Software & Systems

В последние годы во всем мире наблюдается большой интерес к системам отображения информации коллективного пользования на основе видеостен и больших проекционных экранов, основными источниками отображаемой информации в которых являются:

-  компьютеры различных классов;

-  телевидение, в том числе кабельное и спутниковое;

-  видеокамеры, видеомагнитофоны, проигрыватели лазерных видеодисков, системы видеоконференцсвязи и т.д.

При подготовке информации в таких системах широко используется технология мультимедиа, в основе которой лежит возможность компьютерной системы вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать текстовую, графическую, анимационную информацию, а также цифровую видеоинформацию, звук и речь. Создание баз данных с использованием этих технологий, в которых будет храниться текстовая, графическая и картографическая информация, документы, цифровые видеофильмы, позволяет строить эффективные системы подготовки данных.

В работе описываются принципы построения системы подготовки и отображения информации на экранах коллективного пользования (СПОИЭКП), которые легли в основу соответствующей системы отображения информации при проведении выборов Президента Российской Федерации (РФ) в 1996 году.

Как элемент государственной автоматизированной системы (ГАС) "Выборы", СПОИ ЭКП может постоянно или временно развертываться в общественных помещениях, таких как пресс-центры, конференц-залы, актовые залы избирательных комиссий субъектов РФ, мэрий, глав администраций, а также в вестибюлях и фойе таких залов.

Основные задачи, решаемые СПОИЭКП в ГАС "Выборы"

· Оперативное отображение в удобной графической форме всего спектра информации, формируемой в ГАС "Выборы", в том числе:

-  высокая наглядность,

-  динамичность процессов по шкале времени,

-  обеспечение выборки информации, например о явке избирателей, результатах выборов по различным избирательным округам,

-  привязка информации к картографической основе поселка, района, города, региона.

· Отображение дополнительной информации политического и социального характера, особенно с учетом национальных особенностей субъекта РФ.

· Обеспечение отображения телемостов между удаленными районами субъекта РФ и Центром.

· Вывод информации с СПОИЭКП в телевизионные средства массовой информации (отечественные и зарубежные).

· проведение телевизионных репортажей, комментариев, интервью, дискуссий на фоне изображений СПОИЭКП.

СПОИЭКП позволяет эффективно использовать ее в выборах всех уровней, от Президента до местных органов власти.

СПОИЭКП может быть использована также в повседневной жизнедеятельности, например в местных органах законодательной власти, как для отображения результатов голосования, так и в информационном плане. Она может кратковременно использоваться в качестве арендуемой отдельными политическими партиями, движениями, общественными организациями для проведения конференций, симпозиумов, круглых столов и т.д.

 Принципы построения ГАС "Выборы"

Поскольку рассматриваемая СПОИЭКП является частью ГАС "Выборы", то для того, чтобы понять, каким образом система получает данные о ходе и результатах голосования, необходимо рассмотреть функционирование ГАС "Выборы".

ГАС "Выборы" имеет четырехуровневую структуру, соответствующую организационной структуре избирательной системы РФ. Ее верхний уровень представляет комплекс средств автоматизации Центральной избирательной комиссии (КСА ЦИК), второй уровень системы – избирательных комиссий субъектов РФ (КСА ИКС РФ), третий уровень – окружных избирательных комиссий (КСА ОИК), чет-вертый уровень – территориальных избирательных комиссий (КСА ТИК).

Комплексы средств автоматизации всех уровней состоят из технического, программного и информационного обеспечения и объединяются в информационную сеть на базе электронной почты с использованием государственных и коммерческих каналов, сетей связи и передачи данных.

Предусмотрено сопряжение ГАС "Выборы" с другими информационными системами, разработанными в соответствии с федеральными программами и проектами, интеграция технических ресурсов и включение разрабатываемой общегосударственной системы регистрации и учета избирателей в ГАС "Выборы" в качестве подсистемы.

Система связи и передачи данных ГАС "Выборы"

Организацию каналов связи и передачи данных для ГАС "Выборы" обеспечивает Министерство связи РФ. Передача данных между КСА ТИК и КСА ОИК осуществляется по спутниковым каналам, выделенным каналам, коммутируемым каналам и радиоканалам (рис. 1). Для передачи данных между КСА ОИК и КСА ИКС РФ используются выделенные каналы. Обеспечение голосовой связи и передачи данных между ЦИК и избирательными комиссиями субъектов РФ, а также между ЦИК и центром отображения информации осуществляется с использованием автоматической телефонной станции ЦИК по выделенным каналам связи.

Технология сбора и обработки данных

С момента начала голосования и до момента подписания протокола ЦИК РФ автоматизированная система информации используется исключительно для наблюдения за ходом и итогами голосования путем передачи данных от нижестоящих ИК вышестоящим.

Информация, поступающая на КСА ЦИК от КСА ТИК, КСА ОИК и КСА ИКС РФ, проверяется на отсутствие ошибок при передаче и накапливается в соответствующих базах данных.

Программный комплекс "Итоги" суммирует информацию и представляет ее в виде сводных таблиц в разрезе субъектов РФ с указанием процентов обработанных бюллетеней и количества территориальных комиссий, передавших результаты.

По каналам связи эти таблицы передаются в систему подготовки и отображения информации в Парламентском центре. Поступившие данные соответствующим образом обрабатываются, после чего информация поступает на средства отображения.

Требования к СПОИЭКП

СПОИЭКП должна обеспечивать:

-  отображение компьютерной графической информации;

-  отображение видеоинформации, в том числе с видеомагнитофонов, установленных в зале телевизионных камер, каналов общенационального телевидения, телемостов;

-  одновременный вывод на основной экран до 3-х источников сигнала с возможностью их размещения в произвольных окнах;

-  подключение до 5-6 телевизионных и 4-5 компьютерных источников;

-  оперативное резервирование источников сигнала;

-  оптимальные для зрителя размер поля отображения, угол обзора, яркость и контрастность;

-  оперативное формирование графической информации, пригодной для демонстрации на средствах отображения коллективного пользования, на основе полученных по каналам связи данных о ходе и результатах голосования;

-  подготовку анимационных заставок и сюжетов познавательного характера;

-  архивирование всей информации, демонстрируемой на средствах отображения коллективного пользования;

-  оперативное переформирование демонстрируемой     информации в стандарты телевидения для средств массовой информации;

-  визуальный контроль со сцены информации, демонстрируемой на средствах отображения коллективного пользования.

Проанализируем эти требования.

Во-первых, из требования об отображении компьютерной графической информации вытекает, что основной экран коллективного пользования должен обладать таким частотным диапазоном, который позволял бы отображать компьютерный сигнал. Это следует учесть при выборе средств отображения.

Во-вторых, поскольку предполагается подключение к средствам отображения достаточно большого количества источников как телевизионных, так и компьютерных, необходимо организовать такую систему коммутации, которая позволяла бы резервировать источники сигнала и осуществлять оперативное переключение между ними.

В-третьих, для выполнения требования об одновременном отображении на экране до 3-х источников сигнала с размещением их в произвольных окнах нужно подобрать такие аппаратные и программные средства, которые позволяли бы это сделать.

В-четвертых, при сравнительном анализе средств отображения следует учесть требование об оптимальном поле отображения, угле обзора, яркости и контрастности, принимая при этом во внимание предполагаемое местонахождение средств отображения в конкретной аудитории.

В-пятых, для того чтобы формировать графическую информацию о ходе и результатах голосования, необходимо разработать специальные компьютерные визуальные модули, компонующиеся с использованием баз данных различного содержания и пригодных для вывода на средства отображения. Пригодность отображения этих модулей следует оценивать путем их наблюдения на средствах отображения с учетом расположения основной массы зрителей, различных съемочных групп и т.д.

В-шестых, необходимо определить структуру процесса подготовки информации о ходе и результатах голосования и минимизировать время его прохождения.

В-седьмых, необходимо заранее подготовить анимационные заставки и сюжеты познавательного характера (как компьютерные, так и видео).

В-восьмых, следует определить способ архивирования информации, демонстрируемой на средствах отображения и выбрать соответствующие аппаратные средства.

В-девятых, нужно определить, каким образом информация будет переформировываться в телевизионные стандарты для средств массовой информации.

В-десятых, так как руководство ЦИК и обслуживающий систему персонал, находясь на сцене, не имеют возможности контролировать наличие и характер информации на средствах отображения, следует включить в систему контрольные мониторы и определить метод подачи на них информации.

Классическая система подготовки и отображения информации на проекционных экранах коллективного пользования имеет топологию, изображенную на рисунке 2.

Имеется ряд компьютеров, соединенных между собой в локальную сеть, и средство отображения, подключенное к одному из этих компьютеров, который демонстрирует имеющуюся на нем информацию, в то время как остальные компьютеры заняты подготовкой следующих блоков информации. По мере готовности информация по локальной сети передается на компьютер отображения и затем выводится на средство отображения.

При таком построении системы подготовки и отображения информации налицо следующие основные недостатки.

·   Все компьютеры должны работать в единой операционной среде.

·   В каждый момент времени возможна демонстрация информации только с одного источника.

·   Во время загрузки следующего блока информации для демонстрации зрителю видна служебная информация.

Перечисленные недостатки делают невозможным применение подобной системы, так как не выполняются поставленные требования.

Поэтому была предложена другая концепция построения системы.

Применение высокоскоростных видеокоммутаторов

Основная идея такова. Есть средство отображения коллективного пользования и есть несколько компьютеров, которые необходимо использовать в качестве источников видеосигнала.

Для каждого компьютера видеосигнал, поступающий с выхода графической платы на его монитор, раздваивается при помощи сплиттера. Один из этих сигналов продолжает поступать на монитор, а другой подается на вход видеокоммутатора. Таким образом, все компьютеры оказываются замкнутыми на видеокоммутатор, к выходу которого подключается средство отображения коллективного пользования.

В систему вводится рабочее место управления коммутацией, которое по интерфейсу RS232 подает на коммутатор управляющие сигналы, определяющие, с какого компьютера подавать видеосигнал на выход видеокоммутатора.

Преимущества подобной организации системы очевидны.

1. Поскольку видеосигнал, генерируемый компьютером, не зависит от операционной системы, то возможно использование компьютеров различного типа.

2. Так как задержка при переключении между источниками видеосигнала крайне мала, то информация поступает на средство отображения без перерывов, причем служебная информация зрителю не видна.

Использование видеостены в качестве средства отображения

В данной системе в качестве средства отображения коллективного пользования была использована видеостена, состоящая из так называемых видеокубов, каждый из которых является конструктивно объединенными экраном и проектором, работающим в режиме проекции "на просвет". Эти видеокубы установлены друг с другом встык и управляются видеопроцессором.

Видеопроцессор является ядром современной технологии отображения информации на видеостенах в реальном масштабе времени. Он обеспечивает отображение видео и графики как на отдельных видеокубах, так и на всем поле отображения.

Принцип работы видеопроцессора заключается в следующем: входной сигнал оцифровывается и затем записывается в несколько банков памяти. Поток данных из каждого банка, пройдя соответствующий цифро-аналоговый преобразователь, выводится на отдельных видеокубах. Таким образом получается отображение входного сигнала на всей видеостене.

Используемый в системе видеопроцессор имеет несколько видеовходов и управляется рабочим местом управления. Таким образом, можно выводить на видеостену сигналы от нескольких источников одновременно, причем в различных комбинациях.

Распараллеливание процессов подготовки и демонстрации информации

При использовании одних и тех же компьютеров и в качестве источников сигнала для видеостены, и в качестве рабочих мест подготовки информации для отображения возникает одно существенное неудобство: во время демонстрации данных операторы тех компьютеров, с которых эта демонстрация осуществляется, вынуждены простаивать, так как готовить при этом информацию невозможно. Поэтому рабочие места разделяются на места подготовки информации и рабочие места визуализации, что позволяет распараллеливать процессы подготовки и демонстрации. Готовые блоки данных передаются от рабочих мест подготовки информации к рабочим местам визуализации по локальной сети.

Использование камеры наблюдения за видеостеной

Поскольку персонал, находящийся на сцене, не видит, что отображается на видеостене, возникает вопрос, каким образом осуществлять контроль демонстрируемой информации? Для решения этой проблемы используется камера наблюдения за видеостеной. Профессиональная видеокамера помещена в зрительном зале, направлена на видеостену и соответствующим образом отрегулирована для получения наилучшего качества изображения. Сигнал, поступающий с этой видеокамеры, используется для контроля видеостены. Использование видеокамеры позволило также решить проблему переформирования демонстрируемой информации в стандарты телевидения для средств массовой информации.

Структурная схема СПОИЭКП и описание ее составных частей

СПОИЭКП состоит из подсистем:

- отображения информации,

- управления отображением,

- визуализации компьютерной информации,

- визуализации видеоинформации,

- подготовки компьютерной информации,

- архивирования и экспорта информации.

Рабочее место управления ходом демонстрации осуществляет следующие функции: запуск демонстрации, останов демонстрации, возврат на фрагмент назад,    переход на фрагмент вперед.

Подсистема подготовки компьютерной информации (рис. 3) – это ряд рабочих мест, объединенных в локальную сеть. Рабочие места представляют собой компьютеры с инсталлированным специальным программным обеспечением для подготовки информации и с базами данных различного содержания.

Источником данных для процесса подготовки информации (рис. 4) являются базы данных.

1. База данных по явке избирателей

Содержит табличную информацию о явке избирателей по регионам на определенный момент времени. Эта база является пополняемой, так как из ЦИК через определенные промежутки времени поступают новые данные.

2. База данных по результатам голосования

Содержит информацию о процентах поданных голосов за каждого кандидата по каждому региону на определенный момент времени. Эта информация организована в виде таблиц и также постоянно пополняется.

3. База данных по кандидатам

Содержит компьютерные изображения кандидатов и биографические данные.

4. База данных по регионам

Содержит различную статистическую информацию, как-то: количество населения, социальный состав населения, политические пристрастия населения и так далее, а также общие карты регионов и компьютерные изображения столиц политически наиболее значительных.

5. База данных по предыдущим выборам

Содержит различную статистическую, графическую и картографическую информацию по предыдущим выборам.

6. Вспомогательная база данных

Содержит разнообразные компьютерные изображения, шрифты, тексты и другую вспомогательную информацию для создания визуальных модулей, анимационных заставок и т.д. Пополняется по необходимости.

Процесс подготовки информации основан на использовании так называемых визуальных модулей, которые предназначаются для создания компьютерных графических изображений (слайдов) и являются компьютерными многослойными конструкциями вида:

Все слои имеют одинаковые линейные размеры. Каждый слой содержит растровое изображение, причем, если изображение занимает не весь слой, то свободные участки слоя являются прозрачными. Слои для растеризованных данных первоначально являются пустыми и предназначены для внесения данных заранее определенного типа.

Для подготовки информации определенного типа разрабатывается конкретный визуальный модуль, который определяет количество слоев, данные из каких баз данных эти слои будут содержать, графическое представление этих данных, линейные размеры и местоположение их относительно фона. Фон, располагающийся на самом нижнем слое визуального модуля, является растровым компьютерным графическим изображением и создается специально для использования с данными из определенных баз данных. Фон занимает весь слой целиком.

На следующем слое находятся условные данные, представляющие собой объединенные на одном слое условные данные всех используемых в визуальном модуле типов. Условные данные служат эталоном для реальных данных.

Так как визуальные модули предназначены для создания компьютерных графических изображений для отображения на видеостене, поэтому разработка их достаточно сложна, поскольку подготовка информации для отображения на видеостене отличается от подготовки информации для демонстрации на компьютерном мониторе тем, что необходимо учитывать следующие факторы:

- неравномерность по фону на видеостене,

- наличие "сетки", образованной стыками видеокубов,

- яркость и контрастность видеостены,

- размер поля отображения видеостены,

- внешняя засветка,

- особенности строения человеческого глаза.

Поскольку различные данные имеют различный политический вес, это также необходимо учитывать при проектировании визуальных модулей.

Информация, выводимая на видеостену, должна быть политически нейтральна, поэтому при проектировании визуальных модулей необходимо осуществлять постоянный контроль политической корректности.

В разработанном наборе визуальных модулей учтены все вышеупомянутые факторы.

В целом процесс подготовки компьютерной информации состоит из двух основных этапов:

- создание информационных графических изображений (слайдов),

- создание информационных блоков.

Создание информационных графических изображений происходит следующим образом.

1. В программное обеспечение для создания графических изображений (слайдов) загружается необходимый визуальный модуль.

2. В соответствии с конструкцией визуального модуля в каждый слой импортируются определенные данные из соответствующих баз данных. При необходимости эти данные преобразуются в растровую форму, проходя через программное обеспечение для конвертации.

3. Реальные данные в каждом слое путем преобразований различного характера приводятся в соответствие с эталонными условными данными.

4. Слой с условными данными удаляется, после чего все оставшиеся слои накладываются друг на друга, образуя единый слой.

5. Производится экспорт этого слоя в графический файл общепринятого формата.

6. Визуальный модуль восстанавливается к первоначальному состоянию.

Создание информационных блоков происходит следующим образом.

·   В программное обеспечение для создания информационных блоков загружаются все созданные в предыдущем этапе графические файлы.

·   Графические изображения из этих файлов располагаются в необходимой последовательности.

·   Эта последовательность экспортируется в единый исполняемый модуль, который затем передается по ЛВС в подсистему визуализации компьютерной информации.

Такая организация процесса подготовки информации представляется оптимальной, так как все визуальные модули находятся непосредственно на рабочих местах и время их загрузки незначительно. Поскольку все непополняемые базы данных находятся так же на рабочих местах, а новые данные, поступающие в базы данных по явке и результатам голосования, сразу же рассылаются на все рабочие места подготовки информации, то время конвертирования и загрузки данных в визуальные модули тоже незначительно. Экспорт изображения в графический файл и последующая загрузка в программное обеспечение для создания информационных блоков времени практически не занимают, как и создание информационного блока с последующей пересылкой в подсистему визуализации компьютерной информации.

Кроме того, время создания информационных блоков также уменьшается за счет следующей организации работы.

Поскольку вся политически важная информация отображается на видеостене дискретно во время так называемых вбросов, то на все время этого вброса имеется сценарий, в котором указано, в какой момент какую информацию отображать. Наличие сценария позволяет всю информацию увязать в один информационный блок в требуемом порядке, для чего достаточно всего лишь одного рабочего места. Это дает возможность всем остальным рабочим местам заниматься только подготовкой графических слайдов. Оператор рабочего места по созданию информационных блоков на основе полученного от режиссера сценария распределяет по рабочим местам задания на подготовку графической информации. Как только операторы рабочих мест по подготовке графической информации создают графический файл, он пересылается на сервер. По мере поступления нужных файлов оператор рабочего места по созданию информационных блоков забирает их с сервера и вставляет в готовящийся информационный блок. Поскольку операторы всех рабочих мест работают параллельно, то информационный блок формируется очень быстро. Как только блок сформирован, он пересылается в подсистему визуализации компьютерной информации, где оператор рабочего места управления ходом демонстрации загружает его в оперативную память компьютера. После этого информация готова к демонстрации.

Выбор программного обеспечения для процесса подготовки информации

Так как в целом процесс подготовки компьютерной информации состоит из двух основных этапов – создания информационных графических изображений (слайдов) и создания информационных блоков, то необходимо выбрать две основные программы: программу для создания графических изображений и мультимедийную программу для создания информационных блоков.

Существует большое количество программных средств, позволяющих создавать мультимедийные презентации. Все эти программы условно можно разделить на два класса.

1. Программы бизнес-класса – это, как правило, несложные в использовании программы презентационной графики, обычно используемые для создания различных бизнес-презентаций.

2. Программы профессионального класса. Основное отличие этого класса программ – наличие встроенного языка программирования, с помощью которого можно осуществлять более полный контроль над элементами презентации, а также включать в презентацию интерактивность. Как правило, такие программы используются для создания мультимедийных CD-ROM, материалов для компьютерного обучения, справочных систем. Наиболее популярными в этом классе являются программы Macromedia Authorware, Asymetrix Multimedia Toolbook, Allen Communications's Quest Multimedia Authoring System и Macromedia Director.

Аппаратное обеспечение СПОИЭКП

Видеостена

В подсистеме отображения информации используется видеостена, составленная из видеокубов фирмы TOSHIBA, которые завоевали высокую репутацию в области средств отображения информации благодаря качественному изображению, надежности, рекордно малой глубине стены, прогрессивной технологии, почти бесшовным составным экранам, большому диапазону форматов изображения.

Использованные для построения видеостены видеокубы модели P4130VE имеют следующие особенности.

·   Гибкость при отображении сигнала. Видеокубы отображают сигналы как в формате NTSC, так и PAL, используя систему автоматического распознавания сигнала. на кубы также можно подавать VGA-сигнал.

·   Цифровое управление. Все параметры видеокубов, включая размер изображения, местоположение, баланс по белому и сведение, могут быть настроены либо с пульта управления, либо через компьютер по интерфейсу RS232.

·   Три цветовые температуры. Пользователю предоставлен выбор из трех цветовых температур: 6500К – стандартная, 3200К – для использования в телевизионных студиях и настраиваемая.

Видеопроцессор

При выборе видеопроцессора, как правило, определяющим фактором является разрешение, которое он обеспечивает на видеостене. Разрешение, в свою очередь, определяется назначением системы отображения.

При использовании системы отображения для задач, решаемых в ситуационных, диспетчерских центрах и пунктах управления обычно предполагается отображение различных карт и схем, содержащих большое количество мелких деталей. Для того, чтобы полноценно использовать систему отображения для подобных задач, необходимо обеспечить высокое (как минимум 1280´1024) разрешение на видеостене. Однако видеопроцессоры, обеспечивающие такое разрешение, обычно стоят очень дорого (свыше 150000 $). В описываемой системе нет необходимости применять видеопроцессор высокого разрешения, поскольку отображаемая информация является в достаточной степени зрелищной, не детальной и предназначается для общего информирования аудитории. При подобном использовании системы отображения достаточно видеопроцессора, который обеспечивал бы разрешение 640´480.

Используемое для управления коммутацией и отображением рабочее место управления представляет собой компьютер с характеристиками не ниже следующих: процессор Pentium-90, 16 Мб ОЗУ, 1 Гб НЖМД и 2 Мб видеоОЗУ. Программное обеспечение рабочего места состоит из Microsoft Windows 3.11 и программы управления отображением Concerto.

Программа управления ходом демонстрации

Данная программа используется на рабочем месте управления ходом демонстрации, входящем в подсистему визуализации компьютерной информации, и предназначается для управления ходом демонстрации информации, получаемой с двух удаленных рабочих мест, и выполняет следующие функции:

- запуск демонстрации,

- останов демонстрации,

- переход на фрагмент вперед,

- возврат на фрагмент назад,

- управление звуком.

Программа предназначена для управления показом только такой информации, которая подготовлена с использованием программы Macromedia Director.

Программа состоит из двух частей – главная программа, работающая на управляющем компьютере, и удаленная часть, работающая на управляемом компьютере (рис. 5).

Входными событиями для главной программы являются нажатия оператором с помощью мыши виртуальных кнопок, составляющих интерфейс программы. Каждая кнопка предназначена для выполнения определенной команды. При нажатии оператором какой-либо кнопки вызывается соответствующая этой кнопке процедура, которая определяет, какой код соответствует этой команде и пересылает этот код управляемому компьютеру.

Удаленная часть, встроенная в демонстрируемый информационный блок, принимает этот код и вызывает соответствующую ему процедуру, которая выполняет отданную оператором команду. Удаленная часть программы встраивается в подготовленный для демонстрации информационный блок следующим образом: окно контроля анимации, в котором по кадрам определяется порядок и метод появления графических слайдов, содержит специальный программный канал, синхронный каналам данных. В каждый кадр этого канала, кроме первого и последнего, встраивается процедура считывания команд из COM-порта checkPort. Поскольку информационный блок проигрывается с определенной кадровой частотой, то каждый раз при смене кадра опрашивается COM-порт (COM2). При поступлении управляющего символа вызывается соответствующая этому символу процедура.

Программа написана на языке программирования Lingo, который является внутренним языком программы для создания мультимедийных презентаций Macromedia Director.