Программы обработки звуковой и видеоинформации относятся

Физика звука. Аналоговый и цифровой сигналы. Звуковые форматы. Звуковая система компьютера. Программные средства обработки звуковой информации. Работа со звуком в операционной системе Windows.

Работа с приложением «Звукозапись». Подкастинг. Технология создания подкастов. Работа с видео. Просмотр видеофильма в программе Windows Media.

Виды медиапроигрывателей. Программы для нарезки видео. Программа Movie Maker. Монтаж клипа. Видеоэффекты. Создание титров. Учебное кино. Классификация учебного кино.

Киноциклы и кинопособия. Задачи учебного кино.

Физика звука

Тело, создающее возмущение (колебания воздуха), называют источником звука. Звук — распространяющиеся в упругих средах, газах, жидкостях и твердых телах механические колебания, воспринимаемые ухом. В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором двоичных цифр (нулей и единиц). Аппаратура, в которой звук представляется в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой, а сам рабочий сигнал — аналоговым.

Лучший бесплатный аудиоредактор — Audacity! | ERRORRprogramReview | #003

Аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой, который представляет собой последовательность дискретных значений. Наука, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком, называется психоакустикой. Слуховой аппарат человека способен различать частотные составляющие звука в пределах от 20-30 Гц до 20 кГц.

Громкость звука — это психологическая характеристика восприятия звука, определяющая ощущение силы звука. Человек слышит двумя ушами и поэтому способен различать направление прихода звуковых сигналов. Эту способность слуховой системы человека называют бинауральным эффектом.

Дискретизация по времени — это процесс получения мгновенных значений преобразуемого аналогового сигнала с определенным временным шагом, называемым шагом дискретизации. Очевидно, что, чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации (т. е. тем чаще регистрируются значения амплитуды), и значит, тем более точное представление о сигнале. Та или иная цифровая форма представления аналоговых аудиосигналов — это способ кодирования, последовательность чисел, описывающая аналоговый аудиосигнал, сама по себе является цифровым кодом.

Звуковые форматы

Звуковой формат A UDIO имеет высокое качество звучания, этот формат используется для проигрывания звука на бытовых лазерных проигрывателях, а также на ПК, имеющих CD-ROM.

Формат WAV— это сугубо компьютерный звуковой формат, обладающий высоким качеством, большим объемом, может храниться на любом носителе, приемлемом для ПК, и имеет своё индивидуальное название.

Формат MP3 имеет малый размер, но несколько проигрывает в качестве звука (в зависимости от степени сжатия). Воспроизводится только специальными программами ПК или специальными MP3 плеерами. Удобен в создании музыкального архива для звукового оформления сценариев, а также для хранения на лазерных компакт-дисках.

Файлы формата MIDI являются набором команд для «зашитых» в звуковую плату ПК синтезированных звуков. При воспроизведении данного формата можно изменять тональность, темп, подменять инструменты. MIDI имеет очень маленький объём и может воспроизводиться только при помощи специальных компьютерных программ MIDI-плееров. Формат MIDI неприемлем для записи и хранения голоса.

БЕСПЛАТНАЯ программа для ЗАПИСИ ГОЛОСА и ОБРАБОТКИ звука

Музыкальные файлы формата KARAOKE обладают теми же свойствами, что и файлы формата MIDI: имеют очень маленький объем, позволяют изменять темп, тональность. Дополнительно в формате KARAOKE имеется текст песни, который может отображаться на экране монитора.

Звуковая система компьютера

Звуковая система компьютера содержит:

• — модуль записи и воспроизведения звука, который осуществляет АЦ (аналого-цифровое) и ЦА (цифро-аналоговое) преобразование звуковых данных;
• — модуль синтезатора;
• — модуль интерфейсов, обеспечивающий взаимодействие программных и аппаратных средств;
• — модуль микшера, который позволяет осуществить смешивание сигналов от различных источников;
• — акустическую систему (микрофон, колонки и т.п.).

Программные средства обработки звуковой информации

Музыкальные редакторы; синтезаторы звуков, в частности, синтезаторы речи; звуковые редакторы; голосовые навигаторы, позволяющие реализовать речевой интерфейс пользователя; программы диктовки, позволяющие преобразовать речь в «письменный текст»; программы для улучшения качества фонограмм.

Основные операции над звуком

Обработка (редактирование) звука направлена на получение новых звуков из уже существующих, придание звуковому сигналу дополнительных качеств или устранение существующих (устранение помех).

Основные методы обработки звука’, монтаж, амплитудные, частотные, фазовые, временные, форматные преобразования. Создание (синтез) звука направлен на: имитацию различных естественных звуков и акустических музыкальных инструментов; получение принципиально новых звуков, не встречающихся в природе.

Работа со звуком в Windows

Операционная система Windows имеет достаточно полные средства для поддержки мультимедиа. Если в ПК установлен аудиоадаптер, то в конце линейки переключателя (в правом нижнем углу рабочего стола) появится кнопка с изображением динамика, активизация которой вызывает появление на экране микшера и общего регулятора громкости. Микшер имеет отдельные ползунковые регуляторы уровня сигнала и баланса по всем входам: общему, звуковому, синтезатора, проигрывателя CD, линии и микрофона. Кроме регулировок уровней сигнала, микшеры нередко имеют регуляторы тембра по низким и высоким частотам.

Работа с приложением «Звукозапись»

Для цифровой записи и воспроизведения звуков в Windows есть приложение «Звукозапись» (Sound Recorder). Для того, чтобы перейти к этой функции, надо выполнить последовательность шагов: «Пуск», «Все программы», «Стандартные», «Развлечения», «Звукозапись».

В позиции «Файл» представлен обычный набор команд по работе с файлами: создать — создание нового звукового файла; открыть — загрузка файлов из обычного диалогового окна; запись — файл записывается под текущим именем; запись как — запись файла с заданным именем; отменить изменения — отмена последнего действия; свойства — вывод табло с данными о файле (название, размеры, частота квантования и т. д.); выход — завершение работы с данным приложением. Позиция Правка содержит команды копирования файла в буфер и вызов из буфера, микширование (подключение звука из другого файла) и удаление записи до и после позиции, указанной ползунком счетчика времени. Преобразование позволяет дополнительно задать метод компрессии звуковых файлов и их качество, определяющее выбор частоты квантования. Позиция Эффект главного меню задает ряд звуковых эффектов: увеличение и уменьшение уровня записи, уменьшение и увеличение скорости, создание эха.

Подкастинг

Технология, которая позволяет наладить собственное вещание звуковых файлов в Интернете, называется подкастинг. Это слово — принципиально непереводимое — родилось из двух других: iPod и broadcasting (вещание). В России подкастинг пока еще не стал массовым явлением и существует только один крупный подкаст-терминал — www.rpod.ru (сайт, на котором хранятся передачи).

Для создания собственного трека с голосом и музыкой можно воспользоваться программой Podcast Maker, который можно скачать с сайта http://site.magix.net/deutsch/startseite. В данную программу можно импортировать музыкальную дорожку (рис. 17). Затем необходимо произвести редактирование, убрать

Рис. 17.

шумы. После того как подкаст закончен, его можно опубликовать на подкаст-терминале. Здесь надо создать личную ленту, получить адрес вида ваш ник.гроб.ги. На сайте www.grod.ru в разделе Образование можно найти немало интересных подкастов, которые обогатят урок и любое другое учебно-воспитательное мероприятие. Сюда же можно поместить и собственную разработку, созданную с помощью описанной выше технологии.

Работа с видео

Видеофильмы обычно создаются в различных телевизионных форматах (стандартах). Методы компрессии/декомпрессии видеосигналов как на аппаратном, так и на программном уровне, носят название кодеков (от слов кодирование-декодирование) видеосигналов. Методы сжатия информации «живого» видео для ПК реализуются с помощью системы Microsoft Video. Новыми возможностями в просмотре видеофильмов обладают современные видеокарты с аппаратной реализацией стандарта MPEG. Самым массовым и перспективным в последние годы стал стандарт компьютерных видеофильмов MPEG4, известный как MP4.

Просмотр видеофильмов в программе Windows Media

Проигрыватель Windows Media в режиме просмотра видеофильмов предоставляет пользователю целый ряд важных удобств: возможность просмотра видеофильма на весь экран с автоматическим устранением лишних элементов интерфейса; вывод панели регулировок изображения, в том числе изменение яркости, контрастности и цифровой насыщенности; возможность перемещения области просмотра в любое место с помощью ползунков регулятора; возможность регулировки громкости ползунковым регулятором; удобное кнопочное управление; поддержка всех видеостандартов.

Программа Movie Maker

Windows Movie Maker — весьма простая в освоении и достаточно эффективная программа для считывания, обработки и записи любительских роликов. Однако она имеет один весьма заметный недостаток: программа работает практически только с одним-единственным видеоформатом — Windows Media Video (WMV). Это означает, что созданные в ней ролики можно смотреть только на компьютере. Бытовые плееры этот формат практически не поддерживают. Программа, правда, может сохранить созданный фильм в формате DV-AVI, но для того, чтобы потом превратить его, например, в стандартный DVD-Video (MPEG-2), потребуется обработка в какой-то отдельной программе — конвертере или редакторе.

Windows Movie Maker может захватывать видео с подключенных к компьютеру видеокамер и других устройств, проводить редактирование сохраненных видео файлов, накладывать различные эффекты, создавать начальные и конечные титры и кодировать видео, используя качественные технологии сжатия Windows Media.

Учебное кино и его задачи

Учебное кино — один из видов научного кино, использующийся в качестве вспомогательного средства в учебном процессе. Применяется в тех случаях, когда учебный материал недоступен для восприятия в обычных условиях. С помощью кинематографа можно замедлить быстрые процессы, проникнуть внутрь явлений, скрытых от глаз, увеличить мельчайший предмет, перенести зрителя в другие страны, сделать видимыми обобщения и абстракции посредством движущегося рисунка (мультипликации).

Кино позволяет видеть такие формы движения, которые невозможно воспринять в натуре. Как известно, мы можем воспринимать движение предметов только в некоторых пределах скорости; нашему глазу недоступно восприятие очень больших и очень малых скоростей. Кино же может показывать и такие формы движения, например, рост дерева.

В кино можно в сравнительно короткое время увидеть обширные территории, тогда как один фотоснимок или картина могут передать очень ограниченный участок земли. Учебные фильмы весьма различны по охвату учебного материала и способам художественного решения. Исходя из педагогической задачи учебные фильмы разделяются на обучающие, инструктивные, тренировочные и тестовые. Выделяются фильмы, созданные в форме лекции, очерка, художественной постановки (например, в помощь изучающим иностранные языки) и др.

Классификация учебного кино

Учебные фильмы можно классифицировать в зависимости от предмета учебной дисциплины, её частной методики, возраста учащихся, степени научной подготовленности (если это взрослый зритель) и дидактического назначения. Исходя из этого различают:

• — фильмы, выполняющие функцию коротких киносправок’,
• — целостные фильмы, задача которых объяснить тот или иной вопрос учебной программы;
• — фильмы, помогающие усвоить производственные навыки (для демонстрации на специальных тренировочных стендах);

• — инструктивные фильмы, разъясняющие смысл и значение производственных правил; вводные, или вступительные’,
• — для ознакомления с основными проблемами учебной дисциплины, её целями и задачами;
• -заключительные (по всей дисциплине или её разделу применяющиеся для повторения пройденного материала и касающиеся главным образом наиболее трудных для усвоения тем).

Киноциклы и кииопособия

Цикл учебных фильмов (кинокурс) применяется для освещения всех основных вопросов учебной дисциплины. Каждый вид кинопособия отвечает задачам наиболее полного изложения темы при минимальной затрате учебного времени. Учебные фильмы отличаются жанровым разнообразием, которое определяется главным образом методом кинематографического решения. При создании фильма стремятся к научной точности, соответствию его современному уровню науки, а также требованиям учебной программы.

Источник: ozlib.com

Звуковая и видеоинформация

Под анимациейпонимается похожее на мультипликацию «оживление» изображений, но выполняемое с помощью средств компьютерной графики.Анимацияпредставляет собой последовательность незначительно отличающихся друг от друга, полученных с помощью компьютера картинок, которые фиксируют близкие по времени состояния движения какого-либо объекта или группы объектов. Способы хранения и воспроизведения с помощью компьютера звуковых и видеоизображений получили названиемультимедийных технологий.

Звукпредставляет собой достаточно сложное непрерывное колебание воздуха. Такие непрерывные сигналы можно достаточной точностью представить в виде суммы некоторого числа простых синусоидальных колебаний.

Причем каждая синусоида может быть точно задана некоторым набором числовых параметров –амплитудой,фазойичастотой, которые можно рассматривать каккод звука в некоторый момент времени. Такой подход к записи звука называетсяпреобразованием в цифровую форму,оцифровываниемилидискретизацией, т. к. непрерывный звуковой сигнал заменяется дискретным (т. е. состоящим из раздельных элементов) набором значений сигнала в некоторые моменты времени. Количество отсчетов сигнала в единицу времени называетсячастотойдискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем лучше качество оцифрованного звука.

Качество преобразования звука в цифровую форму определяется не только частотой дискретизации, но и количеством битов памяти, отводимых на запись кода одного отсчета. Этот параметр принято называть разрядностью преобразования. На этих принципах основываетсяформат WAV(отWAVeform-audio– волновая форма аудио) кодирования звука. Получить запись звука в этом формате можно от подключаемых к компьютеру микрофона, проигрывателя, магнитофона, телевизора и др. используемых устройств работы со звуком. ФорматWAVтребует очень много памяти.

Кроме волнового формата для записи звука широко применяется формат MIDI(MusicalInstrumentsDigitalInterface– цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Используется музыкальным синтезатором и другими специальными электромузыкальными инструментами.

Кодирование видеоинформации еще более сложная проблема, чем кодирование звуковой информации, т. к. нужно позаботиться не только о дискретизации непрерывных движений, но и о синхронизации изображения со звуковым сопровождением. В настоящее время для этого используется формат, который называется AVI(Audio-VideoInterleaved– чередующееся аудио и видео).

Таким образом,истолкование смысла одного и того же машинного кода может быть самым разным. Как именно трактуется тот или иной машинный код, определяется обрабатывающей этот код программой.

Таким образом, возможность обработки любых видов оцифрованной информации также обеспечивает универсальностькомпьютера.

Технические средства реализации информационных процессов

Исполнителемназывается некоторая биологическая, техническая или смешанная структура, способная исполнять (покомандно или программно) некоторый класс алгоритмов в некоторой операционной среде (некотором множестве допустимых «инструментов» и «команд»).

Наиболее используемые типы исполнителяалгоритмов –человекилиавтомат(компьютер).

Человеккакисполнительалгоритмов – совокупность исполняющих подсистем (мышечная, двигательная, зрительная, обонятельная и др.) и управляющей подсистемы (нервная, нейронная).

Нервная системапередает информацию, получаемую от нервных окончаний кожи, глаз, ушей и других органов, к нервным центрам для ее последующей интеграции, обработки и выработке адекватной реакции.Нервная система– совокупность взаимодействующих нервных клеток илинейронов. Учеловекаих – громадное количество.

Пример.По различным оценкам физиологов, в коре переднего мозгачеловека– около 50 млрднейронов.Нейроны, хотя и работают медленно (около сотни инструкций в секунду), но могут за счет более эффективного взаимодействия друг с другом и организации сложнейших нейроструктурных связей (кластеров) решать сложные мыслительные задачи, принимать решения.

Пример.Такая плохо структурируемая, но «простая» длячеловеказадача, как «одеться по погоде», решается быстро с помощью обработки зрительной, слуховой информации и согласованной «нейронной» оценки ситуации, хотя она и плохо формализуемая. Компьютеру эту задачу решать будет намного сложнее. С другой стороны, вычислительные ресурсычеловекаограничены по сравнению с возможностями компьютера, который во много раз лучше (быстрее, точнее) решает хорошо формализуемые и хорошо структурируемые задачи.

Нейроныслужат для передачи информации за счет нервных импульсов, которая расшифровывается в соответствующих областях коры головного мозга.

В непосредственную (сенсорную) памятьчеловекапоступает информация от различных сенсоров: зрительных, слуховых, обонятельных и т.д. Затем эта информация переводится в оперативную память (память сознания). Далее она пересылается вдолговременную памятьс привлечением подсознания («укладывается на полочки» с соответствующими названиями «Формы поведения», «Объекты и образы», «Правила и процедуры обнаружения и идентификации объектов», «Правила выборки и организации информации», «Жизненный опыт», «Бытовые навыки и умения», «Профессиональные навыки и умения» и др.).

Пример.Увиденныйчеловекомконкретный компьютер ассоциируется с абстрактным понятием «Компьютер» (из долговременной памяти) – например со сведениями об этом устройстве – информационными кодами, которые определяют объект (связь, понятие). Коды связываются между собой, создавая образ конкретного компьютера.

В живом организме передача, хранение или обработка информации происходит с помощью биохимических реакций и сообщений – сигнальных молекулярных систем и их превращений за счет химических реакций катализа и разностей концентрации химических веществ. Разность потенциалов действий (электрические сигналы) проводят нервные волокна, с помощью центральной нервной системы. При этом используется и генная информация, которая передается от ДНК к РНК, от РНК – к белку, определяя новую белковую структуру, ее функции.

Второй важный тип исполнителей– конечныеавтоматы, автоматические (то есть функционирующие определенный промежуток времени без участиячеловека) устройства, вход, выход и состояния которых можно описать конечными последовательностями сообщений (слов над конечными алфавитами).

Любой конечный автоматреализует некий непустой класс алгоритмов и состоит из совокупностиуправляющего автомата, который определяет порядок выполнения действий, иоперационного автомата, реализующего сами действия, выполняемыеавтоматом.

Пример.Пример конечногоавтомата–автоматдля продажи газированной воды. Его функционирование можно описать, если ввести следующие множества и события:

X = – входное множество,

Y = – выходное множество,

S = – множество состояний,

1 – входной сигнал «опустить 1 руб.»,

3 – входной сигнал «опустить 3 руб.»,

Г – входной сигнал «опустить гнутую монету»,

Ø– входной сигнал «монета не опущена»,

В – выходной сигнал «выдача воды газированной без сиропа»,

С – выходной сигнал «выдача газированной воды с сиропом»,

О – выходной сигнал «отказ выдать воду»,

s0 – первое состояние – «начальное состояние»,

s1 – второе состояние – «обработка 1 руб.»,

s2 – третье состояние – «обработка 3 руб.»,

s3 – четвертое состояние – «состояние неисправности».

Компьютер можно рассматривать как совокупность взаимодействующих конечных автоматов. Рассмотрим такую структуру подробнее.

Память компьютера– последовательность ячеек памяти, то есть физических устройств, куда можно записывать или считывать последовательность битов, каждый из которых хранится в нужном разряде.

Пример.Запишем числа 1310, в формате целых чисел в восьмиразрядную ячейку памяти запишется в виде (старший бит будет содержать бит знака числа, например, 1 – если число отрицательно и 0 – если число положительно). Учитывая, что 1310 = 11012, получаем представление вида: 00001101.

Аналогичным образом представляются в памяти компьютераи вещественные числа: либо по частям (целая часть – отдельно, дробная – отдельно), либо в специальной, так называемой нормализованной форме, для которой хранится отдельно дробная часть (мантисса) и порядок – степень двойки, домножением на которую можно записать данное число.

Пример.Если десятичное число равно 5,25, то есть в двоичной форме – 101,01, то оно записывается в нормализованной форме: 0,10101 с порядком, равным в двоичном виде 101.

Команды, как и числа, размещаются (в битовом изображении) в специальных электронных устройствах – так называемых регистрах.

Регистр– электронное устройство, как и ячейка памяти, запоминающее и хранящее (временно) последовательность битов определенной длины.Регистрыреализуются более дорогими и чувствительными физическими устройствами и поэтому, по сравнению с основнойпамятью компьютера, регистровая память или так называемаякэш-память– невелика.

Пример.Для компьютера с памятью 512 мегабайт основной памяти может быть характерна регистровая память в 64 мегабайта.

Каждой команде ставится в соответствие операция, производится расшифровка кода этой операции, затем извлекаются операндыили числа, над которыми необходимо выполнить операцию. Далее выполняется операция с этими операндами, и результат операции помещается в соответствующую ячейку памяти.

Кроме оперативной памяти, компьютер имеет внешнюю память (ВЗУ)с большой емкостью, но с большим временем записи или считывания информации. Внешняя память реализуется с помощьювнешних носителейинформации: магнитных или оптических дисков.

Источник: studfile.net

Понятие мультимедиа

Само слово мультимедиа образовано из латинских: «мульти» — много и «медиа» — среда, носитель, средства сообщения — и его можно перевести как «многообразная среда». В мультимедиа-продукте объединяются двухмерные и трехмерные изображения, звуковое сопровождение, музыка, анимация, видео-, текстовая и числовая информация и т.д.

Все эти виды информации должны образовывать единое целое. Хорошим примером является мультимедийный компакт-диск с альбомом записей какой-либо музыкальной группы. Такой дисксодержит, конечно, в первую очередь записи песен, однако они могут сопровождаться видеозаписями с концертов, текстами песен, информацией об исполнителях и т.д. Кроме того, такой ж обязательно содержит управляющую оболочку, позволяющую осуществлять поиск нужной информации, переключение режимов ее представления (видео, текстовый, цветомузыка, стоп-кадр и т.д.) и настройку всей системы. Другим примером являются мультимедийные интернет-сайты, получившие распространение с появлением скоростных каналов доступа в Интернет.

Средства воспроизведения мультимедиа, так и технология изготовления мультимедиа-продуктов, являются весьма сложными и дорогостоящими. Поэтому мультимедиа-технологии применяются либо в тех областях, где высокая стоимость продукта не является препятствием, либо там, где ожидается его массовое производ­ство. К таким областям можно отнести:

· информационную и рекламную деятельности;

· создание персональных фоно- и видеотек;

Все эти области требуют комплексной формы представления выдаваемой информации, а, следовательно, мультимедиа — их естественная технология.

Пределом развития мультимедиа является виртуальная реаль­ность — создание с помощью компьютера и специальных уст­ройств (шлемов, очков, перчаток и даже костюмов) виртуально­го (кажущегося) мира, в который «помещается» человек и живет is этом мире по его законам. Яркой иллюстрацией этой идеи явля­ется нашумевший в свое время фильм «Матрица». Надо, однако, заметить, что до реализма «Матрицы» современным системам вир­туальной реальности еще очень и очень далеко. К тому же, как с функциональной, так и с экономической точки зрения, их при­менение оправдано крайне редко.

2 Аудио- и видеоинформация и ее особенности

Особенностью, отличающей мультимедиа-технологии от дру­гих компьютерных технологий, является обработка аудио- и ви­деоинформации в реальном режиме времени. В узком смысле под мультимедиа в компьютерных технологиях понимают именно ра­боту с потоковой аудио- и видеоинформацией, т.е. такой формой получения, обработки и передачи информации, когда она посту­пает непрерывно, и мы не можем охватить ее целиком. Эта ин­формация носит, как правило, изначально аналоговый характер, и для компьютерной обработки должна быть переведена в цифро­вую форму (оцифрована). С другой стороны для воспроизведения она должна быть обратно переведена в аналоговую форму.

Для преобразования аналогового звукового сигнала в цифровую форму с определенной частотой (частотой дискретизации)производятся измерения (отсчеты) амплитуды звукового сигнала. Затем непрерывные значения амплитуды тоже переводятся в дискретную форму путем разбивки интервала возможных значений амплитуды на конечное число промежутков и заменой текущего значения амплитуды на ближайшее граничное значение какого-либо интервала. Количество битов, необходимых для представле­ния получаемых таким образом дискретных значений, называется разрядностью отсчета.

Для обеспечения достаточно хорошего качества преобразова­ния необходимо, чтобы частота дискретизации по меньшей мере вдвое превышала наивысшую частоту сигнала. Поскольку челове­ческое ухо слышит звук частотой до 20 кГц, то в свое время для компакт-дисков была выбрана частота дискретизации 44,1 кГц и разрядность отсчета 16 бит (65 536 фиксированных уровней амп­литуды). В студийной работе чаще используется та же разрядность отсчета при частоте дискретизации 48 кГц. Иногда используются и более высокие значения этих величин. Устройство, переводящее аналоговый звуковой сигнал в цифровую форму, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), а обратно — цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

Сочетание частоты дискретизации, разрядности отсчета и ко­личества используемых каналов называют форматом цифрового звука. Очевидно, что произведение этих величин и даст величину цифрового потока, необходимую для представления этого фор­мата. Например, для частоты дискретизации 44,1 кГц, разряднос­ти 16 бит и стереофонического звука (2 канала) величина цифро­вого потока составит немногим более 170 Кбайт/с, что заметно ниже, чем пропускная способность основных каналов передачи данных компьютера. Поэтому обработка звука в реальном времени на современных компьютерах вполне осуществима, хотя в послед­нее время наметилась тенденция к увеличению значений всех со­ставляющих формата цифрового звука (в частности, система Dolby Digital использует 6 каналов, а ее модификации — до 8).

Несмотря на то, что компьютер «справляется» с обработкой звука в реальном времени, существует несколько причин для сжа­тия цифровых данных. Во-первых, если мы запишем на диск «сы­рой» (несжатый) звук, то нетрудно подсчитать, что минута записи однако чаще всего они используются как промежуточные. Вто­рая причина связана с передачей звуковых данных:

если канал связи обеспечивает, например, 33,6 Кбит/с (-3,28 Кбайт/с), то 170 Кбайт/с передать по нему невозможно, и звук просто обязан быть сжат. Наконец, есть еще одна причина, носящая экономико-психологический характер.

Прохождение звука по компьютерным цепям и его оцифровка вносят в него искажения, и может ока­заться так, что искажения за счет сжатия звука окажутся меньше остальных, а выигрыш в объеме данных окажется значительным. Психологической же эта причина названа потому, что оценка ис­кажений в большой степени носит субъективный характер, и ис­кажения, которые один человек может не слышать, другому мо­гут казаться неприемлемыми.

Методы сжатия звуковых потоков учитывают эту особенность, и все соответствующие алгоритмы в целом основаны на свойствах восприятия звуковых сигналов слу­ховым аппаратом человека, называемых «психоакустической мо­делью». При этом из звукового сигнала удаляется информация, малозаметная для слуха, в результате чего слуховое восприятие звука практически не меняется. Такое кодирование относится к методам сжатия с потерями, когда из сжатого сигнала уже невоз­можно точно восстановить исходную волновую форму, однако степень сжатия гораздо выше. Сжатие звукового сигнала и его об­ратная распаковка осуществляются специальными программны­ми модулями, называемыми кодеками (кодерами-декодерами). Каждый из них характеризуется используемыми алгоритмами сжа­тия и используемыми форматами сжатых файлов.

Для описания степени сжатия звукового сигнала используется битрейт (bitrate) — скорость битового потока с которой сжатая информация должна поступать в декодер при восстановлении зву­кового сигнала. Битрейт измеряется в килобитах в секунду (Кбит/ с) и если, например, он равен 128 Кбит/с, то это означает, что одна секунда звука будет занимать 128 Кбит, или 16 Кбайт. Чем выше битрейт, тем выше качество звука, получаемого при обрат­ной распаковке и, соответственно, больше размер сжатого звука. Широко распространенный формат сжатия mpЗ позволяет коди­ровать звук с битрейтом от 8 до 320 Кбит/с. Наиболее часто в mpЗ используется битрейт 128 Кбит/с, на котором достигается сжатие в 10—12 раз.

Говоря о сжатии звука, нельзя обойти вниманием специаль­ную форму передачи сжатого звука, называемую потоковым ве­щанием. Применяется она только в компьютерных сетях (в том числе в сети Интернет) и использует систему «клиент-сервер»: звуковые файлы потокового формата хранятся на сервере и со- этом никакие промежуточные файлы на клиентском компьютере не создаются. Характерной особенностью потокового вещания яв­ляется высокая степень сжатия, которая должна обеспечить про­хождение сжатого звука через низкоскоростные каналы связи, Наиболее распространенным среди потоковых систем является’ формат RealAudio.

Преобразование аналогового видеосигнала в цифровую форму (оцифровка, или видеозахват) происходит почти по тем же принципам, что и при работе с аудиосигналами. Однако в отличие от оцифровки звука, отсчеты делаются редко (25 раз в секунду), но результатом отсчета является целый кадр. Наиболее часто приме­няется используемый в стандарте VideoCD размер кадра в 352×288 точек (телевизионный кадр, прореженный вдвое по вертикали и по горизонтали), при 24 бит цвета на каждую точку. Нетрудно подсчитать, что это даст цифровой поток около 60 Мбит/с (примерно 7,5 Мбайт/с), что значительно превышает величину аудиопотоков.

Поэтому сжатие данных, причем с потерями (для обеспечения высокой степени сжатия вплоть до 100: 1), здесь просто необхо­димо. Существует большое количество алгоритмов сжатия (MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4 и др.), служащих различным целям и имеющим совершенно различные характеристики, но все они в той или иной степени нацелены на наиболее эффективное сжатие данных с минимальными потерями качества. В частности, битрейт сжатого видео на VideoCD (алгоритм MPEG 1), имеющего на­званные размер и частоту кадров, равен 1,1 Мбит/с.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru