Definiowanie multimediów i zdobywanie informacji

Praktyczne cele rejestracji sygnałów mogą być różnorakie -- przykładowo:

• utrwalenie chwili (fotografia, film, historyczna kopia zdarzeń) o takich cechach jak
  • wierny, specyficzny, wysokiej jakości,
  • dogodny w dalszej obróbce,
  • o istotnych walorach treściowych,
  • podatny na długoczasowe przechowanie,
  • dostosowany do przewidywanych form odtwarzania (percepcji przez użytkownika);
• zdobycie informacji (niedogodności zapisu, duże koszty organizacyjne, wyjątkowość sytuacji, szybki przekaz), gdzie ważne jest 
  • ukształtowanie przekazu informacji (selekcja),
  • zapewnienie wystarczającej jakości zapisu,
  • uzupełnienie metodami obróbki ograniczeń uwarunkowań rejestracji; 
• obserwacja natury, rzeczywistości (badania i eksperymenty, zdobycie wiedzy o świecie, obiektywizm, kompleksowość zapisu określonego stanu czy zbioru faktów, rozumienie i odzwierciedlenie praw natury) wymagające takich zasad rejestracji jak
  • rzetelne i wiarygodne dostosowanie do realiów,
  • wtopienie w istotę zapisywanych zjawisk, cierpliwe naśladowanie procesów i zachowań, podpatrywanie bez ingerencji czy zmiany naturalnych uwarunkowań (obojętność względem natury zjawisk),
  • konsekwencja w tropieniu prawdy;
• wykorzystanie natury (symulowanie świata, modelowanie) dające
  •  wiarygodny świat wirtualny, tworzący nowe możliwości i szanse na bazie analizowanych, wyczerpujących zapisów natury, pozwalający dostosować realia do ograniczeń percepcji użytkownika (powodowanych np. brakiem możliwości przebywania, chorobą, upośledzeniami),   
  • formalny model zjawisk, który pozwala rozszerzać rzeczywistość z zachowaniem kluczowych cech natury, udostępniać na szeroką skalę, uczyć zrozumienia istoty zjawisk;
• rozwój świata technologii cyfrowych, a więc
  • koncepcji internetu, cyfrowego odbicia rzeczywistości bez szeregu naturalnych ograniczeń powodowanych ciągłością czasu i miejsca, globalnego kontaktu i dostępu, 
  • komunikacji bez granic, bezprzewodowego, szerokopasmowego przepływu danych na niewyobrażalną skalę,
  • personalnych urządzeń komputerowych ze zdolnością obróbki każdego cyfrowego odbicia realiów dowolnego miejsca i chwili.

Różnorodne metody, urządzenia czy systemy rejestracji danych definiowane są poprzez:

• fizyczne podstawy różnych koncepcji rejestracji sygnałów, czyli
  • wykorzystanie właściwych zjawisk fizycznych, umożliwiających pomiar istotnych cech rejestrowanej rzeczywistości; 
  • ewentualne zastosowanie konwersji sygnału jako nośnika informacji do innej formy przenoszenia energii, umożliwiającej wyższej jakości pomiar informacji (np. konwersja promieniowania rentgenowskiego na świetlne za pomocą scyntylatorów w cyfrowych detektorach radiografii rentgenowskiej -- dopiero fotony o zdecydowanie niższej energii mogą być skutecznie wyłapywane przez macierze CCD czy też fotodiody sprzężone z przestrzennie dyskretnymi macierzami tranzystorów TFT (thin film transistors z amorficznego krzemu);
  • projektowanie czujników/detektorów do konwersji rozkładów mierzonych wielkości fizycznych na energię elektryczną (przepływ ładunków) z zachowaniem geometrii, przestrzennych relacji i możliwej zupełności rejestrowanej treści; 
  • konstrukcja urządzeń i systemów zapewniających odpowiednie warunki pomiarów: a) w założonych zakresach dynamiki zmian (odpowiednio szerokich, lecz nie nadmiarowych); b) dotyczące relacji czasowych (zarówno co do czasu trwania pojedynczego pomiaru, jak i niezbędnej liczby pomiarów danej wielkości) i innych okoliczności wynikających z zastosowań;
  • zapewnienie stabilności warunków rejestracji z kontrolą i śledzeniem kluczowych parametrów tego procesu (przede wszystkim stosunku sygnał/szum, zdolności rozdzielczych, zakłóceń, wiarygodności);
• zasady rejestracji sygnałów cyfrowych, uwzględniające:
  • reguły próbkowania, kwantyzacji i kodowania stosowane w uniwersalnych przetwornikach analogowo-cyfrowych A/C, bądź też w określonym systemie (układzie) akwizycji sygnałów -- czego efektem jest postać cyfrowej reprezentacji sygnałów;
  • procedury wstępnego przetwarzania danych, służące ulepszeniu sygnału poprzez redukcję znanych z góry   ograniczeń danego systemu rejestracji (np. redukcji szumów poprzez uśrednienie sygnałów z kilku kanałów pomiarowych, wycięcia składowych pasożytniczych czy też wzmocnienia składowych użytecznych, wprowadzenia dynamicznego wzmocnienia sygnału rejestrowanego zależnie od czasu propagacji przez obszar mierzony);
  • zasady gromadzenia danych, dotyczące sposobu formowania/rekonstrukcji cyfrowego sygnału zapisu oraz wyznaczania postaci reprezentacji dostosowanej do uwarunkowań systemu cyfrowego danej aplikacji; chodzi tutaj m.in. o uwzględnienie wymagań dotyczących: a) czasowej przepustowości strumienia przechwytywanych danych oraz wynikającej z tego koniecznej wydajności czasowej zapisu danych; b) standaryzacji formatu gromadzonych danych, co może pociągać za sobą konieczną konwersję (na bieżąco) reprezentacji danych zgodnie z wymogami określonej normy; c) dostosowania do uwarunkowań ewentualnej transmisji na bieżąco (\emph{on-line}) rejestrowanych danych, w tym standaryzacji formatu danych, wymogów wprowadzania wydajnych mechanizmów kolejkowania i buforowania, dostosowujących czasowe uwarunkowania rejestracji do zmiennych czasowo parametrów kanału transmisyjnego.  

Ograniczenia metod rejestracji sygnałów dotyczą m.in. takich czynników jak:

• ogólna wiarygodność pomierzonego odbicia rzeczywistości względem zaistniałych realiów (przede wszystkim w zakresie podstawowych właściwości występujących obiektów i ich wzajemnych relacji, a także kompletności zbieranej informacji, uwzględnienia występujących efektów maskowania istotnych cech sygnału, selektywnego wzmacniania itp.),
• poziom i charakter występujących szumów,
• rodzaj i intensywność artefaktów, ogólniej zakłóceń,
• zdolność rozdzielcza zestawu pomiarów (możliwa skala dokładności) akwizowanych danych, jej charakter przestrzenny (kierunkowy, czy też geometryczny) oraz czasowy,
• zakres dynamiki pozwalający z wystarczającą czułością, ale i specyficznością różnicować zapisywaną treść.  

Ograniczenia te stanowią istotną przeszkodą w percepcji, analizie czy interpretacji gromadzonej informacji, w kontekście określonych form jej użytkowania wielu różnorodnych zastosowań. Wymagana jest wtedy obróbka danych zmierzająca do poprawy ich użyteczności w ramach dostępnych środków sprzętowych, przy istniejących ograniczeniach realizacyjnych (dotyczących złożoności obliczeniowej, zależności czasowych, natury treści przekazu, zakresu możliwych metod i koncepcji itp.). Przykładowo w zastosowaniach medycznych stosowanie metod obróbki, które nie dają pewności zachowania wszystkich, nawet najdrobniejszych szczegółów, mogących mieć znaczenie w rozpoznaniu patologii, budzi zasadniczy sprzeciw. Dochodzą w tym przypadku także uwarunkowania rekonstrukcji jako rozwiązania problemu odwrotnego. Z kolei dostępna szybkość przetwarzania danych multimedialnych, zestawiona z rozmiarami strumienia danych wymagających obróbki, może okazać się niewystarczająca.  

Zarys metod rejestracji i prezentacji danych multimedialnych, krótki opis stosowanych urządzeń sygnalizuje olbrzymią rolę systemów wejściowych, dostarczających danych źródłowych oraz wyjściowych, efektowych, służących postrzeganiu i rozumieniu treści przekazu przez użytkownika.
Wierny zapis (rejestracja) stanu rzeczywistości, unikalnej, będącej źródłem ważnych informacji w przekazie, rzeczywistości z natury wielomodalnej, jest podstawowym elementem sprawnych systemów multimedialnych. 

Rejestracja danych multimedialnych jest bardzo ważnym etapem pozyskiwania informacji, przekazywanej w kolejnych etapach do odbiorcy. Różnorakie aspekty zjawisk fizycznych o odmiennej charakterystyce są rejestrowane za pomocą dostosowanych czujników, rejestratorów, złożonych systemów akwizycji, czyli ogólnie specjalistycznych urządzeń pozyskiwania danych. Zapewnienie możliwie wysokiej jakości pozyskiwanych danych oraz wyznaczenie efektywnej ich reprezentacji decyduje często o użyteczności całej aplikacji multimedialnej.

Zapis rejestrowanej treści powinien być wierny, specyficzny, dogodny w dalszej obróbce oraz dostosowany do przewidywanych form odtwarzania czy ogólniej użytkowania. Warto też uwzględnić przewidywane formy kształtowania przekazu informacji, możliwą regulację jakości danych czy też selekcji treści użytecznych. 

Różnice pomiędzy systemami akwizycji danych dotyczą przede wszystkim takich dwóch podstawowych aspektów jak:

• fizyczne podstawy wykorzystywanych w rejestracji zjawisk:
  • wykorzystanie właściwych zjawisk fizycznych (pomiaru cech obiektów), odpowiednich materiałów, zasad i innych uwarunkowań pomiaru;
  • wybór właściwych technologii, konstrukcja urządzeń i systemów;
  • projektowanie zestawu czujników/detektorów wraz z mechanizmami odczytu danych;
  • kontrola jakości rejestracji;
• zasady uzyskania sygnałów cyfrowych:
  • dyskretne, przestrzenno-czasowe struktury rejestracji danych;
  • przetworniki A/C;
  • mechanizmy próbkowania, kwantyzacji i kodowania;
  • formowanie/rekonstrukcja sygnału rejestrowanego;
  • wstępne przetwarzanie, ustalanie reprezentacji wyjściowej.