддерживался всеми версиями Windows, вплоть до Windows XP. Впоследствии, начиная с Windows Vista, его поддержка была удалена.

3.4. Media Player 3.0
Media Player был первым мультимедийным проигрывателем, разработанным Microsoft. (Не путайте его с появившемся позднее Windows Media Player!)

Media Player по нынешним временам выглядит очень просто. Небольшое окошко с указателем позиции воспроизведения, кнопками управления и системным меню, из которого можно было получить доступ к остальным возможностям этой программы, например, открыть файл для воспроизведения. Никакой визуализации, никакой медиабиблиотеки, никаких звуковых эффектов. Нет даже регулировки громкости и настройки тембра звука.

Media Player позволял воспроизводить аудиофайлы всех форматов, поддерживаемых подсистемой MME API, при условии, что в системе имелись поддерживающие их кодеки.

Некоторые источники ([1], [4]) утверждают, что Media Player также позволял воспроизводить видеофайлы; при этом собственно видео выводилось в отдельном окне. Поддерживалось воспроизведение видеофайлов формата Microsoft MultiMedia, или MMM. (Автору не удалось найти никакой информации по этому формату.) Кроме того, заявлялась возможность поддержки видеофайлов и других форматов. Что странно, ведь первая мультимедийная подсистема, поддерживающая видео, - Video for Windows - появилась только год спустя.

Рис. 15.Интерфейс Microsoft Windows 3.0 с установленным пакетом Multimedia Extensions. Media Player воспроизводит видеофайл MMM

Также утверждается, что сторонние приложения могли использовать программные компоненты Media Player для вывода видео в своём собственном окне, без запуска самой этой программы-проигрывателя. Если это так, выходит, что Media Player включал в себя какие-то части будущей мультимедийной видеоподсистемы Video for Windows.

Осталось только сказать, что версия Media Player, входившая в состав Multimedia Extensions, имела номер 3.0.

3.5. Music Box
Music Box - первая программа проигрывателя компакт-дисков от Microsoft.

Неказистая, очень корявая, она, тем не менее, включала практически все функции, знакомые нам по другим аналогичным программам. Она позволяла воспроизводить треки компакт-дисков в прямом, обратном и случайном порядке, выводила и позволяла менять текущую позицию воспроизведения диска, выбирать произвольный трек и показывала общее время звучания диска.

Главное окно Music Box имело большие размеры и на редкость сумбурный интерфейс. Такие впечатление, что её лепили в спешке. Пожалуй, даже нынешние школьники сделают интерфейс получше.

3.6. Sound Recorder
Sound Recorder - первая программа Microsoft для записи звука. Она предназначалась для счастливых обладателей звуковых карт, имеющих аудиовход.

Возможности этой программы невелики: запись звука, сохранение его в файл и последующее воспроизведение полученного файла. Также она позволяла выбирать аудиовход, с которого должна вестись запись, разрезать получившийся аудиофайл на части, воспроизводить его с увеличенной или уменьшенной скоростью, регулировать громкость, добавлять к записанному звуку эхо и перевёртывать его, так сказать, задом наперёд.

Звук записывался в файлы исключительно формата WAV. Для его кодирования мог быть выбран любой из установленных в системе кодеков, поддерживаемых MME API.

Главное окно Sound Recorder содержало кнопки управления записью и воспроизведением звука, панель осциллоскопа, указатель текущей позиции записи и воспроизведения и главное меню, из которого можно было добраться до всех функций программы.

Основное ограничение Sound Recorder - возможность записи звука продолжительностью не более минуты (текущая позиция записи отображалась указателем в главном окне). Дело в том, что звуковые данные сначала сохранялись в оперативную память, а уже потом записывались в файл. А оперативной памяти в тогдашних компьютерах было немного...


4. Windows Sound System
Помимо выпуска мультимедийной подсистемы Multimedia Extensions, Microsoft приняла попытку привести многочисленные и несовместимые друг с другом звуковые карты, имевшиеся в то время на рынке, к единому стандарту. Ведь если бы все звуковые карты поддерживали некий единый интерфейс, их производителям было бы значительно проще писать под них Windows-драйверы.

Таким стандартом стал Windows Sound System (WSS). Он задавал для звуковых карт минимальные параметры качества звука, набор входов и выходов, которые обязательно должны были на них присутствовать, и ещё некоторые требования, которые зачастую были весьма революционными для своего времени.

Многие мелкие фирмы - производители звуковых карт реализовали в своих издениях поддержку данного стандарта. Крупные же производители, такие, как Creative, не спешили этого делать (и впоследствии так и не сделали). Тем не менее, WSS-совместимые звуковые карты заняли немалую долю рынка, широко поддерживались производителями ПО, в том числе и игр, и выпускались вплоть до конца 90-х годов, когда безоговорочная победа Windows сделала задачу стандартизации "железа" неактуальной.


5. Multimedia PC level 1
Помимо этого, Microsoft попыталась установить требования для типичного мультимедийного компьютера того времени. Этот компьютер должен был иметь базовые функции по воспроизведению звука (о видео речь ещё не шла).

И вот в 1991 году на свет появился стандарт Multimedia PC level 1. Минимальные требования, предъявляемые им к компьютеру, были таковы:

• процессор - Intel 386SX с тактовой частотой 16 Мгц или аналогичный;
• объём оперативной памяти - 2 Мб;
• объём жёсткого диска - 30 Мб;
• видеокарта с разрешением 640х480 пикселов, способная выводить одновременно 256 цветов;
• привод CD-ROM с однократной скоростью, временем поиска не более 1 секунды, загружающий процессор не более чем на 40%;
• звуковая карта начального уровня, поддерживающая частоту дискретизации 11 и 22,05 КГц и разрядность звука, равную 8 битам;
• операционная система - Windows 3.0 с установленным пакетом Multimedia Extensions 1.0.

Не стоит смеяться, глядя на эти цифры! По тем временам это была достаточно серьёзная машина. А уж по российским меркам - так просто суперкомпьютер.

Этот стандарт должен был стать частью маркетинговой инициативы, призванной повысить качество выпускаемых мультимедийных компьютеров. Те их них, что полностью удовлетворяли стандарту Multimedia PC level 1, должны были получить значок с символами "MPC". А покупателям, в свою очередь, следовало ориентироваться на этот значок при покупке ПК.

Рис. 16. Логотип Multimedia PC

Забегая вперёд, скажем, что эта инициатива полностью провалилась. Мало кто из производителей проводил свои изделия через процедуру стандартизации, и, следовательно, мало какие изделия, даже вполне удовлетворяющие этому стандарту, получали этот значок. Что касается недобросовестных игроков, позиционировавших в качестве мультимедийных откровенно непригодные для этого компьютеры, то они в любом случае задержались на рынке ненадолго.


6. Apple QuickTime
Пока Microsoft возилась с компьютерным звуком и пыталась популяризовать свои первые мультимедийные наработки, компания Apple - её давний конкурент - сделала решающий ход.

Apple принесла на персональные компьютеры видео.

Это случилось 2 декабря 1991 года. Тогда в свет вышло мультимедийное дополнение для операционной системы Mac OS System 6, носившее название QuickTime.

QuickTime представляла собой полноценную мультимедийную подсистему. Она предоставляла возможность воспроизведения аудио и статичных графических изображений (в те времена картинки также относили к ведомству мультимедиа).

А самое главное - она позволяла воспроизводить настоящее видео со звуковым сопровождением, хранящееся в файлах.

Как уже бывало не раз, Apple мощным рывком устремилась вперёд и далеко опередила Microsoft. Что предпримет в ответ на это последняя?..


7. Microsoft Windows 3.1
Windows 3.0 недолго царствовала на рынке операционных систем. Через пару лет после её выхода, в марте 1992 года, на свет появилась её преемница и могильщица. Это была Windows 3.1.

Если номер младшей версии изменился всего на единичку, то список возможностей пополнился очень серьёзно. Судите сами:

• Поддержка векторных шрифтов TrueType. Теперь в Windows можно было не просто набирать, но и верстать документы.
• Поддержка технологии Object Linking and Embedding 2 (OLE2). Она предоставляла унифицированный интерфейс для вставки в документы частей других документов, например, фрагмента электронной таблицы в текст. Помимо этого, она регламентировала стандартные средства, позволявшие управлять одной программой из другой.
  
  На заметку
  Первая версия OLE распространялась в виде бесплатного дополнения к Windows 3.0 и была заметно менее развита.
  
  Впоследствие технология OLE2 стала частью другой, более универсальной технологии, знакомой нам как COM.
  
• Новые, более удобные системные программы.
• Широкая поддержка разнообразного оборудования.
• И много чего ещё.

Рис. 17. Интерфейс Microsoft Windows 3.1

Впрочем, эта статья посвящена истории Windows-мультимедиа, и нас, в первую очередь, интересуют мультимедийные возможности Windows. Давайте их рассмотрим.

7.1. Audio Compression Manager (ACM)
Сначала отметим три вещи.

Во-первых, мультимедийная подсистема Multimedia Extensions, уже известная нам, теперь стала неотъемлемой частью Windows.

Во-вторых, она получила новое название - Audio Compression Manager (диспетчер сжатия звука), или ACM.

В-третьих, она получила поддержку новых форматов кодирования аудио, а именно, ADPCM, IMA ADPCM, Truespeech, GSM 6.10, G.711 A-Law и u-Law.

В остальном она не претерпела никаких изменений. То же разделение на две части - кодеки и программное ядро, то же отсутствие подержки программного микширования. Даже мультимедийные программы, "пришедшие" вместе с ней и поставляющиеся теперь в комплекте Windows, остались теми же. Кроме одной, о которой мы поговорим потом.

Мультимедийная подсистема ACM входила в состав всех последующих версий Windows. И только с выходом Windows Vista она была наконец-то отправлена на покой как окончательно устаревшая.

7.2. ADPCM и IMA ADPCM
Формат кодирования звука ADPCM (Adaptive Differential Pulse-Code Modulation, адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция) является разновидностью формата DPCM, о котором речь шла ранее.

При кодировании в ADPCM частота дискретизации звука в некоторых случаях может быть понижена. Это, в первую очередь, относится к монотонным звукам, мало изменяющимся во времени. В результате объём массива аудиоданных заметно снижается.

Достоинство и недостаток формата ADPCM заключается в том, что он лучше всего подходит для кодирования речи, а хуже всего - музыки и звукового сопровождения фильмов. Именно поэтому в настоящее время он чаще всего применяется в системах интернет-телефонии.

Формат кодирования звука IMA ADPCM - это разновидность формата ADPCM, разработанная организацией IMA (Interactive Multimedia Association, Ассоциация Интерактивного Мультимедиа). Различия между этими форматами чисто технические.

7.3. Truespeech
Формат кодирования звука Truespeech был разработан компанией DSP Group для кодирования речи.

Данный формат имеет важное отличие от всех форматов, что мы рассмотрели ранее (PCM, ADPCM и IMA ADPCM). Дело в том, что при кодировании звука в формат Truespeech какая-то часть аудиоданных отбрасывается с целью повысить степень сжатия. Причём отбрасывается безвозвратно; при последующем декодировании эти данные восстановить уже не удастся.

Говорят, что форматы кодирования, которые в процессе кодирования отбрасывают часть аудио- или видеоданных, реализуют кодирование с потерями. Часто их называют lossy ("потерьные").

Достоинство у форматов кодирования с потерями одно - очень высокая степень сжатия данных. Недостаток тоже один - потери качества при кодировании. Впрочем, если правильно подобрать параметры кодирования, потери эти можно свести к приемлемому минимуму.

Важнейший из параметров, влияющих на качество звука (и видео), что закодировано с потерями, - битрейт (bitrate; также известен как ширина потока данных). Он указывает, какой объём информации отводится для хранения одной секунды закодированного звука или видео; всё, что не помещается в этот объём, будет отброшено при кодировании.

Понятно, что чем больше битрейт, тем выше качество звука (видео), но и тем больше объём массива описывающих его данных.

Если весь звук (видео) был закодирован с одинаковым значением битрейта, говорят, что кодирование выполнялось с постоянным битрейтом. Если же массив аудиоданных (видеоданных) был разбит на части, и каждая часть кодировалась с разными значениями битрейта, варьирующимся относительно некоего заданного среднего значения (средний битрейт), то кодирование выполнялось с переменным битрейтом.

Звук (видео), закодированный с постоянным битрейтом, требует для декодирования меньше аппаратных затрат и получается более качественным (по крайней мере, теоретически); кроме того, с этом случае можно более точно предсказать объём массива данных, что получится в результате кодирования. Зато при кодировании с переменным битрейтом достигается большая степнь сжатия. На деле применяют кодирование как с постоянным, так и с переменным битрейтом.

Достоинство формата Truespeech - высокая степень сжатия при кодировании речи. Недостаток - ни для чего другого этот формат не подходит.

Формат Truespeech до сих пор применяется в системах интернет-телефонии и голосовых чатов.

7.4. GSM 6.10
Формат кодирования звука GSM 6.10 предназначен для кодирования звука в мобильных теелфонах стандарта GSM.

Данный формат реализует кодирование с потерями. Единственные его достоинство и недостаток заключаются в том, что он подходит только для кодирования речи - и больше ни для чего.

7.5. G.711 A-Law и u-Law
Форматы кодирования звука G.711 A-Law и u-Law были разработаны организацией ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector, Международный союз телекоммуникаций - сектор стандартизации в области телекоммуникаций) ещё в 1972 году для использования в цифровой телефонии.

Данные форматы обеспечивают кодирование без потерь и сжимают звуковые данные примерно вдвое. Работают они по одинаковому принципу и различаются деталями реализации. Формат u-Law имеет хождение в Северной Америке и Японии, а формат A-Law - в остальном мире.

Достоинства и недостатки этих форматов те же, что у форматов, рассмотренных нами ранее.

7.6. Media Player 3.1
Как уже говорилось, все мультимедийные программы, ранее входившие в состав Miltimedia Extensions, вошли в состав Windows 3.1 неизменными. Кроме одной - проигрывателя Media Player.

В составе Windows 3.1 поставлялась новая версия Media Player, имевшая номер 3.1. Внешне она ничем не отличалась от предыдущей версии. Она отличалась внутренне, и очень существенно.

Media Player 3.1 поддерживал технологию OLE2. Это значит, что пользователь мог вставить в какой-либо документ аудиоролик, который сохранялся в самом этом документе и мог быть без труда воспроизведён. Так что появилась возможность создавать документы со звуковым сопровождением.


Использованные материалы

• Википедия (англ.)
• LaserDisc UK Web Site
• A retrospective view on sound card history
• Nathan's Toasty Technology page: The Graphical User Interface Gallery
• MSDN: Windows development: Audio and Video: Legacy Audio and Video: Windows Multimedia
• John McGowan's AVI Overview Programming and Other Technical Topics
• What is VCD
• Устранение неполадок с аудио- и видеокодеками в Windows 95 и Windows 98
• Apple MPEG Media System
  

Продолжение следует...