Физические основы кодирования графики. Разрешение,глубина цвета, цветовая модель

21. параметры звуковых файлов –  частота сэмплирования, глубина модуляции, битрейт.

1) частота  модуляции (сэмплирования) = 1/Т. это количество измерений громкости звука за одну секунду. От самого звука не зависит, определяет качество звукового файла

2) Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. Для записи 1го единичного сэмпла. Единич сэмпл будет записываться 1байтом.

3) битрейт = частота*глубина (бит/с) Битрейт определяет качество получившегося звук файла.

 

 

 

 

 

22. несжатые  звуковые файлы в формате RAW (PCM) и формате WAV.Контейнер RIFF.

RAW— формат данных, содержащий необработанные (или обработанные в минимальной степени) данные, что позволяет избежать потерь информации, и не имеющий чёткой спецификации. В таких файлах содержится полная информация о хранимом сигнале. Данные в RAW-файлах могут быть несжатыми, сжатыми без потерь или сжатыми с потерями. Обработка звука — в этом случае под RAW понимаются звуковые данные без сжатия и заголовков.

WAV— формат файла-контейнера для хранения записи оцифрованного аудиопотока. Под Windows этот формат чаще всего используется в качестве оболочки для несжатого звука (PCM), когда для каждого отсчёта амплитуды сигнала выделяется определённое число бит. Однако, в контейнер WAV можно поместить звук, сжатый почти любым кодеком (но с воспроизведением таких файлов могут возникать проблемы). Использовать PCM-WAV имеет смысл только в промежуточной копии фильма, в предвидении дальнейшей обработки звуковой дорожки аудиоредакторами.

RIFF— один из форматов файлов-контейнеров для хранения потоковых мультимедиа-данных (видео, аудио, возможно текст). Наиболее известными форматами, использующими RIFF в качестве контейнера, являются: AVI (видео), WAV (аудио), RMI (MIDI-треки).Формат RIFF использует порядок байтов (младший байт идёт первым). Изначально RIFF имел принципиальное ограничение размера данных в 4 ГБ. В силу особенностей ряда популярных программ по созданию и воспроизведению файлов (в большой степени из-за медиастека в Microsoft Windows) ограничение усилилось до 2 ГБ.

 

23. сжатие звука с потреми (мр3, AAC, WMA, OGG) и без потерь (MLP, FLAC, APE, WavePack).

MP3 (MPEG Layer III), часто ошибочно именуемый MPEG-3, является форматом хранения аудиоданных. Он использует алгоритмы MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-2.5), поддерживает силу сжатия от 8 до 320 Кбит/с (в зависимости от использованного алгоритма) и три вида сжатия двухканального аудио – “объединенное стерео”, “стерео” и “двойной канал”. MP3 является одним из самых распространённых и популярных форматов цифрового кодирования звуковой информации с потерями. Он широко используется в файлообменных сетях для оценочной передачи музыкальных произведений. Формат может проигрываться практически во всех популярных операционных системах, на большинстве портативных аудиоплееров, а также поддерживается всеми современными моделями музыкальных центров и DVD-плееров. В формате MP3 используется алгоритм сжатия с потерями, разработанный для существенного уменьшения размера данных, необходимых для воспроизведения записи и обеспечения качества воспроизведения звука очень близкого к оригинальному. При создании MP3 со средним битрейтом 128 кбит/с в результате получается файл, размер которого примерно равен 1/11 от оригинального файла с CD-Audio.MP3-файлы могут создаваться с высоким или низким битрейтом, который влияет на качество файла-результата. Принцип сжатия заключается в снижении точности некоторых частей звукового потока, что практически неразличимо для слуха большинства людей.

AAC— собственнический (патентованный) формат аудиофайла с меньшей потерей качества при кодировании, чем MP3 при одинаковых размерах. Также AAC — это широкополосный алгоритм кодирования аудио, который использует два основных принципа кодирования для сильного уменьшения количества данных, требуемых для передачи высококачественного цифрового аудио. Данный формат является одним из наиболее качественных, использующих сжатие с потерями, поддерживаемый большинством современного оборудования, в том числе портативного.

WMA - Windows Media Audio — лицензируемый формат файла, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции аудио-информации. Изначально формат WMA позиционировался как альтернатива Mp3, но на сегодняшний день Microsoft противопоставляет ему формат AAC. Номинально формат WMA характеризуется хорошей способностью сжатия, что позволяет ему «обходить» формат Mp3 и конкурировать по параметрам с форматами Ogg vorbis и AAC.

Если при кодировании/передаче файла WMA некоторая часть его повреждается, то воспроизведение файла становится невозможным, как после места  повреждения, так и за несколько  десятков секунд до него.

OGG (Ogg Vorbis) - открытый формат аудиосжатия.Главное неоспоримое преимущество формата Ogg Vorbis — это его полная открытость и свободность. Более того, в нем использована новейшая и наиболее качественная психоакустическая модель, из-за чего соотношение битрейт/качество значительно ниже, чем у других форматов. Как результат — качество звука лучше, но размер файла меньше.В формате имеется большое количество достоинств. Например, формат Ogg Vorbis не ограничивает пользователя только двумя аудио каналами (стерео — левый и правый). Он поддерживает до 255 отдельных каналов с частотой дискретизации до 192kHz и разрядностью до 32bit (чего не позволяет ни один формат сжатия с потерями), поэтому Ogg Vorbis великолепно подходит для кодирования 6-ти канального звука DVD-Audio.

MLP  — алгоритм сжатия без потерь.Этот алгоритм разработан английской компанией, MERIDIAN, является основным стандартом для формата DVD-Audio Advanced Resolution, позволяет воспроизводить в режиме моно 1,0, стерео 2,0 (c частотой дискретизации 192 кГц и уровнем квантования 24 бита) или многоканальный 8,0 (5,1/6,0) Surround Sound (24 бита/96 кГц) высококачественный аудиоматериал. Исходным материалом до компрессии является PCM, из-за ограничений пропускной способности и для уменьшения объёма необходимо применить алгоритм, который позволил бы при распаковывании не терять исходной информации, с чем MLP и справляется.

FLAC) — популярный свободный кодек, предназначенный для сжатия аудиоданных без потерь.

В отличие от аудио-кодеков, обеспечивающих сжатие с потерями (MP3, AAC, WMA, Ogg Vorbis) FLAC, как и любой другой lossless-кодек, не удаляет никакой информации из аудиопотока и подходит как для прослушивания музыки на высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, так и для архивирования аудиоколлекции.

Сегодня формат FLAC поддерживается множеством аудиоприложений и портативных аудиоплееров, а также имеет большое количество аппаратных реализаций.

Формат АРЕ - заархивированный (сжатый) формат WAV. популярный формат кодирования цифрового звука без потерь. Для хранения аудиоданных используется расширение .ape, а для хранения метаданных - .apl.

WavPack – формат без потери качества при сжатии. Данный формат имеет расширение .wv и с легкостью позволит вам сжать и восстановить 8, 16, 24 и 32-битные аудио-файлы, которые имеют .wav. Формат WAVPack так же подразумевает режим «гибридный», который является уникальным и предоставит все преимущества сжатия без потери качества и с дополнительным бонусом. Создаются два файла: один небольшой высокого качества, но с потерей (.wv) и второй, который позволит полной мере восстановить оригинал. То есть некоторые пользователи не будут выбирать между сжатием с потерей качества и без потерь.

 

24. бесфайловый цифровой формат CD-da. Физический и логич уровень записи на компакт диск. Коррекция ошибок.

Звуковой компа́кт-диск (CDDA, также называемый англ. Audio CD и Red Book) — стандарт для компакт-дисков со звуковым содержимым.Формат хранения звуковой информации — PCM 44 100 Гц, 16-бит стерео, 1411,2 кбит/с битрейт.

Название  Red Book (красная книга) связано с вхождением стандарта в набор стандартов форматов компакт-дисков, известных как цветные книги. Первая редакция стандарта издана в июне 1980 года компаниями Philips и Sony, она была доработана организацией Digital Audio Disc Committee, а затем ратифицирована как стандарт IEC 908. Он не является свободно доступным и подлежит лицензированию у Philips. На момент написания статьи стоимость формы заявки на лицензию составляла 5000 долларов США. Текст стандарта доступен для скачивания в формате PDF и сто́ит 242 доллара США. Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от центра к краю. На 1 см помещается 6000 витков дорожки. В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три основных области: входную директорию (Lead in), где содержится оглавление (Table Of Contents, TOC), адреса записей, число заголовков, объем (время) записи, название диска; область данных; выходную директорию (Lead out), которая содержит метку конца диска. Все форматы компакт-дисков используют физические секторы размером 3234 байта, из которых 882 байта предназначены для вспомогательных данных, служащих для контроля и коррекции ошибок. Секторы группируются в логические дорожки, сведения о которых помещаются в TOC. Запись цифровых данных на компакт диск производится либо штамповкой с матрицы (фабричные CD-ROM), либо в специальных дисководах CD-RW лучом лазера. Считывание данных производится также лучом лазера с последующим их преобразованием из цифровой в аналоговую форму и воспроизведением. Емкость дисков стандартов CD-ROM/R/RW обычных размеров составляет 650-700 Мб (74-80 мин для аудиозаписей CD-DA). Время доступа к данным для различных моделей колеблется от 80 до 400 мс. Защита от ошибок в формате CD-DA есть, и весьма серьезная: информация как бы размазана по диску, и блоки собственно звуковых данных собираются при чтении из совершенно не смежных между собой кадров низкого уровня, а большинство возникших ошибок исправляются (корректируются) при помощи специального избыточного кода, способного исправлять как единичные, так и множественные ошибки. Избыточность (доля дополнительной информации в ее общем объеме) корректирующего кода Рида-Соломона в CD-DA составляет 25%, а поверх этого кода накладывается еще и канальный код 8/14, так что окончательная избыточность равна 57%. Иными словами, более половины всей информации на диске занимают проверочные и корректирующие данные.

 

26. формат  CD-ROM – адресация дискового пространства, коррекция ошибок и файловая структура.

CD-ROM— разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения.CD-ROM — доработанная версия CD-DA (диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочие цифровые данные.Основными элементами файловой структуры CD-ROM являются: первичный дескриптор тома (PVD - Primary Volume Descriptor); он всегда находится в шестнадцатом секторе сеанса и содержит ссылки на таблицу путей (PT - Path Table) и корневой каталог (RD - Root Directory); таблица путей (PT) содержит адреса каталогов (DF - Directory Files).

Адресация блоков данных в CD-ROM выполняется по специальным адресным заголовкам, которые записываются в каждом кадре CD-DA. Поиск блока происходит вначале грубо, по меткам из адресного подканала, а затем — точно, по адресному заголовку из кадра. Формат CD-ROM базируется непосредственно на формате CD-DA. Помимо корректирующей способности CD-DA в CD-ROM имеется еще один уровень защиты от ошибок и их коррекции (дополнительно 12% избыточности), за счет чего надежность чтения CD-ROM заметно возрастает. Впрочем, это тоже не дает никакой гарантии, что хорошо видно на многих китайских дисках, которые надежно читаются только в первые несколько месяцев с момента выпуска. А затем «навороченность» привода уже перестает играть заметную роль, и диск надежно не читается нигде.

 

 

 

27. видео. Параметры видеофалов – частота кадров, разрешение, цветовая модель и глубина цвета, соотношение сторон.

1)Частота кадров - Количество (частота) кадров в секунду — это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга при показе 1 секунды видеозаписи и создающих эффект движения объектов на экране. Чем больше частота кадров, тем более плавным и естественным будет казаться движение. Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным — примерно 16 кадров в секунду. 25-25

2)Разрешение видео – это количество точек (пикселей) в изображении по вертикали и горизонтали. Разрешение записывается в виде произведения X×Y,где X – количество точек в горизонтальной линии (горизонтальное разрешение) 
Y – количество линий (вертикальное разрешение).

3) Глубина цвета (цветовое разрешение) – характеристика, указывающая количество цветов, которые могут участвовать в формировании видеоизображения. Количество цветов в цифровом видео измеряется в битах. Так 1 бит может принимать два разных значения (0 или 1) и позволяет соответственно закодировать только два цвета (обычно черный и белый). С помощью двух бит можно закодировать уже 4 цвета (2² = 4), с помощью трех бит – 8 цветов (2³), четырёх – 16 (2⁴) и так далее.

Как правило, цветовое разрешение описывается с помощью специальных  цветовых моделей. В компьютерной технике  применяется модель RGB (красный-зеленый-синий), которая может быть представлена следующими наиболее распространенными режимами глубины цвета: 8 бит (256 цветов), 16 бит (65 536 цветов) и 24 бита (16 777 216 цветов). К слову, человеческий глаз, по разным мнениям, может воспринять от 5 до 10 миллионов цветовых оттенков.

4) Соотношение сторон

Очень важный параметр, который  определяется делением ширины на высоту. Стандартными и основными соотношениями сторон являются: 
4:3 (1,33:1) — Full Frame (Полноформатный) 
16:9 (1,78:1) — Widescreen (Широкоэкранный) 
21:9 (2.39:1) — 70mm film (Широкоформатный)

5) Ширина  видеопотока или битрейт – это количество обрабатываемых бит видеоинформации за секунду времени (измеряется «бит/с» — бит в секунду или, чаще, «Мбит/с» — мегабит в секунду; в английском обозначении bit/s и Mbit/s соответственно). Чем выше ширина видеопотока, тем, как правило, лучше качество видео. Различают два вида управления шириной потока в видеокодеке — постоянный битрейт и переменный битрейт.

 

30. стандарты кодирования видео  – мпег-1,2,4. Кодеки, как программа  реализации стандартов. Контейнеры видеофайлов. Форматы ави,мп4, мкВ.

MPEG-1. Стандарт MPEG-1 был принят в качестве стандарта ISO в конце 1992 г. и официально опубликован в 1993 г. Он предназначен для сжатия видеофайлов средних размеров и аудиофайлов с частотой дискретизации 32, 44,1 и 48 кГц и использовался в основном для записи на диски Video-CD. Этот стандарт обеспечивал качество изображения на уровне видеокассеты VHS и позволял записать на один компакт-диск более часа видеоинформации и воспроизводить его на устройстве с двукратной скоростью.

В области аудио существуют три уровня MPEG -1 (первый - от 32 до 448 Кбит/с, второй - от 32 до 384 Кбит/с, третий - от 32 до 320 Кбит/с).

MPEG-2. Работа над этим форматом была завершена в 1997 г. Он разработан для кодирования видеофайлов больших размеров, соответствующих размерам телевизионного экрана и выше, с силой сжатия от 2 Мбит/с и для высококачественного аудио.

Используется в технологиях  цифрового видео и телевидения, в цифровом спутниковом вещании, телевидении высокой четкости и  дисках DVD. MPEG-2, как определено в документе ISO/IEC 13818-2, объединяет семейство взаимосогласованных  и совместимых сверху вниз цифровых стандартов сжатия телевизионных сигналов. Точнее, он допускает четыре уровня (Levels) разрешения кадра и пять базовых профилей (Profiles) кодирования сигналов яркости и цветности. Формат поддерживает пять аудиодорожек (плюс одна низкочастотная) с силой сжатия до 1 Мбит/с.