Быстрое введение в цифровой звук и видео.

Обычно, глядя на параметры аудио-или-видео файла, мы не задаёмся вопросом, что означает, к примеру, для аудиофайла, вот это: 8 bit 32000Hz ? А означает это, что аудио-сигнал анализируется 32000 раз в секунду с глубиной звука 8 бит, т.е.  в каждый из 32000 раз сигнал имеет примерно такой вид:

01110001 – общее число нулей и единиц равно восьми.
Объясним понятие глубины звука:
Максимальное количество различных комбинаций из восьми нулей и единиц может быть 2 в степени 8 = 256
256 и будет максимально возможным числом уровней (другими словами — мощностей или громкостей) сигнала. Любая из комбинаций восьми нулей или единиц соответствует определённой громкости.

№ уровня Кодовая комбинация Мощность сигнала
0 00000000 минимальная
1 00000001
126 10000000 половинная
254 11111110
255 11111111 максимальная

Теперь подсчитаем максимальный битрейт (bitrate), или максимальную скорость звукового потока глубиной 16 бит: 16 бит*32000 Гц = 512000 бит/сек Если, к примеру, информацией является стерео звук, то это число умножим на количество звуковых каналов (2) : получим уже 1028000 бит/сек, или 1,028 Мбит/сек (мегабит в сек) При условии прослушивания файла с такой скоростью потока мы будем иметь максимальное качество.
Наиболее употребимыми типами аудиофайлов, как мы знаем, являются *.wav и *.mp3 файлы. Файл с расширением *.wav (кодек — PCM) является наиболее качественным, но и наиболее объёмным. Это несжатый файл. Применяется для записи на обычные звуковые CD – диски (AudioCD). По приведенному выше алгоритму подсчитаем объём 4-хминутного стереоаудиофайла: 4*60 сек *2*16 бит * 32000 Гц = 245760000 бит или 30720000 байт, или 30,72 Мбайт. Исходя из того, что стандартный CD умещает 700 Мбайт, легко подсчитать, что на него поместится около 20-ти песен с высоким качеством. Поэтому приходится сжимать файлы программными средствами. Файл *.mp3 и является примером такого сжатия при весьма неплохом сохранении качества звучания (MP-3 Disc).
Есть также кодек AC-3 (для кодирования звуковых дорожек в высококачественных DVD-фильмах) и Mpeg Audio Layer2 (для кодирования звуковых дорожек в VCD и SVCD).
Сложнее обстоит дело с видеоинформацией. Здесь придётся ввести ещё несколько понятий:
Введение в цифровое видео.
Разрешение – размер кадра по горизонтали и вертикали в точках (или пикселах для компьютерного видео).
Частота кадров – число кадров в секунду. Для обычного кинофильма, снятого кинокамерой, она равна 24.
NTSC – стандарт телевизионного сигнала, принятый в США, Канаде и Японии. Характеризуется разрешением 720х480, частотой кадров – 30.
PAL — стандарт телевизионного сигнала, принятый в Западной Европе и Азии. Характеризуется разрешением 720х576, частотой кадров – 25.
Интерлейс (interlacing) – деление основного кадра на два полукадра. Используется в телевидении.
Если обычный фильм с частотой кадров, равной 24-ём, нужно показать по телевидению, его придётся переделать под ТВ – стандарт. Для этого нужно будет изменить его частоту кадров и сделать интерлейс, т.е. каждый кадр поделить на две части. Такой переделанный фильм называется NTSC progressive или PAL progressive.
Важно отметить, что у видеолюбителей видеофайл может быть «проинтерлейсен» (а также изменено его разрешение) как на этапе предварительного программного кодирования, так и «на лету» в аппаратном (железном) DVD-плеере. Цветовое же кодирование (NTSC или PAL) производится только в аппаратном плеере «на лету».
Битрейт видеофайла определяется разрешением и частотой кадров, а также глубиной цвета, равным количеству бит на один пиксел.
Подробней расскажем о глубине цвета:
Цвет каждого пиксела на экране монитора определяется сочетанием уровней трёх основных цветовых каналов: красного, зелёного и синего. Другими словами, любой
цветовой оттенок можно получить из смешения трёх этих цветов с различными уровнями (мощностью) света. В простейшем случае мощность каждого канала кодируется
одним байтом (т.е. восьми битами). Так как каналов три, то имеем глубину цвета: 8 бит*3 канала= 24 бит
Значит, каждый пиксел изображения будет иметь примерно такой вид:

00001011 00101010 00101001
красный синий зелёный

Здесь просматривается аналогия с понятием глубины звука, только имеем уже не мощность звука, а мощность цветового канала.
Попробуем составить таблицу цветов одного пиксела видео по аналогии с таблицей уровней звука, составленной нами выше (повторимся, что для простоты восприятия информации мы будем отождествлять понятия «уровня» и «мощности»):

№ цвета пиксела Уровень красного Уровень зелёного Уровень синего Результирующий цвет
0 00000000 00000000 00000000 чёрный
00000000 00000000 00001111 фиолетовый
00000000 00000000 11111111 синий
00000000 00001111 11111111 голубой
00000000 11111111 00000000 зелёный
11111111 11111111 00000000 жёлтый
11111111 00001111 00000000 оранжевый
11111111 00000000 00000000 красный
16777215 11111111 11111111 11111111 белый

Как видим: мощность каждого из трёх цветов может иметь 256 значений при 8-мибитной глубине цвета, а число цветов одного пиксела может быть равным при такой глубине почти 17 миллионов!!! И это в наше время далеко не лучшая глубина цвета…
Теперь подсчитаем объём несжатого видеофайла продолжительностью 1 час, с разрешением 720х576 и частотой кадров, равной 25-ти (система PAL), с 24-битной глубиной цвета:
3600 сек*720*576*25 кадров*24 бит = 895795000000 бит = 111974000000 байт = 111,9 Гигабайт
Для расчёта битрейта нашего файла применим ту же формулу, исключив из неё время (3600 сек) и получим 248,8 МБит/сек или 31,1 МБайт/сек
Примечание: точно также, как битрейт в видео, определяется и объем графического файла (фотографии или картинки), только из расчёта нужно исключить ещё и частоту кадров.Итак, мы видим, что чем лучше качество файла, тем больший объём он занимает. Поэтому качество файла (и его объём соответственно) приходится ограничивать. Это делается двумя методами одновременно:
1. Применением программного сжатия файла по определённому алгоритму. Эту задачу выполняет аудио (или видео) кодек.
2.Программным ограничением скорости потока.
Терминология по программному обеспечению для цифрового видео-и-аудио:
1. Видео(аудио)кодек (компрессор-декомпрессор) – программный продукт определенного производителя, устанавливаемый под управлением операционной системы (ОС), служащий для того, чтобы ОС знала, как работать с данным файлом на системном уровне. Графической оболочки (интерфейса пользователя) чаще всего не имеет.
Компрессор — программа сжатия файла по определенному алгоритму. Для просмотра файла не нужна, а нужна для компрессии несжатого файла или конверсии файла в другие форматы. Декомпрессор – программа расжатия файла для просмотра его в медиаплеере. Видео(аудио)декомпрессор работает на системном уровне совместно с медиаплеером и выполняет всю основную работу по расжатию файла для его просмотра. Если в системе нет нужного кодека, плеер прочитать данный файл не сможет. В таком случае необходимо нужный кодек загрузить в систему. Например: очень популярный коммерческий видеокодек для компрессии и декомпрессии видео-файлов – DivX (на основе алгоритма сжатия MPEG4). Ещё несколько наиболее используемых у видеолюбителей кодеков: MJPEG, MPEG1, MPEG2, MPEG4
2. Медиаплеер— программный продукт, устанавливаемый под управлением операционной системы , служащий для загрузки в него предназначенного для просмотра файла. Всегда имеет графическую оболочку (попросту кнопки управления). Наиболее известный медиаплеер – предустановленный в ОС Windows — Windows Media Player. Может поставляться вместе с видео(аудио)кодеками, а может и без кодеков. В общем случае использует для своей работы кодеки, установленные в системе.
3. Видео(аудио)редактор — программный продукт, устанавливаемый под управлением операционной системы, служащий для редактирования файла (например- необходимо какие-то кадры из него вырезать или вставить). Всегда имеет графическую оболочку (попросту кнопки управления). К примеру известный бесплатный видеоредактор – VirtualDub. Может поставляться вместе с видеокодеками, а может и без кодеков. В общем случае использует для своей работы кодеки, установленные в системе.
4. Видео(аудио)конвертер — программный продукт, устанавливаемый под управлением операционной системы, служащий для преобразования файла, закодированного одним кодеком, в файл, закодированный другим кодеком. Может поставляться вместе с кодеками, а может и без кодеков. В общем случае использует для своей работы кодеки, установленные в системе.
Терминология по типам файлов и дисков:
1. Видео(аудио)файл – место на электронном носителе, куда в цифровом виде записаны видео(аудио)данные. Состоит из двух частей (видеочасти и ауиочасти) или из одной (только видео или только аудио) части.
2. Расширение видео(аудио)файла – инструкция для ОС о том, с помощью какой программы обрабатывать данный файл. Расширение определяет то, каким кодеком закодированы данные.
Записывается вслед за точкой после названия файла. Например: file_name.mpg Может совпадать с названием кодека.
Особо следует упомянуть файлы с расширением *.avi Если вы видите у файла такое расширение. то это означает что видео – и – аудио-дорожки внутри данного файла закодированы одним из наиболее часто употребимых кодеков, но порядок чередования аудио-и-видео-данных в таком файле несколько отличается от порядка их чередования в файле, скажем, с расширением *.mpg Примерно также обстоит дело и с файлами, имеющими расширение *.asf (*.wmv) – в этих файлах видеоданные кодируются чаще всего с помощью кодека WindowsMovieVideo.
Теперь разберёмся с основными типами видеодисков. Их несколько:
1. CD-ROM Video: на диске 700 МБ используется обычно для просмотра на компьютере, это, как правило, видео с разрешением 320х240 или 640х480, не интерлейсное, с расширением *.avi. или *.asf
2. VideoCD (или VCD) : на диске 700 МБ, используется для просмотра на компьютере или ТВ, с разрешением 352х240 или 352х288, интерлейсное, закодированное кодеком MPEG1.
3. SVCD (супервидеокомпактдиск): на диске 700 МБ, используется для просмотра на компьютере или ТВ, с разрешением 480х480 или 480х576, интерлейсное, закодированное кодеком MPEG2.
4. DVD : всем известное наиболее качественное бытовое видео на диске 4,7 Гб или более, используется для просмотра на компьютере или ТВ, с разрешением 720х480 или 720х576, интерлейсное, закодированное кодеком MPEG2.
Следует заметить, что, скорее всего, первые три типа дисков очень скоро отойдут в прошлое.
Что есть ещё:
QuickTime – фирма-производитель ПО для обработки видео-и-аудио-данных на основе кодека MJPEG, использует файлы с расширением *.qt или *.mov
Macromedia Flash — фирма-производитель ПО для обработки видео-и-аудио-данных для опубликования их в основном в интернете, использует файлы с расширением *.swf
RealPlayer — фирма-производитель ПО для обработки видео-и-аудио-данных для опубликования их в основном в интернете, использует файлы с расширением *.rm
Более подробную информацию по вопросам работы с цифровым звуком и видео вы сможете найти на специализированных форумах и сайтах интернета.
Официальный сайт бесплатного набора декодеров к медиаплеерам
Хороший бесплатный видеоконвертер
И, напоследок, немного о видеокартах.
Видеокарта -это электронное устройство, служащее для вывода информации с системного блока на монитор. Есть два основных конкурирующих производителя видеочипов для видеоплат (не путать с производителем карт): Nvidia и AMD (ATI). Видеочип – это основной компонент карты, на основе которого делается видеоплата. Основные параметры видеокарт (по каждому пункту указаны в порядке возрастания качества и скорости работы):
1. Тактовая частота видеочипа: измеряется в мегагерцах. Составляет 500-700 МГц
2. Частота видеопамяти: измеряется в мегагерцах. Составляет 500-2000 МГц
3. Ширина шины памяти : измеряется в битах. Составляет 64, 128, 256, 512 бит. От неё напрямую зависит такой важнейший параметр, как пропускная способность памяти (ПСП). ПСП= Частота видеопамяти* Ширина шины памяти (Гб/сек)
4. Объем видеопамяти: измеряется в мегабайтах. Составляет 128, 256, 512, 1024 МБ. Обратите внимание, что при покупке видеокарты не следует гнаться за большим объёмом памяти и за него соответственно переплачивать. Максимально необходимый объём памяти для карт среднего ценового диапазона – 256 Мбайт, а для карт верхнего ценового диапазона – 512 Мбайт.
5. Тип видеопамяти: SDR, DDR, GDDR <br/>
6. Слоты расширения, или интерфейс: AGP, PCI-Express
Как выбирать карту:
1. Выбор по параметрам: понятно, что карта тем лучше, чем выше её производительность и частота, также смотрите тип памяти и интерфейс. Но: мощная карта нужна только для игрового компьютера. Если вы не собираетесь играть, то вам вполне хватит карты низшего ценового диапазона.
2. Выбор по производителю видечипа (Nvidia или ATI) : дискуссии о том, какой лучше, наверное, не закончатся никогда. Моё мнение: раз это два конкурирующих производителя, то ощутимой разницы в качестве тоже не будет никогда. Лично я обратил бы внимание только на два момента:
1) Видеокарта Nvidia, в отличие от ATI, официально поддерживает стереорежим, то есть имея простенькие анаглифические стереоочки за два доллара, вы можете играть в игры в стереорежиме (3D), смотреть 3D-видео, что приносит массу новых впечатлений. А если учесть, что интерес к 3D в последнее время очень вырос, то при покупке такой карты стоит поинтересоваться, поддерживает ли она электронные 3D-очки (должны быть в комплекте с картой).
2) Если у вас нет ТВ-тюнера, то, переплатив 20-30 долларов, вы можете приобрести видеокарту с видеовходом, что даст вам возможность самостоятельно оцифровывать видео (с видеокассет на видеодиски).
И напоследок: в связи со скоростью научно-технического прогресса указанные мной параметры электронных устройств могут быть неактуальными на момент прочтения вами данной статьи.

Добавить комментарий