Устройства обработки видео и аудиоинформации

Описание презентации по отдельным слайдам:

Устройства обработки и воспроизведения аудиоинформации

Звуковая система ПК Звуковая система ПК — комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции: запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске; воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников); воспроизведение звуковых компакт-дисков; микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников; одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex); обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня; обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного — 3D-Sound) звучания; генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков; управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Классическая звуковая система

Модуль записи и воспроизведения Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access — канал прямого доступа к памяти).

Запись звука — это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме. Модуль записи и воспроизведения

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования Модуль записи и воспроизведения

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала Модуль записи и воспроизведения

Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальным электронным устройством — аналого-цифровым преобразователем(АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа Модуль записи и воспроизведения

На уроке мы рассмотрим обработку аудио- и видеоинформации, технические устройства для записи и воспроизведения, а также программные средства для воспроизведения, сжатия этой информации, кодеки и конвертеры.

Цифровые устройства для записи видео и звука

Для преобразования непрерывного звукового сигнала в дискретную форму (оцифровки), нужно заменить непрерывно звучащий сигнал отсчетами значений сигнала в определенные моменты времени. Количество отсчетов сигнала за единицу времени называется частотой дискретизации. В мультимедийных технологиях приняты следующие значения частоты: 8, 11, 22, 44 килогерца. Это значит, что непрерывно звучащий сигнал в течение одной секунды заменяется набором из сорока четырех тысяч отсчетов значений этого сигнала. Чем больше количество отсчетов, чем выше частота дискретизации, тем лучше качество звучания.

Для цифровой записи аудиоинформации с последующей обработкой ее на компьютере используются микрофоны, диктофоны (Рис. 1).

Рис. 1. Микрофон и цифровой диктофон

Для записи видеоинформации используют цифровые видеокамеры, цифровые фотоаппараты, веб-камеры, мобильные телефоны (Рис. 2).

Рис. 2. Средства для записи видеоинформации

Каждое из этих устройств имеет сменную карту памяти и USB-кабель, позволяющий подключиться к компьютеру. При подключении операционная система находит данное устройство и считывает с него файлы для сохранения на жесткий диск или, при необходимости, для сохранения на внешний носитель.

Программы для воспроизведения

Для воспроизведения видео файлов предназначены специальные программы – плееры, самые распространенные из них: проигрыватели Winamp, QuickTime, Windows Media Player, DVD-проигрыватель (Рис. 3).

Рис. 3. Проигрыватели

Кроме того, популярны DVD-проигрыватель Nero ShowTime, который входит в пакет программ для записи дисков, KM Player, RealPlayer, Adobe Media Player (Рис. 4).

Рис. 4. Проигрыватели

С их помощью можно скачивать и просматривать видеоролики, размещенные на сайтах в Интернете. Список программ для воспроизведения видео не ограничивается только теми, что мы рассмотрели, появляется много новых программ, которые, кроме функции воспроизведения, содержат и дополнительные возможности: запись на DVD, отображение текста песен, имеют графический эквалайзер для коррекции звука.

Форматы звуковых файлов

Для записи звука с микрофона в операционной системе Windows предназначена специальная программа – звукозапись.

Основные форматы звуковых файлов

1. Wav – волновой (waveform). Стандартные параметры записи в этом формате соответствуют качеству аудио-компакт-диска.

2. Midi (Musical Instruments Digital Interface) – цифровой интерфейс музыкальных инструментов.

3. MP3 – самый распространенный формат хранения и сжатия звука, разработанный для обмена звуком через Интернет.

Форматы .wav и .mp3 более известны, формат .midi встречается реже – это специальный формат, который представляет собой набор инструкций, команд специального устройства – синтезатора, имитирующего звучание музыкальных инструментов. Фактически это нотная запись, так как среди этих инструкций есть информация по высоте звука, длительности звука с указанием конкретного инструмента, звучание которого воспроизводится.

Если сравнивать объемы памяти, которую занимают файлы, записанные в разных форматах, то самый большой формат требуют файлы формата .wav, значительно меньший объем занимают файлы формата .mp3 и наименьший объем памяти требуют файлы формата .midi.

Конвертирование

Не во все электронные документы можно вставлять звуковые файлы любых форматов, так, в презентации можно вставлять звуковые файлы формата .wav, звуковые файлы формата AUDIO CD, но при этом диск с записью музыкального фрагмента должен быть вставлен в дисковод. При вытаскивании диска из дисковода звук в презентации воспроизводиться не будет, потому что вставить звук этого формата и связать с презентацией можно, а внедрить в нее нельзя. Для этого необходимо звук из одного формата конвертировать в другой, используя программу-конвертер.

Читайте также:  Чипсет intel z170 процессоры

Конвертирование – преобразование из одного формата в другой. При постановке диска со звуком в дисковод и запуске программы сразу отобразятся все аудиодорожки в окне программы. Мы выбираем дорожку и конвертируем ее в выбранный формат, это произойдет практически без потери качества.

Хранение, сжатие аудио- и видеоинформации, кодеки

Для хранения такой информации требуются большие объемы памяти, но аудио- и видеоинформацию можно сжать, сжатие происходит за счет игнорирования незначительных несущественных деталей или устранения избыточности кадров, то есть временное и пространственное сжатие. Для сжатия аудио- и видеоинформации используются специальные программы – кодеки.

Кодек сжимает и распаковывает файлы записи песен или видео, проигрыватель Windows Media и другие приложения используют кодеки для воспроизведения или создания файлов мультимедиа.

Кодек может состоять из двух компонентов: кодировщика, который сжимает файл мультимедиа (кодировка), и декодера, распаковывающего этот файл (декодирование). Одни кодеки включают в себя оба компонента, другие – только один из них. Эти программы используются для преобразования видео- и аудиофайлов в выбранный формат.

Основные форматы видеофайлов

1. MPEG4 – алгоритм сжатия MPEG, самый распространенный.

2. AVI – аббревиатура названия Audio Video Interleave, означающего «чередование аудио и видео».

3. WMV – формат Windows Media.

4. DVD – формат Digital Versatile Disc.

5. FLV – формат flash-видео.

6. MOV – формат Apple QuickTime.

1. DivX – самый распространенный кодек стандарта MPEG4.

2. Xvid – открытый кодек, основанный на одной из версий DivX.

3. x264 – кодек для сжатия в стандарте H.264.

Конвертеры

Среди распространенных конвертеров можно выделить AVS Video Converter, Xilisoft 3GP Video Converter, Free Video To Flash Converter (Рис. 5).

Рис. 5. Конвертеры

Если в название конвертера есть слово free, значит этот конвертер бесплатный. Функциями конвертирования обладают и видеоредакторы, конвертирование можно выполнять и онлайн, с помощью специальных интернет-сервисов, которые позволяют преобразовывать видео в более удобные для нас форматы.

Заключение

Мы рассмотрели основные цифровые устройства для записи и воспроизведения звуковых файлов, программы для воспроизведения, конвертеры и кодеки, с помощью которых мы можем сжимать, записывать и прослушивать звуковые файлы.

Список литературы

1. Угринович Н.Д. Информатика -9. – М.: БИНОМ. Ла­бо­ра­то­рия зна­ний, 2012.

2. Гейн А.Г., Юнерман Н.А. Информатика-9. – М.: Просвещение, 2012.

3. Соловьева Л.Ф. Информатика и ИКТ. Учебник для 9 класса. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт dic.academic.ru (Источник)

2. Интернет-сайт teatrbaby.ru (Источник)

3. Интернет-сайт metod-kopilka.ru (Источник)

Домашнее задание

1. Назовите основные программы для воспроизведения звуковых файлов.

2. Что такое конвертирование?

3. Как хранятся и сжимаются звуковые файлы?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Средства и технологии обработки видеоинформации
Обучающий материал

Кодирование видеоинформации

Чтобы хранить и обрабатывать видео на компьютере, необходимо закодировать его особым образом. При этом кодирование звукового сопровождения видеоинформации ничем не отличается от кодирования звука, описанного в предыдущей теме. Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, то есть разбивается на множество пикселей. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, можно описать все видео.

Видеоданные характеризуются частотой кадров и экранным разрешением. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 на 484 точек, а для PAL и SECAM – 768 на 576 точек. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране телевизора отображается всего 704 на 540 пикселей. Поэтому для хранения видеоинформации в компьютере или цифровой видеокамере, размер кадра может отличаться от телевизионного. Например, в формате Digital Video или, как его еще называют DV, размер кадра составляет 720 на 576 пикселей. Такое же разрешение имеет кадр стандарта DVD Video. Размер кадра формата Video-CD составляет 352 на 288 пикселей.

В основе кодирования цветного видео лежит известная модель RGB. В телевидении же используется другая модель представления цвета изображения, а именно модель YUV. В такой модели цвет кодируется с помощью яркости Y и двух цветоразностных компонент U и V, определяющих цветность. Цветоразностная компонента образуется путем вычитания из яркостной компоненты красного и зеленого цвета. Обычно используется один байт для каждой компоненты цвета, то есть всего для обозначения цвета используется три байта информации. При этом яркость и сигналы цветности имеют равное число независимых значений. Такая модель имеет обозначение 4:4:4.

Опытным путем было установлено, что человеческий глаз менее чувствителен к цветовым изменениям, чем к яркостным. Без видимой потери качества изображения можно уменьшить количество цветовых оттенков в два раза. Такая модель обозначается как 4:2:2 и принята в телевидении. Для бытового видео допускается еще большее уменьшении размерности цветовых составляющих, до 4:2:0.

Читайте также:  Черта над нотой что означает

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок указанного выше размера, то видеоизображение будет занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута – уже 1,5 Гбайт. Поэтому на практике используются различные алгоритмы сжатия для уменьшения скорости и объема потока видеоинформации. Если использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для более существенного снижения объемов видеоинформации используют сжатие с потерями.

Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров. При кодировании видео принято, что качеству VHS соответствует кодирование MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS – 4 Мбит/с.

Свое развитие алгоритм MJPEG получил в алгоритме DV, который обеспечивает лучшее качество при таком же потоке данных. Это объясняется тем, что алгоритм DV использует более гибкую схему компрессии, основанную на адаптивном подборе коэффициента сжатия для различных кадров видео и различных частей одного кадра. Для малоинформативных частей кадра, например, краев изображения, сжатие увеличивается, а для блоков с большим количеством мелких деталей уменьшается.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами. Считается, что за 10-15 кадров картинка изменится настолько, что необходим новый исходный кадр. В результате при использовании MPEG можно добиться уменьшения объема информации более чем в двести раз, хотя это и приводит к некоторой потере качества. В настоящее время используются алгоритм сжатия MPEG-1, разработанный для хранения видео на компакт-дисках с качеством VHS, MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и DVD, а также алгоритм MPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для домашнего хранения видеофильмов.

Видеооборудование и программы

Обычный компьютер не имеет в своем составе оборудования для ввода и обработки видео. Поэтому на него необходимо устанавливать дополнительное оборудование. Это оборудование может быть самым различным в зависимости от того, какие задачи вы хотите решать. Кроме того, сам компьютер должен отвечать определенным требованиям.

Для захвата и обработки видео особых требований к компьютеру не предъявляется, лишь бы он был оборудован звуковой платой и имел жесткий диск достаточного объема и скорости. Следует учитывать, что один час видео в хорошем качестве будет занимать на диске около 20 Гбайт информации. При этом результат работы программы обработки видео необходимо куда-то сохранять, поэтому необходимый объем должен быть больше в два раза. Что касается скорости работы диска, то лучше выбирать жесткие диски, имеющие скорость вращения 7200 оборотов в минуту и больше. Для того чтобы снимать на видео и обрабатывать полученные фильмы на компьютере, прежде всего, необходима видеокамера. В настоящее время используются три разновидности видеокамер: аналоговые, цифровые и Web-камеры.

В аналоговых видеокамерах изображение хранится на магнитной ленте в видеокассете. При записи на магнитную ленту изображение сохраняется в ней будучи преобразованной в магнитные импульсы. При воспроизведении происходит обратное преобразование магнитных импульсов в изображение. Аналоговыми же видеокамеры называют потому, что записанная магнитная информация по возможности наиболее приближена (является аналогом) к оригиналу. Существует несколько стандартов для записи аналогового видеосигнала: VHS, S-VHS, VHS-compact, Video-8, Hi-8 др. Они различаются параметрами записываемых сигналов, формой и размером видеокассеты. Аналоговые камеры могут содержать встроенные возможности редактирования видео.

Для того чтобы вводить в компьютер фильмы, снятые аналоговой видеокамерой, понадобится плата оцифровки и ввода видеосигнала. К этой плате подключается аналоговая видеокамера или видеомагнитофон. Основными характеристиками таких плат являются максимальное разрешение изображения (обычно 768 на 576 пикселей), скорость оцифровки (25 или 30 кадров в секунду), пропускная способность (до 8-10 Мбайт/с) и возможность оцифровки звукового сопровождения. Результатом работы этих плат является файл на диске компьютере, содержащий записанное изображение.

Выпускаются также устройства видеозахвата, выполненные в виде отдельных устройств, подключаемых к компьютеру по шине USB. Однако пропускная способность шины USB не достаточна для передачи несжатого видео в компьютер. Поэтому все подобные устройства используют сжатие с потерями.

Популярными аналоговыми видеоустройствами являются телевизионные тюнеры, сочетающие в себе телевизионные приемники и платы ввода изображений в компьютер. Телевизионный тюнер позволяет просматривать на экране компьютера телепередачи или видеофильмы, как на полный экран, так и в окне. При этом тюнер работает как обычный телевизор, только в качестве экрана используется монитор компьютера. Данное устройство представляет собой плату расширения, вставляемую внутрь компьютера и содержащую ряд разъемов. Телевизионный тюнер имеет антенный вход для подключения телевизионной антенны, композитный видеовход для подключения бытовых источников видеосигнала, таких как видеокамера, видеомагнитофон или проигрыватель видеодисков. Некоторые модели тюнеров могут принимать и радиосигнал, позволяя слушать передачи радиостанций на компьютере. Фактически, после установки платы тюнера, компьютер становится и телевизором и радиоприемником.

Читайте также:  Формат бумаги струйного и лазерного принтера

Web-камеры предназначены для общения в Интернете. Эти камеры не содержат средств хранения видеоинформации, а просто транслируют закодированный видеосигнал в компьютер, где он или отображается на экране, или сохраняется на диске. Соединяются такие камеры с компьютером при помощи интерфейса USB. Возможности Web-камер ограничены, и качество получаемого изображения невысокое.

С помощью таких камер и соответствующего программного обеспечения можно общаться с другими людьми в Интернете, устраивая видеоконференции. В этом случае все участники видят друг друга в реальном времени. Используя микрофон, колонки и звуковую карту, собеседники могут также слышать друг друга.

Наибольшего качества можно добиться при использовании цифровых видеокамер. Эти видеокамеры записывают изображение в цифровой форме. Внешне они почти не отличаются от аналоговых видеокамер. Однако по принципу действия эти устройства отличаются принципиально.

В качестве носителя информации в этих устройствах выступает специальная кассета с магнитной лентой, набор микросхем памяти, жесткий диск, записываемый компакт-диск или записываемый DVD-диск. То, что информация хранится в цифровом виде, позволяет легко переносить эту информацию в компьютер. Существует несколько форматов хранения цифровой видеоинформации: Digital-8, Mini-DV, MPEG-4.

Выпускаются различные варианты цифровых видеокамер от самых простых до профессиональных. В большинстве камер одной серии возможности хранения видео одинаковы, а камеры различаются наличием дополнительных возможностей. Это может быть размер жидкокристаллического экрана для просмотра снятого материала или наличие карты памяти для хранения цифровых фотографий. Некоторые цифровые видеокамеры можно использовать и как цифровые фотоаппараты.

Большинство цифровых камер подключаются к компьютеру с помощью интерфейса IEEE-1394, также называемый FireWire. Вариантом этого интерфейса является I-Link, разработанный фирмой Sony. Данный интерфейс отсутствует в большинстве современных компьютеров, поэтому чтобы подключить цифровую видеокамеру к компьютеру потребуется дополнительная плата, реализующая этот интерфейс.

Подключив цифровую камеру с помощью такой платы, можно много раз переписывать видео с камеры в компьютер и обратно без потери качества, а также управлять видеокамерой с компьютера. При работе как с цифровой камерой, так и с аналоговыми видеосигналами, следует использовать комбинированные устройства видеозахвата. Такие устройства содержат в своем составе интерфейс FireWire IEEE-1394, а также микросхему оцифровки аналогового видеосигнала в цифровой формат DV. На диск информация в любом случае записывается в формате DV. Устройства могут выпускаться как в виде платы, вставляемой в компьютер, так и в виде внешнего устройства, подключаемого к компьютеру по интерфейсу IEEE-1394.

Естественно, для редактирования на компьютере видео потребуется специальное программное обеспечение. Для простейшей работы можно использовать встроенную в Windows Me и Windows XP программу Windows Movie Maker. Для более сложного видеомонтажа можно воспользоваться программой Ulead Media Studio Pro.

Видеомонтаж подразумевает получение видеоизображения с одного или нескольких источников, выполнение над видео различных действий и сохранение полученного в результате монтажа видео. Известны два вида монтажа – монтаж сборкой и монтаж вставкой. Монтаж сборкой используется для создания отредактированного видео путем перезаписи из нескольких других записей или источников видеосигнала. Новая сцена добавляется к концу предыдущей. Монтаж вставкой используется для замены одной сцены на другую.

Различают также линейный и нелинейный видеомонтаж. Особенность линейного видеомонтажа состоит в том, что все операции происходят в реальном времени. Чтобы добиться высокой скорости работы, эффекты и операции осуществляют с помощью специальной аппаратуры. В этом случае роль компьютера сводится к координации работы устройств линейного монтажа и автоматизации рутинной ручной работы.

При использовании нелинейного видеомонтажа все фрагменты исходного видео должны быть введены в компьютер, а затем с помощью специальной программы над этим фрагментом выполняются различные операции. При этом в зависимости от используемой программы можно выполнить практически любые преобразования над исходными фрагментами видео. В результате полученное видео можно сохранить на диске компьютера, записать на видеомагнитофон или цифровую камеру.

В настоящее время наиболее распространен нелинейный видеомонтаж. Для нелинейного видеомонтажа используются специальные программы, среди которых упомянутая выше программа Ulead Media Studio Pro, а также программа Adobe Premiere. Эти программы являются универсальными и позволяют оцифровывать видеосигнал, производить его обработку, а также кодировать полученное изображение в различные форматы.

Кроме универсальных программ существует большое количество специализированных, которые решают отдельные задачи.

Любой созданный фильм можно просмотреть не только на экране компьютерного монитора. При наличии платы оцифровки видео, имеющей видеовыход, или видеоадаптера с видеовыходом, можно подключить телевизор и просматривать на нем изображения. Также можно подключить обычный видеомагнитофон, и записать фильм на кассету.

При работе с цифровой видеокамерой можно не только получить с нее отснятый материал, но и записать отредактированный фильм обратно. В дальнейшем имеется возможность просматривать фильм на обычном телевизоре, подключив к нему цифровую видеокамеру. Достоинством данного способа работы является отсутствие дополнительных искажений, вносимых при преобразовании видеоматериала из цифровой формы в аналоговую. Видеофильм будет храниться в цифровом формате.

Существует ряд программ, позволяющих записать видеоинформацию на заготовку CD или DVD. Одной из таких программ является программа Ulead DVD Workshop. Лучше всего записывать видеоинформацию на DVD-диск. Однако можно использовать и устройство CD-RW для записи видео на компакт-диск. Хотя на таком диске поместится не слишком длинный фильм, себестоимость хранения видео будет чрезвычайно низкой, а качество записи достаточно высоким. При этом современные проигрыватели DVD могут воспроизводить как записываемые диски CD-R, так и перезаписываемые диски CD-RW.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector