Возможности цифровых технологий

Микропроцессор благодаря своим миниатюрным размерам и чрезвычайно низкой цене вошел в состав самых различных бытовых приборов. Он управляет работой автоматических стиральных машин, фотоаппаратов, бытовых цифровых весов, домашних тренажеров, телефонов, MP-3 проигрывателей, DVD-рекордеров, музыкальных центров и телевизоров, банковских пластиковых карт. Микропроцессор стал "мозгом" карманных электронных записных книжек, электронных энциклопедий, автоматических словарей, обеспечивающих перевод с нескольких языков, электронных книг. Он управляет работой и таких новейших средств связи, как сотовые телефоны.

Замена вакуумных электронных ламп микроминиатюрными полупроводниковыми модулями, появление жидкокристаллических мониторов взамен кинескопов, твердотельных устройств памяти, флеш-памяти, наряду с микропроцессорами дало возможность выпустить малогабаритные, портативные цифровые приборы и устройства без использования подвижных механических деталей.

Появились цифровые радиоприемники (точнее, с цифровой настройкой). В традиционных приемниках всегда существовала круглая ручка настройки и связанная с ней механической передачей шкала со стрелкой. Для того чтобы настроиться на нужную радиостанцию, в приемнике используется резонансный колебательный контур - электрическая цепь из переменного конденсатора и катушки. Изменяя емкость конденсатора, можно настроить колебательный контур в резонанс - на частоту любой нужной радиостанции. Вращая ручку настройки, мы изменяем емкость, связанного с ней механической передачей переменного конденсатора, и таким образом выбираем нужную радиостанцию.

Радиоприемник "Фестиваль", 1958 г

В современных цифровых радиоприемниках в качестве переменных конденсаторов используют варикапы - полупроводниковые диоды, емкость которых зависит от приложенного к ним напряжения (слово "варикап" является сокращенным переводом с английского слов: переменная емкость). При этом его емкость изменяется дискретно, ступенями.

Чтобы перейти с одной радиостанции на другую, достаточно изменить напряжение на варикапе. Этот переход и осуществляет встроенный в цифровой приемник микропроцессор. Благодаря этому переключение обеспечивается не вращением ручки настройки, а легким нажатием кнопок. Такой приемник обеспечивает и запоминание нескольких заранее настроенных радиостанций, а также автоматическую настройку на первую же встретившуюся при поиске радиостанцию. Вместо шкалы в цифровом приемнике используется жидкокристаллический дисплей. Кроме того, такой приемник может иметь еще цифровые часы и будильник. Все эти полезные функции обеспечивает микропроцессор. Никаких механических передач в цифровом приемнике нет - на его передней панели только кнопки и дисплей. Отсутствие подвижных механических деталей и узлов - характерная черта современных цифровых приборов.

Современный портативный радиоприемник фирмы Philips с цифровой настройкой

В современных телевизорах настройка на любой канал с помощью беспроводного пульта дистанционного управления происходит подобным же образом - с помощью инфракрасного луча, кнопок, микропроцессора и варикапов.

Но этим бурное наступление цифровой техники не ограничивается. Она вторгается в такие области, как запись, передача и воспроизведение звука и изображений. Цифровые технологии позволили создать совершенно новые клавишные музыкальные инструменты. Наибольшее распространение получили синтезаторы, позволяющие получить звучание самых различных инструментов – фортепиано, аккордеона, гитары и десятков других. Но самыми совершенными из них, обеспечивающими профессиональное звучание, являются цифровые фортепиано. Они широко используются на концертах симфонической, джазовой и популярной музыки, в студиях звукозаписи, в ресторанах и ночных клубах.

Цифровое фортепиано

Их главное достоинство – точная имитация звучания и передача ощущения игры на классическом фортепиано. Это обеспечивается с помощью особых алгоритмов цифровой обработки электронных копий реальных или искусственно созданных звуков. При нажатии на клавишу эта копия извлекается из электронной памяти фортепиано, "оживляется" процессором и воспроизводится акустической системой, превращаясь в звук.

Клавиатура цифрового фортепиано в точности соответствует настоящей. Музыкант при игре чувствует сопротивление клавишного механизма, как и на классическом инструменте, и имеет возможность извлекать звуки разной громкости, регулируя силу удара на клавиши. Благодаря этому цифровая клавиатура обеспечивает передачу всех нюансов и тонкостей исполняемого произведения. Кроме того, цифровое фортепиано по сравнению с акустическим способно создавать еще звучание органа, клавесина и других старинных и современных инструментов. Можно изменять тембры и комбинировать их по своему желанию. Можно использовать "разделение клавиатуры" - например, левой рукой исполнять партию гитары, а правой - фортепиано. На классическом инструменте осуществить это невозможно.

Электронные фортепиано достаточно компактны и значительно легче классических – ведь в них нет массивной металлической рамы, на которую натянуты струны, да и самих струн нет – одна сплошная электроника и акустическая система в деревянном корпусе. В цифровых фортепиано есть выходы для подсоединения наушников. Это позволяет заниматься дома в любое время суток, не причиняя неудобств членам семьи и жителям соседних квартир. Многие модели оснащены встроенным жидкокристаллическим экраном, на котором воспроизводится нотная запись, а клавиши подсвечиваются изнутри при нажатии на них. Многие модели позволяют записывать сыгранную мелодию во внутреннюю память и воспроизводить ее. Все это помогает в обучении.

Подсветка клавиш в цифровых фортепиано и дисплей над клавиатурой

Кроме того, в цифровых инструментах есть возможность подбирать аккомпанемент под мелодию и менять ритмы, например, создавая ритмы вальса или танго. Таким образом, возможности цифровых инструментов значительно шире и разнообразнее, чем у акустических.

В телевидении видеосигнал до настоящего времени передавался в аналоговой форме. Превращение его в цифровую форму, компьютерная обработка и обратное превращение в аналоговую форму открыло совершенно новые возможности, например, создание режима "картинка в картинке", когда в углу основного изображения какого-нибудь телевизионного канала появляется маленькая картинка любого другого канала. Можно также получить на экране набор небольших картинок сразу нескольких каналов.

Компьютерная обработка видеосигнала позволяет получать самые фантастические преобразования картинки, например изменение масштаба, любые искажения и превращения, например мужского лица в женское, совмещение реального объекта с рисованным или мультипликационным и т.д. Появилась возможность создавать передачи, в которых люди выступают на фоне "виртуальных", то есть кажущихся декораций. При этом отпадает надобность строить декорации "в натуре". Разумеется, готовить такие телепередачи — гораздо быстрее и экономичнее.

Недавно компания Уолта Диснея продемонстрировала новый компьютерный персонаж по имени Монти, управляемый компьютерной мышкой. С ее помощью можно заставить Монти плакать и смеяться, изображать мимикой различные эмоции: радость, ярость или печаль. По существу рождается новый вид искусства. Скоро режиссер только с помощью своего персонального компьютера сможет написать сценарий, создать исполнителей, декорации, костюмы, полностью снять свой фильм со звуковым сопровождением, смонтировать его и даже обеспечить ему рекламную компанию. Этот новый вид искусства может существовать наряду с привычным кино и театром. Более того, с помощью компьютерной технологии можно "оживить" любых известных актеров — "звезд" кино и театра, как ныне здравствующих, так и ушедших из жизни. Смоделировав их внешность, голоса и манеру поведения, можно будет "заставить" их играть новые роли. Родственники кинозвезды 20-70-х годов Марлен Дитрих уже подписали со студией "Виртуальные знаменитости" контракт на 300 лет (!) вперед - давно умершая "оцифрованная" актриса вновь востребована и сыграет любые роли.

В классической рисованной и кукольной мультипликации художники-мультипликаторы сначала создают образ. Такой образ мышонка Микки Мауса в свое время создал Уолт Дисней. А уже затем художники — "фазировщики" дают такому образу движения буквально кадр за кадром. Процесс этот — очень сложный и длительный. Недавно, благодаря возможностям цифровой технологии появилось новое направление в анимации — перформанс, дающее возможность получать естественные движения персонажей в реальном времени. Для его осуществления на теле живого актера — исполнителя закрепляют легкие миниатюрные датчики: на голове, туловище, руках и ногах. Эти приемники (они могут быть магнитными, оптическими и ультразвуковыми) фиксируют пластику любых движений "виртуального" актера. Его координаты и ориентация в пространстве передаются в компьютер и "оживляют" создаваемую виртуальную модель. Делается это качественно и быстро. Зрительское восприятие фильма от этого не страдает. Виртуальные актеры могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с живыми персонажами на экране. Итак, появился новый вид съемки — виртуальная съемка. Живой актер надевает специальный костюм, обклеенный датчиками, и работает на специальной сцене, способной воспринимать сигналы этих датчиков. При такой съемке движения персонажей фильма получаются более естественными. Но таким способом можно оживлять и любые неодушевленные предметы. Они при этом приобретают человеческие пластику и мимику. Для осуществления 10-15 минутного перформанс — фильма требуется всего 2-3 часа таких съемок.

Актер в костюме для компьютерной анимации

Но наиболее перспективной является передача видеосигнала в цифровой форме через эфир - от передатчика к приемникам. Прежде всего, это позволяет избавиться от помех (например, от сигналов, отраженных от стен близлежащих домов) и значительно повысить качество телевизионной картинки. Другое важнейшее преимущество передачи телевизионного сигнала через эфир в цифровой форме заключается в том, что при этом требуется в десять раз меньшая мощность передатчика. По одному каналу можно будет передавать не одну телепрограмму, а 4 - 5.

В конце 1998 года прошли первые телевизионные трансляции ведущих американских телекомпаний в цифровом формате, а в 2000 году опытные передачи цифрового телевидения начались и в России. Чтобы обычные аналоговые телевизионные приемники могли принимать эти передачи, цифровой сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя переводится в аналоговую форму. Он представляет собой приставку - декодер, которую нужно будет приобрести, чтобы принимать цифровой телевизионный сигнал на обычном аналоговом телевизоре.

Для непосредственного приема цифровых сигналов уже созданы специальные цифровые телевизоры, обеспечивающие еще более высокое качество изображения и звука. Сегодня их стоимость составляет 8000 долларов. Пока таких телевизоров XXI века продано всего несколько сотен. Однако по прогнозам к 2004 году будет реализовано уже 10 миллионов экземпляров. В нашей стране запущен спутник, принадлежащий российской компании НТВ. С его помощью осуществляется трансляция канала НТВ-плюс в цифровой форме.

Цифровые технологии в сочетании со спутниковой связью и оптическими световодами коренным образом изменили современную телефонную связь — значительно улучшили слышимость и расширили ее функциональные возможности.

Наконец, в обрабатывающей промышленности цифровые технологии позволили изготавливать детали на станках с программным управлением и обрабатывающих центрах непосредственно по компьютерным программам, минуя привычную стадию разработки бумажных чертежей.

Производство цифрового "продукта" в наши дни становится одним из основных, опережая производство стали, чугуна, нефти и автомобилей. Показательно, что все самые известные состояния нажиты людьми, занятыми бизнесом в сфере информационных технологий. Так, например, одними из богатейших людей США являются глава Microsoft Билл Гейтс, глава Oracle Ларри Эллисон, главы Google Сергей Брин и Ларри Пэйдж.