Multimedia - Gefahr aus dem Weltall?

"Multimedia" hat sich zum Schlagwort für den Computer der 90er Jahre schlechthin entwickelt. Seitdem ATARIs Falcon030 angekündigt wurde und erhältlich ist (oder auch nicht), hält dieser Begriff auch in ATARI-Kreisen langsam aber sicher Einzug. Das ist Anlaß genug, einmal einen ausführlichen Blick darauf zu werfen, den Begriff „Multimedia" grundlegend zu erklären und festzustellen, ob der Falcon030 damit wirklich treffend beschrieben werden kann.

Die Vision, die hinter Multimedia steht, weist auf das eigentlich Revolutionäre dieses Begriffs hin: Bereits Anfang der 70er Jahre entwickelte der amerikanische Multimediapionier Alan Key im berühmten Palo-Alto-Research-Center seine Vorstellungen vom PC der Zukunft: tragbar, interaktiv und über eine grafische Benutzeroberfläche zu bedienen - so sollte der „Dynabook" getaufte Zukunftscomputer aussehen. Der Zugang zu den Programmen sollte wahlweise über Maus, Tastatur oder Zeichenstift möglich sein. Weitere Punkte des visionären Lastenheftes: die Wiedergabe von Musiksignalen und Videosequenzen sollte ebenso selbstverständlich sein wie das Einklinken in weltweit vernetzte Datenbanksysteme.

Ein Blick auf den aktuellen Stand der Technik - 20 Jahre nach Alan Keys-Vision - zeigt jedoch, daß die Zukunft von Multimedia gerade erst begonnen hat. Multimedia wird heute als die interaktive Benutzung von unterschiedlichen Kommunikationsmitteln wie Video, Film, Grafik, Sprache, Musik, Geräuschen, Bildern und Text integriert in einem Personal Computer verstanden. Dabei steht die Bedingung, daß der Anwender nicht nur Informationen konsumieren, sondern auch selbst weiterverarbeiten und manipulieren kann, an erster Stelle.

Multimedia soll dabei im Laufe der Zeit zu einer Basistechnologie werden, die unser aller Leben entscheidend verändern kann, so wie es zum Beispiel Telefon und Fernsehen bereits getan haben. Das Ganze ist hier tatsächlich wesentlich mächtiger als die Summe seiner Einzelteile, denn Multimediasysteme werden in Zukunftdie Navigation in der Informationsflut statt einer passiven Konsumierung ermöglichen; Multimedia soll helfen, die Kontrolle über die visuellen Medien zurückzugewinnen. Wenn die Kapazitäten zur Multimedianutzung erst einmal vorhanden sind, kann ein Multimediasystemcomputer, ISDN, Anrufbeantworter, Telefon, Telefax, Fernsehen, Videorekorder, Laserdisk-Player und ähnliche Geräte in einem vollständig digital arbeitenden Terminal integrieren. Der fundamentale Unterschied zur heutigen Nutzung wird dabei in der Interaktivität liegen.

Genau an dieser Stelle beginnen jedoch auch die technischen Schwierigkeiten, die man erst allmählich in den Griff bekommt. Durch die geplante Integration von bisher noch analogen Informationen wie Video und Audio in die digitale Computerlandschaft fallen solch immense Datenmengen an, daß für deren Verarbeitung zur Zeit noch kaum handhabbare und kostengünstige Verfahren zur Verfügung stehen. Dessen ungeachtet sindjedochbereits zahlreiche sogenannte Multimediasysteme, die diesen Namen teils mehr, teils weniger verdienen, erhältlich und auch im Einsatz.

Wirkliche Multimediasysteme, die allen beschriebenen Anforderungen entsprechen, gibt es jedoch bis heute nicht; ihre vollständige technische Realisierung wird auch noch geraume Zeit in Anspruch nehmen.

Motivation

An dieser Stelle angelangt, fragt man sich vielleicht, warum Multimedia in den letzten Jahren überhaupt so wichtig geworden ist. Die Beantwortung dieser Frage ist jedoch relativ einfach.

Zunächst einmal besteht in vielen Käuferschichten immer noch eine hohe Akzeptanzschwelle für Computer, weil sie oftmals nur von Fachleuten effizient genutzt werden können. Um diese Käuferschichten erreichen zu können, reicht es offenbar nicht aus, hin und wieder die Taktfrequenz des Prozessors zu erhöhen und alle zwei Jahre eine neue Chip-Generation vorzustellen ...

Wie der kürzliche Erfolg von MS Windows für PCs und die schon seit vielen Jahren erhältlichen anderen Computer mit grafischer Benutzeroberfläche - allen voran der Apple Macintosh und natürlich die ATARI-Computer - gezeigt haben, müssen die Computer vielmehr benutzerfreundlicher und leichter bedienbar gemacht werden. In genau diese Richtung zielt nun auch Multimedia, wodurch Computer in den kommenden Jahren immer „menschenfreundlicher" gemacht werden sollen; nicht der Mensch muß sich mehr an den Computer anpassen, sondern der Computer an den Menschen.

Abgesehen von dem Streben nach Umsatzsteigerungen, gibt es auch noch andere gewichtige Gründe, die für Multimedia sprechen. Da Multimedia auf dem Prinzip der Interaktion beruht, bestimmt der Anwender selbst den Ablauf und die Logistik des Infomationsflusses; dieses Prinzip ist bereits seit der Einführung der ersten Computerspiele bekannt. Dadurch lassen sich mittels Multimedia Systeme gestalten, die ohne tiefgreifendes technisches Verständnis bedient werden können und sich gegebenenfalls selbst mit Bild und Ton erklären. Auf diese Art und Weise kann mit Multimedia auch die oben erwähnte Hemmschwelle für die Benutzung von Computern drastisch herabgesetzt werden, nämlich indem das System alle benötigten Erklärungen für seine Bedienung selbst liefert und leicht verständlich darstellt.

Durch das Prinzip der Interaktivität in Verbindung mit Bild- und Tondarstellung eignen sich Multimediasysteme ebenfalls hervorragend für Präsentationen (beispielsweise auf Messen) und zur Aus- und Weiterbildung (Computer B ased Training) von Mitarbeitern. Jeder Benutzer kann dabei im Gegensatz zu herkömmlichen Schulungen seine Lerngeschwindigkeit und Vorgehenswei.se selbst bestimmen und kontrollieren. [1] geht näher auf diese Thematik ein.

Amerikanische Forschungsergebnisse aus dem didaktischen Bereich belegen die Nachhaltigkeit eines solchen interaktiven Vorgehens: 25% des Gehörten werden im Gedächtnis behalten, 45% des Gesehenen und 70% dessen, was gehört, gesehen und selbst getan wird (siehe [2]). Das Prinzip der Interaktion gehorcht denselben Regeln wie der menschliche Organismus: da die Speicherkapazität des Gehirns begrenzt ist, setzen Selektionsmechanismen ein.

Multimediasysteme können außerdem zu erheblichen Kosteneinsparungen in privatwirtschaftlichen und öffentlichen Institutionen beitragen, wo sie als Selbstbedienungsinformationssysteme und Service-Terminals genutzt werden können.

Begriffsbildung

Obwohl das Thema Multimedia in den letzten Jahren immer stärker in den Vordergrund getreten ist und von allen Seiten gefördert wird, gibt es bis heute keine exakte Definition der Begriffe „Multimedia" und „Multimedia-System". Dies erklärt auch die Vielfalt der Produkte, die unter dem Label „Multimedia" vermarktet werden. Deshalb soll im folgenden zunächst einmal geklärt werden, was man sich eigentlich unter diesen Schlagwörtern vorzustellen hat.

Die wörtliche Übersetzung von „Multimedia" bedeutet soviel wie „viele Medien" oder auch etwas treffender „mehrere Medien". Allerdings bleibt offen, welche und wieviele Medien eigentlich gemeint sind. Während beispielsweise die Firma Microsoft in ihrer Multimedia-PC-Spezifikation MPC lediglich Audio als „neues Medium" zum herkömmlichen PC hinzugefügt hat - was für die sogenannten „Homecomputer" seit langen Jahren Standard ist, bestehen andere darauf, daß irgendwo auf dem Computerbildschirm in einem Fenster unbedingt ein Fernseh- oder Videobild laufen muß, bevor man von Multimedia sprechen kann.

Genauso unterschiedlich sind demzufolge auch die Definitionen von Multimedia, die man in der Computerliteratur finden kann. Kleinster gemeinsamer Nenner scheint dabei die bereits anfangs angeführte Aussage zu sein, daß man unter Multimedia die interaktive Benutzung unterschiedlichster Kommunikationsmittel wie Video, Grafik, Musik, Sprache, Geräusche, Bild und Text zu verstehen habe, wobei alle diese Medien in einem Computer integriert sein müssen.

Daß diese Umschreibung recht treffend ist, zeigt sich, wenn man sich die zur Verfügung stehenden Medien, die für eine Integration in Multimediadokumente überhaupt in Frage kommen, näher betrachtet:

Beim Commodore Amiga versuchte man mit „AmigaVision" neue Maßstäbe im Bedienungkomfort und im Multimediabereich zu setzen.

Wie bereits erwähnt, bereitet insbesondere die Verarbeitung von Video wegen der dabei anfallenden Datenmengen zur Zeit noch große Probleme. So befassen sich Forschungsprojekte in den USA auch hauptsächlich mit der Digitalisierung von Audio- und Videodaten (siehe [3]). Ziel der Bemühungen ist eine Workstation, mit der man in Echtzeit Video und Audio digital editieren, speichern und übertragen kann. Für um Audio und Video ergänzte Dokumente soll in naher Zukunft etwa der Freiheitsgrad erreicht werden, an den man sich heute schon bei der Textverarbeitung gewöhnt hat.

Selbst wenn diese problemlose Verarbeitung von Audio und Video erreicht worden ist, bleibt die Vision vom idealen Multimediasystem, in dem spezielle Programme selbständig die unterschiedlichsten Datenquellen auswerten, bestehen. Zu diesem Zweck müßten nämlich alle verfügbaren Informationsquellen wie die Bestände von Bibliotheken, Zeitungs- und Filmarchiven ebenso wie Radio-und Fernsehaufnahmen in vollständig digitaler Form vorliegen. Ein Medium, das diese gigantischen Datenmengen speichern könnte, ist allerdings ebenso wenig in Sicht wie die dazugehörige Software.

Deshalb soll der Begriff „Multimediasystem" an dieser Stelle - basierend auf der obigen Definition von „Multimedia" - etwas genauer gefaßt werden. Grundsätzlich könnte man jedes System, das mehr als ein Medium unterstützt, Multimediasystem nennen. Aufgrund der Tatsache, daß dadurch aber nur eine rein quantitative Aussage gemacht wird, könnte man auch ein System, daß lediglich Text und Grafik verarbeitet, als Multimediasystem bezeichnen; solche herkömmlichen Systeme gibt es aber schon lange. Demzufolge spielt der qualitative Aspekt von Multimedia hier eine zentrale Rolle; es darf also nicht nur die Zahl, sondern es muß vielmehr in erster Linie die Art der Medien betrachtet werden.

Ein Multimediasystem ist also ein System, das die oben genannten Medien unabhängig voneinander ver- und bearbeiten kann. Die Betonung liegt dabei auf dem Wort „unabhängig", denn sonst könnte man beispielsweise auch einen Videorekorder als Multimediasystem bezeichnen. Die Interaktivität eines solchen Systems wird dann unter anderem durch die Unabhängigkeit der Medien voneinander gewährleistet. Erst ein System, das diese Anforderungen erfüllt, ermöglicht es, Bewegtbilder und Ton genauso selbstverständlich zu verarbeiten, wie es heute schon bei Text und Grafik der Fall ist.

Datenkompression

Bevor an dieser Stelle auf die für Multimedia notwendige Hardware eingegangen wird, muß zunächst einmal auf die Tatsache hingewiesen werden, daß man zur Verarbeitung von Multimediainformationen unbedingt Kompressionstechniken benötigt.

Ein kleines Rechenbeispiel soll dies verdeutlichen: Ein einzelnes Videobild in VGA-Auflösung (640 x 480 Pixel) und True Color (16,7 Millionen Farben, d.h. 24 Bit pro Pixel) hat bereits einen Umfang von über 900 Kilobyte. Bei bewegter Bilddarstellung mit 24 Bildern pro Sekunde ergibt sich somit ein Datenstrom von 22 Megabyte pro Sekunde und ca. 1,3 Gigabyte pro Minute vom Datenträger zur Grafikausgabe - die Tonausgabe noch gar nicht mitgerechnet. Das ist etwa das Zehnfache dessen, was heutige Computer bewältigen können und mehr als das Hundertfünfzigfache der normalen Datenübertragungsrate eines CD-ROM-Laufwerks, das üblicherweise für die Speicherung großer Datenmengen verwendet wird. Allerdings würde die Menge von 1,3 Gigabyte die normale Speicherkapazität einer CD-ROMs bereits um das Doppelte überschreiten.

Mit anderen Worten: Datenkomprimierung ist zwingend notwendig, wenn man die bei Multimediaanwendungen anfallenden Datenmengen verarbeiten möchten; dies ist insbesondere bei bewegten Bildern, d.h. Video und TV, notwendig. Bei reinen Audiodaten könnte man die Datenströme zwar auch noch unkomprimiert verarbeiten, eine Kompression ist jedoch trotzdem grundsätzlich zu empfehlen.

Um eine solche Kompression durchführen zu können, sind ganz spezielle und sehr leistungsfähige Algorithmen erforderlich, die von Software kaum in akzeptabler Geschwindigkeit ausgeführt werden können. Die Grenze des derzeit Machbaren zeigt der Apple Macintosh mit seinen QuickTime-Algorithmen. Mit QuickTime ist der Macintosh in der Lage, Videosequenzen mit Bild und Ton bei einer Auflösung von 160 x 120 Pixeln und etwa 10 bis 12 Bildern pro Sekunde ohne Zusatz-Hardware zu präsentieren. Der Datenkompressionsalgorithmus generiert dabei einen Datenstrom von 80 Kilobyte pro Sekunde, womit die Wiedergabe beliebig langer Bildfolgen von Festplatte und CD-ROM sowie Übertragungen im Ethernet-LAN und via ISDN möglich sind.

Da eine Bildauflösung von 160 x 120 Pixeln nicht gerade hoch ist und außerdem eine internationale Standardisierung von Komprimierungsverfahren angestrebt wird, wurden im Verlaufe der letzen Jahre die beiden Kompressionsverfahren JPEG (Joint Photographic Experts Group) und MPEG (Moving Pictures Experts Group) entwickelt. JPEG dient dabei zur Kompression von einzelnen digitalen Echtfarben- und Graustufenbildern, während MPEG für Videokomprimierung eingesetzt wird.

Die im April 1992 von der ISO als MPEG I verabschiedete Norm kann dabei Videodatenströme von ungefähr 1,5 MBit/ s und begleitende Audiodatenströme von 64, 128 oder 192 KBit/s produzieren. Dies umfaßt ebenfalls die Synchronisation und das Multiplexen von mehreren komrpimierten Audio- und Videodatenströmen. Innerhalb der Datenströme sind dabei alle Zugriffsarten möglich, die auch bei einem Videorekorder vorhanden sind, also wahlfreier Zugriff auf einzelne Bilder, schneller Vor-und Rücklauf und Rückwärtslauf. Das geplante MPEG II zielt auf die allgemeine Kodierung von Bewegtbildern und begleitendes Audio für digitale Speicherung und Übertragung bei einer Bandbreite von 10 MBit/s. Die erstrebte Qualität ist dabei besser als analoges TV. Während der JPEG-Algorithmus ohne Probleme noch als reine Software-Lösung eingesetzt werden kann, ist das aus Geschwindigkeitsgründen bei MPEG nicht mehr möglich. Hier ist unbedingt eine Hardware-Lösung notwendig; da MPEG jedoch erst vor relativ kurzer Zeit verabschiedet wurde, wird man auf entsprechende Prozessoren wohl noch einige Zeit warten müssen. Detaillierte Informationen zu JPEG und MPEG kann man in [4] und [5] finden.

Hardware

Die Abbildung zeigt, wie ein vollständiges Multimediasystem im Sinne der Defi-niton auf Basis der heutigen Technik aussehen müßte (L6J). Das Kernstück des gesamten Systems ist ein Computer, der als digitales Misch- und Steuerpult für alle anfallenden Datenströme dient; je nach Qualität und Quantität der Daten ist ein entsprechend leistungsfähiger Rechner erforderlich. Mit seiner Hilfe steuert der Benutzer die verschiedenen (digitalen) Datenströme und die Kombination der einzelnen Medien.

In den Rechner integriert sind die verschiedenen Ein-/Ausgabeschnittstellen, die eine Kommunikation sowohl mit den digitalen als auch mit den analogen Peripheriegeräten ermöglichen:

Demzufolge wurden die Minimalanforderungen für einen Multimedia-PC von bisher zwölf führenden Herstellern von Hard- und Software folgendermaßen definiert:

Jeder PC, der diese Anforderungen erfüllt, ist berechtigt, das MPC-Label zu tragen. Es soll dem Anwender zeigen, daß er auf diesem PC alle Anwendungen benutzen kann, die für die Multimediaerweiterungen von Windows entwickelt wurden. Man muß sich jedoch vor Augen halten, daß es sich bei dieser Spezifikation um die absoluten Minimalbedingungen für ein Multimediasystem handelt; im allgemeinen läßt sich mit solch einem System jedoch nicht vernünftig arbeiten. Selbst ein PC mit 50 MHz getaktetem 486er-Prozessor, 16 MB Arbeitsspeicher und280-MB-Festplatte ist bei der Echtzeitverarbeitung von Bildsequenzen mit einer Farbtiefe von 8 Bit (256 Farben) schon deutlich überlastet.

Amiga

Kommen wir noch auf einen weiteren Rechner zu sprechen: den Commodore Amiga. Bei seiner Markteinführung wartete der Rechner mit sagenhaften Grafik-und Soundfähigkeiten auf - zwei Grundvoraussetzungen für eine Multimediamaschine. 1993 haben sich die Grafikfähigkeiten des Amiga mit der Einführung des 1200 und 4000 zwar verbessert, in Sachen Audio tut sich hingegen seit Jahren nichts. Mit dem Programm „AmigaVision" versuchte Commodore den Amiga zum Multimediarechner schlechthin zu machen, das ist allerdings nicht gelungen. Jedoch besticht das Programm durch die enorm einfache Bedienung, alle Einstellungen können mit Hilfe der Maus schnell erledigt werden. Vordefinierte Symbole werden einfach in einem grafischen Script abgelegt (Commodore hat in diesen Ta-_gen eine neue Version von „AmigaVision" präsentiert). Grundlegend kann man festhalten, daß der Amiga von seinen Grundvoraussetzungen her lange Zeit die beste Plattform für Multimediaanwendungen war.

Der Falcon030

Nach dieser „Tour de Force" jetzt aber endlich zu ATARIs „Neuem", dem Falcon030. An verschiedenen Stellen wurde er nun schon als der erste Computer bezeichnet, „der tatsächlich für sich in Anspruch nehmen darf, bereits in der Grundausstattung für Multimediaaufgaben gerüstet zu sein." Grund für diese Aussage ist in erster Linie der im Falcon030 eingebaute digitale Signalprozessor DSP 56001 von Motorola, der besonders gut für die Verarbeitung von Bild- und Tondaten geeignet ist. Tatsache ist jedoch, daß dieser Prozessor auch schon im allseits bekannten, wenn auch leider nicht besonders weit verbreiteten NeXT-Rechner von Steven Jobbs eingebaut ist. Somit ist der Falcon keineswegs der erste Rechner mit DSP, wie man vielleicht meinen könnte. Das ändert jedoch nichts daran, daß der Falcon030 durch den DSP tatsächlich bereits in der Grundausstattung besonders gut für Multimediaanwendungen geeignet ist. Dazu zählen unter anderem die bereits oben erwähnten unterschiedlichen Audio-und Videokompressionstechniken oder auch andere aufwendige Berechnungen, die für Grafikanwendungen der unterschiedlichsten Art (zum Beispiel Animationen, 3D-Grafik, Raytracing ...) oftmals notwendig sind.

Hinzu kommt ein Sound-System mit 8 Kanälen und 16-Bit-Stereo, außerdem eingebaute Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler. Somit kann mit dem Falcon standardmäßig Musik in einer Qualität aufgenommen und wiedergegeben werden, die besser ist als bei einer CD.

Auch die restlichen Ausstattungsmerkmale wie 4 MB Hauptspeicher, 65-MB-Festplatte und 1,4-MB-Diskettenlaufwerk liegen über den von Microsoft für Multimedia festgelegten Mindestanforderungen. Ein CD-ROM-Laufwerk ist jedoch nicht im Lieferumfang enthalten und von ATARI auch nicht erhältlich. Hier wird man sich mit handelsüblichen CD-ROM-Laufwerken behelfen müssen. Allerdings bleibt fraglich, wieviele der zumeist für PCs vorgesehenen CD-ROMs für den Falcon sinnvoll genutzt werden können.

Immerhin hat ATARI mittlerweile die weltweiten Rechte für eine Einbindung der Kodak Photo-CD an den Falcon erworben (siehe [7]). Zur Verarbeitung der Photo-CD ist natürlich ein CD-ROM-Laufwerk notwendig und außerdem möglichst eine True-Color-Grafikkarte, da ATARI es versäumt hat, dem Falcon „echte" True-Color-Fähigkeit mit 16,7 Millionen Farben, d.h. einer Farbtiefe von 24 Bit, zu geben. Stattdessen ist nur eine Farbtiefe von 15 Bit möglich, nämlich 32768 Farben. Für viele Anwendungen ist dies sicherlich ausreichend, nicht jedoch für Photo- und Videoanwendungen mit „echten" Farben. Mit anderen Worten: Wer große Datenmengen, wie sie bei Multimediaanwendungen unweigerlich anfallen, und True-Color-Bilder mit dem Falcon verarbeiten will, muß noch einmal erneut tief in die Tasche greifen.

Fazit

Grundsätzlich kann man sagen, daß der Falcon 030 tatsächlich sehr gut als Basissystem für eine Multimediaanlage geeignet ist. Viele Erweiterungen, die man im Normalfall zu einem PC erst hinzukaufen muß, sind im Falcon bereits enthalten und meistens besser und preiswerter als vergleichbare PC-Karten. Negativ ist jedoch die mangelnde Farbfähigkeit zu bewerten, da man für ein True-Color-System noch eine zusätzliche Grafikkarte kaufen muß. Trotzdem stellt der Falcon030 derzeit noch das mit Abstand günstigste Einsteigersystem für Multimediaanwendungen dar und kann auch mit den „Ramsch"-Preisen mithalten, die derzeit auf dem PC-Markt üblich sind. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob der Falcon mit Apples Centris-Modellen und dem spätestens nächstes Jahr zu erwartenden Power-PC mithalten kann. Beide verfügen zwar voraussichtlich nicht über einen DSP, aber Apple hat schon mit QuickTime bewiesen, daß die Hardware nicht unbedingt ausschlaggebend sein muß.

Literaturverzeichnis:
[1] Uwe Hax, Multimediale Projektdokumentation - Voraussetzungen, Konzepte, Anwendungen, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik
[2] Paulus Neef, Zauberformel für neue Perspektiven in der Kommunikation, mini Micro magazin 1-2/92, Seite 76 f.
[3] Gilbert Kalb/Robert Moxley/Michael Pieper, Kulturelle Digitalisierung - Multimediale Forschung in den USA iX 3/92, Seite 64 ff.
[4] Gregory K. Wallace, The JPEG Still Picture Compression Standard Communications of the ACM 4/91, Seite 68 f.
[5] Didier Le Galt, MPEG: A Video Compression Standard for Multimedia Applications, Communications of the ACM 4/91, Seite 46 ff.
[6] Professor Dr. Matthias Blumenfeld, Geduldsprobe - Was Multimedia ausmacht, iX 3/92, Seite 58 ff.
[7] ATARI erwirbt Rechte für Kodak Photo-CD, ST-C 2/93

Uwe Hax



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