Zbigniew Korus Roger ĝwierczyĔski
Instytut Elektroniki i Telekomunikacji Politechnika PoznaĔska
zkorus@et.put.poznan.pl roger@et.put.poznan.pl
INVOCOM MULTIMEDIA
- INTERAKTYWNY KURS INTERNETOWY REALIZOWANY W RAMACH
EUROPEJSKIEGO PROGRAMU LEONARDO DA VINCI
Streszczenie: Artykuá przedstawia zaáoĪenia i pierwszy etap realizacji interaktywnego kursu internetowego o tematyce „multimedia”. Kurs powstaje we wspóápracy z wieloma oĞrodkami w ramach projektu Invocom, wspóáfinan-sowanego przez UniĊ Europejską (program Leonardo da Vinci). W artykule przedstawiono planowane treĞci dydaktyczne, jak i opis wykorzystanej do realizacji technologii.
1. WPROWADZENIE
Klasyczna formuáa przekazywania wiedzy - zajĊcia laboratoryjne dla studentów jak i kursy poszerzające wiedzĊ i doskonalące umiejĊtnoĞci dla pracowników firm komercyjnych – polegająca na organizacji spotkaĔ w ĞciĞle okreĞlonym czasie i miejscu, ma wiele ograniczeĔ. Przykáadowo wielu studentów studiów zaocznych czy wieczorowych ze wzglĊdu na swoje obowiązki zawodowe nie zawsze moĪe uczestniczyü w zajĊciach, co zdecydowanie negatywnie wpáywa na zrozumienie caáoĞci kursu. RównoczeĞnie warunki lokalowe uczelni, zazwyczaj nie uáatwiają wykonania zalegáego üwiczenia poza siatką zajĊü. Idealnym rozwiązaniem staje siĊ wobec powyĪszego udostĊpnienie materiaáu w formie zestawu interaktywnych üwiczeĔ, moĪliwych do wykonania w odpowiadającym kursantowi czasie i miejscu. ZaáoĪeniem projekut Invocom jest wykorzystanie do realizacji tego celu sieci Internet.
As projberPT02/P1/36/011.
2. PROJEKT INVOCOM
Projekt Invocom (Internet-based vocational
training of communication students, engineers, and technicians) powstaje we wspóápracy kilku oĞrodków naukowych i firm prywatnych zainteresowanych dziedziną nauczania na odlegáoĞü z Polski, Finlandii, Francji i Portugalii. Projekt objĊto finansowaniem na lata 2002 – 2005, obecnie trwają prace nad ukoĔczeniem pierwszego etapu. Szczegóáy znajdują siĊ pod adresem [1].
Celem projektu jest przygotowanie zestawu interaktywnych lekcji, prezentujących wybrane zagadnienia z zakresu informatyki i telekomunikacji na bazie uprzednich doĞwiadczeĔ zdobytych w trakcie realizacji klasycznych zajĊü laboratoryjnych [2].
2.1 Profil uĪytkownika
Kurs przeznaczony jest zasadniczo dla dwóch grup docelowych. Pierwszą z nich tworzą studenci kierunków związanych z elektroniką lub telekomunikacją, zarówno na poziomie licencjackim jak i magisterskim (odpowiednio BSc i MSc). Opracowane w ramach projektu kursy zostaną wáączone do programów nauczania partnerskich uczelni, a takĪe udostĊpnione w postaci oferty ksztaácenia dla pracowników podmiotów partnerskich nie bĊdących uczelniami.
Drugą grupĊ potencjalnych uĪytkowników przygotowanych kursów, stanowią inĪynierowie i pracownicy techniczni przemysáu telekomunikacyjnego, mogący dziĊki ich wykorzystaniu podnieĞü swą wiedzĊ ogólną.
2.2 Wykorzystywana technologia
Jako podstawĊ realizacji projektu przyjĊto zaáoĪenie, iĪ - przeciwnie niĪ ma to czĊsto miejsce w przypadku klasycznych zajĊü laboratoryjnych czy kursów stacjonarnych - realizacja materiaáu dydaktycznego nie bĊdzie wymagaü od uczestnika poznawania (oraz ewentualnie instalacji) Īadnego specjalizowanego oprogramowania komercyjnego. W związku z powyĪszym we wszystkich przygotowanych lekcjach uĪytkownik ma do czynienia jedynie ze zbiorem dynamicznych stron [3] internetowych.
2003
Poznañskie Warsztaty TelekomunikacyjneDynamicznoĞü moĪe byü zapewniana poprzez wykorzystanie róĪnych technologii, wszystkie jednakĪe muszą byü albo dostĊpne w systemie operacyjnym, albo byü przygotowane w sposób umoĪliwiający maksymalnie szybką i automatyczną instalacjĊ odpowiednich rozszerzeĔ przeglądarki internetowej. Jedynym ograniczeniem przyjĊtym przez partnerów jest wymaganie zgodnoĞci z przeglądarką Internet Explorer (w wersji 5 lub wyĪszej) i platformą Windows.
Wykorzystywanie róĪnych technologii w poszczególnych kursach nie bĊdzie stanowiü problemu dla uĪytkownika, poniewaĪ wszystkie kursy oparte są na jednakowym projekcie graficznym stron.
Drugim podstawowym zaáoĪeniem przyjĊtym przez partnerów projektu, jest wykonywanie wszelkich obliczeĔ po stronie klienta. DziĊki temu nie ma potrzeby tworzenia i utrzymywania specjalizowanych serwerów, na których naleĪaáoby zapewniü obsáugĊ wszystkich wykorzystywanych narzĊdzi. W przyjĊtym modelu zestawy materiaáów dydaktycznych mogą byü umieszczane na dowolnym serwerze WWW.
Reasumując, podstawĊ realizacji wszystkich üwiczeĔ stanowi jĊzyk HTML wraz z jego dynamicznym rozszerzeniem – JavaScript. Na narzĊdziach tych oparty jest szablon kursu wykorzystywany przez wszystkich partnerów. Przykáadowe lekcje znajdują siĊ pod adresem [1].
3. KURS MULTIMEDIA
Kurs prezentujący zagadnienia przetwarzania danych multimedialnych przygotowywany jest przez GrupĊ Telekomunikacji Multimedialnej Instytutu Elektroniki i Telekomunikacji Politechniki PoznaĔskiej. Grupa braáa udziaá w realizacji wielu projektów związanych zarówno z przetwarzaniem danych, jak i ich zdalną prezentacją. W szczególnoĞci zrealizowano system umoĪliwiający zdalną akwizycjĊ, przetwarzanie i prezentacjĊ obrazów preparatów mikroskopowych dla potrzeb systemów telemedycznych [4, 5]. WiĊcej danych o projektach grupy pod adresem [6]
3.1 Prezentowane zagadnienia
Przygotowywany kurs obejmuje:
x materiaáy wprowadzające do poszczegól-nych zagadnieĔ;
x interaktywne üwiczenia wykorzystujące dane foniczne i wizyjne (zarówno statyczne obrazy jak i ich sekwencje); x testy do samodzielnej kontroli wyników
nauczania.
Celem materiaáów wprowadzających jest przedstawienie definicji jak równieĪ podanie opisów metod, technik i standardów. Materiaáy wyjaĞniają równieĪ zalecane eksperymenty wykonywane z wykorzystaniem rzeczywistych testowych obrazów statycznych, sekwencji wizyjnych i danych fonicznych. Interaktywne üwiczenia i eksperymenty ukazują gáówne zagadnienia związane z podstawowymi technikami multimedialnymi.
W pierwszym – bĊdącym obecnie na ukoĔczeniu - etapie realizacji przygotowywane są lekcje prezentujące
nastĊpujące zagadnienia dotyczące gáównie obrazów statycznych:
x cyfrowa reprezentacja obrazów statycznych i sekwencji wizyjnych;
x podstawowe operacje wykorzystywane w przetwarzaniu obrazów;
x wykorzystanie filtrów w przetwarzaniu obrazów;
x zagadnienia oceny jakoĞci obrazu.
Pierwsze z przygotowywanych üwiczeĔ wprowadza pojĊcie widma obrazów monochromatycznych. Demonstrowane są widma obrazów syntetycznych i naturalnych. Dyskutowane są problemy odwracalnoĞci przeksztaácenia, charakterystycznych wáaĞciwoĞci obrazu widma oraz problemy reprezentacji danych widmowych. Drugą czĊĞü lekcji wypeániają zagadnienia reprezentacji obrazów barwnych. Demonstrowane są wáaĞciwoĞci kilku podstawowych przestrzeni barw uĪywanych do reprezentacji koloru w obrazach cyfrowych.
ûwiczenie drugie zapoznaje z prostymi operacjami wykonywanymi na wszystkich punktach obrazu, bez uwzglĊdniania wartoĞci punktów sąsiednich. W szczególnoĞci prezentowane są operacje kwantyzacji, progowania i związane z histogramem oraz przeksztaácenie gamma.
W kolejnej lekcji przedstawione zostaje zagadnienie filtracji liniowej obrazów przy pomocy filtrów o skoĔczonej odpowiedzi impulsowej (FIR). Demonstrowane są charakterystyki czĊstotliwoĞciowe filtrów dolnoprzepustowych i górnoprzepustowych oraz dziaáanie tych filtrów na obrazy monochromatyczne. Dyskutowane jest zagadnienie separowalnoĞci filtru FIR.
Ostatnie z üwiczeĔ pierwszego etapu porusza niezwykle istotne zagadnienie oceny jakoĞci przetworzonego materiaáu. Porównywane są miary oceny obiektywnej (za pomocą wspóáczynnika PSNR) oraz subiektywnej, zgodnie z zaleceniem BT.500 [7].
W dalszych etapach prac nastąpi rozszerzenie zakresu prezentowanych zagadnieĔ o problemy przetwarzania danych fonicznych i sekwencji wizyjnych. W szczególnoĞci zaprezentowane zostaną nastĊpujące zagadnienia:
x cyfrowa reprezentacja danych fonicznych; x kompresja sygnaáów fonicznych;
x segmentacja i wykrywanie krawĊdzi w obrazach;
x bezstratna kompresja obrazów i standard JPEG-LS
x transformatowe kodowanie obrazów oraz standard JPEG;
x kompresja sekwencji wizyjnych zgodnie ze standardami H.263/H.26L oraz zagadnienia wideokonferencji;
x kodowanie sygnaáów wizyjnych i fonicz- nych w standardach MPEG;
x kodowanie falkowe i standard JPEG 2000.
3.2 UĪyta technologia
Do realizacji interaktywnych stron internetowych zdecydowano siĊ zastosowaü technikĊ kontrolek
ActiveX (ActiveX controls). [8] Kontrolka zostaáa napisana w jĊzyku programowania C++, bazując na autorskich programach sprawdzonych uprzednio w formie klasycznych zajĊü laboratoryjnych [9]. Taka realizacja pozwala na praktycznie dowolną rozbudowĊ kontrolki o potrzebne funkcje. W tym celu naleĪy dopisaü odpowiednią czĊĞü kodu programu i doáączyü go do kodu kontrolki. Innym argumentem przemawiającym za tym, Īe zdecydowano siĊ na kontrolkĊ ActiveX jest fakt,Īe kontrolka uruchamia siĊ lokalnie na komputerze uĪytkownika i w Īaden sposób nie obciąĪa serwera. WáasnoĞü ta moĪe byü bardzo przydatna przy duĪej iloĞci uĪytkowników jednoczeĞnie korzystających z lekcji (np. przy zdalnym prowadzeniu kursów).
Kontrolka doáączona jest do strony internetowej projektu. Wprowadzenie kontrolki ActiveX na stronĊ internetową przeprowadza siĊ za pomocą obiektów. Przykáadowe umieszczenie kontrolki w jĊzyku HTML jest nastĊpujące:
<OBJECT ID="NAZWA" CODEBASE="KONTROLKA.OCX" HEIGHT="256" WIDTH="256"
CLASSID="CLSID:F4C817BA-3E0D-4108-A0B9-6A31CC7A68E8">
<PARAM NAME="_VERSION" VALUE="65536"> <PARAM NAME="_EXTENTX" VALUE="13547"> <PARAM NAME="_EXTENTY" VALUE="6773"> <PARAM NAME="_STOCKPROPS" VALUE="0"> <PARAM NAME="_IMAGE" VALUE="1"> </OBJECT>
W przykáadzie tym NAZWA odpowiada nazwie kontrolki. Nazwa ta bĊdzie wykorzystywana do póĨniejszego przekazywania parametrów wejĞciowych do odpowiedniej kontrolki. Jest to waĪne ze wzglĊdu na fakt, iĪ na stronie czĊsto jest potrzebnych kilka kontrolek, które wykonują róĪne funkcje. RozróĪnienie kontrolek pozwala na przekazanie do kaĪdej z nich innych parametrów z nią związanych. KONTROLKA.OCX jest nazwą fizycznego pliku kontrolki, który jest pobierany z serwera przy pierwszym zaáadowaniu strony.
Rozmiar okna kontrolki (256×256) jest dobrany w taki sposób, Īeby przy wyĞwietlaniu kilku kontrolek na jednej stronie nie byáo problemów z rozmieszczeniem ich na ekranie. Rozmiar ten równoczeĞnie najlepiej nadaje siĊ do wizualizacji róĪnych funkcji związanych z przetwarzaniem obrazów, poniewaĪ obrazy monochromatyczne zapisane są na 8 bitach, co daje 256 odcieni szaroĞci (taki rozmiar okna kontrolki najlepiej nadaje siĊ do pokazania np. histogramu badanego obrazu).
Innym parametrem obiektu jest CLASSID, który musi byü zgodny z identyfikatorem podanym w kodzie kontrolki. Przy braku zgodnoĞci obu identyfikatorów kontrolka nie zostanie pobrana z serwera, co uniemoĪliwi dalsze wykonywanie üwiczenia.
Kontrolka zawiera wszelkie funkcje i wykorzystywane obrazy – áaduje siĊ i instaluje jedynie podczas pierwszego uruchomienia danej czĊĞci kursu; instalacja ta ponadto nastĊpuje w sposób automatyczny, tak wiĊc uĪytkownik nie musi siĊ martwiü o problemy związane z instalacją.
Kontrolka moĪe korzystaü z dziesiĊciu róĪnych buforów, w których moĪe przechowywaü obrazy wykorzystywane w üwiczeniach jak i wyniki poszczególnych funkcji. Na stronie (w kontrolce) wyĞwietlany jest tylko jeden bufor, który zawiera interesujące dla nas dane. Wszystkie bufory są wspólne dla kaĪdej kontrolki umieszczonej na stronie, co umoĪliwia wykorzystanie do dalszych obliczeĔ obrazów wynikowych z poprzedniej kontrolki.
W wielu lekcjach wykorzystywane są nie tylko obrazy oryginalne, ale takĪe o zmienionych parametrach (przykáadowo o ograniczonym zakresie jasnoĞci). Dla zmniejszenia rozmiarów kontrolki zdecydowano siĊ na dynamiczne wyznaczanie odpowiednich obrazów. Obrazy te generowane są przez kontrolkĊ tylko w przypadku, gdy są one konieczne do przeprowadzenia danego üwiczenia. Fragment kodu kontrolki wykonującego takie modyfikacje wygląda nastĊpująco:
case 1: switch(ps_sub) { case 0: for(k=0;k<3;k++) for(i=0;i<256*256*4;i+=4) buff[bs].pel[i+k] = (2+buff[bs].pel[i+k])/4; break; case 1: for(k=0;k<3;k++) for(i=0;i<256*256*4;i+=4) buff[bs].pel[i+k] = 63+(2+buff[bs].pel[i+k])/4; break; case 2: for(k=0;k<3;k++) for(i=0;i<256*256*4;i+=4) buff[bs].pel[i+k] = 127+(2+buff[bs].pel[i+k])/4; break; case 3: for(k=0;k<3;k++) for(i=0;i<256*256*4;i+=4) buff[bs].pel[i+k] = 191+(2+buff[bs].pel[i+k])/4; break; default: break; }; break;
PowyĪszy przykáad generuje obrazy o zmniejszonej dynamice oraz przesuniĊtych histogramach, potrzebne do wizualizacji funkcji normalizującej oraz przesuwającej histogram.
Na stronie oprócz kontrolki wykorzystywany jest jĊzyk programowania JavaScript. [3, 10] Peáni on funkcjĊ poĞredniczącą pomiĊdzy kontrolką a uĪytkownikiem. MiĊdzy innymi pozwala na wprowadzanie do kontrolki potrzebnych parametrów oraz zmiennych, co jest konieczne dla przeprowadzenia odpowiednich üwiczeĔ i wyciągniĊcia wáaĞciwych wniosków. Przykáadowy skrypt:
function SelectImage(i) {
test1.SetPic(i,0); test1.SetView(0);
document.Przycisk.val.value=thresh;
test2.Command("buff[1] = offset (buff[0]," + thresh + ")");
test2.SetView(1); };
Skrypt ten wyĞwietla w pierwszej kontrolce (test1) obrazek, nastĊpnie odczytuje parametr thresh ze strony (wpisany przez uĪytkownika) i wykonuje funkcjĊ offset() z tym parametrem, której wynik wyĞwietlany jest w drugiej kontrolce (test2).
Przekazanie parametrów do kontrolki odbywa siĊ za pomocą áaĔcucha znaków przekazywanego przez skrypt. NaleĪy pamiĊtaü o odpowiedniej skáadni tego áaĔcucha. Pierwszym parametrem w áaĔcuchu jest bufor wyjĞciowy (bufor, w którym zostanie zapisany wynik operacji), po nim nastĊpuje rodzaj wykonywanej funkcji a nastĊpnie bufor wejĞciowy (bufor, z którego pobierane są dane) i na koĔcu parametry potrzebne do wykonania danej funkcji:
buff[4] = norm (buff[1],0,255)
PowyĪsza komenda wykona funkcjĊ norm() z parametrami 0 i 255 na buforze pierwszym a wynik bĊdzie zapisany do bufora czwartego.
W kodzie kontrolki do odbioru takiego áaĔcucha jest odpowiednia funkcja, która podstawia pod zmienne kolejne parametry:
strcpy(_command,txt);
sscanf(txt,"buff[%d] %s %s %s",&out,tmp,cmd, args );
Zmiennej out przypisany zostanie numer bufora, do którego naleĪy zapisaü wynik operacji, tmp jest zmienną pomocniczą. Zmienna cmd bĊdzie zawieraáa nazwĊ operacji, którą naleĪy wykonaü a do zmiennej args zostaną zapisane wszystkie parametry wejĞciowe danej operacji. W zaleĪnoĞci od powyĪszych zmiennych (parametrów przekazanych ze strony do kontrolki za pomocą JavaScript) kontrolka wykona odpowiednią operacjĊ na Īądanym obrazie wejĞciowym i zapisze wynik do wyjĞciowego bufora. Przykáadowa funkcja z parametrami wejĞciowymi: if(_stricmp(cmd,"median")==0) { if(sscanf(args,"(buff[%d],%d,%d)",&in0,&x,&y) ==3) { CAVMatrix mx(x,y); mx = 1; for(int k=0;k<3;k++) { _buff2comp(c0,in0,k); c0.Median(mx); _comp2buff(c0,out,k); }; }; }
PowyĪszy fragment kodu wykonuje funkcjĊ przeprowadzającą filtracjĊ medianową. Parametry x i y okreĞlają wielkoĞü maski filtru. In0 jest buforem wejĞciowym, a numer bufora wyjĞciowego zapamiĊtany
jest we wczeĞniej utworzonej zmiennej out. Początkowo nastĊpuje ustawienie maski filtru. NastĊpnie naleĪy obraz wejĞciowy przepisaü do komponentu, na którym bĊdą wykonywane obliczenia. Sama operacja filtracji wykorzystuje funkcjĊ Median(). Na koĔcu naleĪy jeszcze przepisaü wynik filtracji do docelowego bufora kontrolki. Przykáad ten ukazujĊ zasadĊ dodawania poszczególnych funkcji do kontrolki, widaü jak áatwo moĪna rozbudowaü kontrolkĊ o dodatkowe funkcje w zaleĪnoĞci od potrzeb.
JĊzyk programowania JavaScript wykorzystywany jest takĪe do wykonywania róĪnego rodzaju operacji związanych z obsáugą przycisków oraz zmianą parametrów w zaleĪnoĞci od akcji uĪytkownika.
3.3 Interaktywne üwiczenia
Wszystkie interaktywne üwiczenia wykorzystują opisany w poprzednim punkcie mechanizm ActiveX. Przykáadowa strona kursu (dostĊpna pod adresem [11]) przedstawiona jest na rysunku 1. Po czĊĞci teoretycznej nastĊpuje proste interaktywne üwiczenie. W prawej czĊĞci ekranu znajdują siĊ ikony dostĊpnych do przetwarzania obrazów. Dwa wiĊksze obrazy (rozdzielczoĞü 256 × 256 punktów) są w rzeczywistoĞci oknami kontrolek.
Peána komenda przekazywana kontrolce generowana jest po zajĞciu jednego z nastĊpujących zdarzeĔ:
x wybór (przez klikniĊcie) obrazu z umieszczonych w postaci ikon po prawej stronie ekranu;
x wpisanie wartoĞci parametru do odpowiedniego pola wraz z jej zatwierdzeniem.
Alternatywnie w niektórych üwiczeniach moĪliwe jest wybranie wartoĞci parametru równieĪ za pomocą myszki.
W odpowiedzi na wprowadzone dane kontrolka w lewym oknie wyĞwietla wskazany obraz w peánej rozdzielczoĞci. Druga kontrolka dokonuje przetworzenia wskazanego obrazu i wyĞwietla w swoim oknie rezultat.
4. PODSUMOWANIE
W artykule zaprezentowano wykorzystanie technologii ActiveX do realizacji serii interaktywnych üwiczeĔ prezentujących zagadnienia przetwarzania danych multimedialnych. Wspólne uĪycie róĪnych technologii i jĊzyków (ActiveX, HTML oraz JavaScript) pozwoliáo uzyskaü moĪliwie maáe obciąĪenie serwera. ZwiĊkszy to jednoczesną iloĞü uczestników oraz niezawodnoĞü dziaáania poszczególnych lekcji. Takie poáączenie pozwala takĪe na duĪą interakcyjnoĞü kursu, oraz na samodzielne dziaáanie uĪytkownika, który moĪe dowolnie zmieniaü parametry wejĞciowe funkcji i obserwowaü wyniki przeprowadzonych eksperymentów.
PrzyjĊte rozwiązanie w peáni wpisuje siĊ w zaáoĪenia projektu Invocom.
SPIS LITERATURY
[2] M. Bartkowiak, M. DomaĔski, K. Moder, R.ĝwierczyĔski, Laboratorium dydaktyczne przetwarzania obrazów, PoznaĔskie Warsztaty Telekomunikacyjne '96, str. 106-111, PoznaĔ 1996 [3] B. Campbell, R. Darnell, Dynamic HTML,
Wyda-wnictwo Helion 1998
[4] A. àuczak, S. Maükowiak, Dedykowane oprogra- mowanie do zastosowaĔ telepatologicznych, materiaáy konferencji Telemedycyna 2000, àódĨ, str. 63-68
[5] A. àuczak, S. Maükowiak, Medyczny system multimedialny ze zdalnym dostĊpem, Systemy i technologie telekomunikacji multimedialnej STM 2000, str. 231-236, àódĨ 2000
[6] http://www.multimedia.edu.pl/projects/index.htm [7] ITU-R Rec. BT.500-6, Methodology for the
subjective assessment of the quality of television pictures
[8] S. Lalani, R. Chandak, ActiveX biblioteka programi- sty, Wydawnictwo Mikom 1997
[9] A. àuczak, S. Maükowiak, Uniwersalne oprogra-mowanie do realizacji koderów wizyjnych, PoznaĔskie Warsztaty Telekomunikacyjne,, str. 3.5-1 3.5-4, PoznaĔ 98
[10] W. Romowicz, HTML i JavaScript, Wydawnictwo Helion 1998
[11] http://www.multimedia.edu.pl/invocom/multimedia/
