Понятие мультимедиа

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

1. Понятие мультимедиа. Аппаратно - программные компонентов мультимедиа

Мультимедиа - это:

технология, описывающая порядок разработки, функционирования и применения средств обработки информации разных типов;

информационный ресурс, созданный на основе технологий обработки и представления информации разных типов;

компьютерное программное обеспечение, функционирование которого связано с обработкой и представлением информации разных типов;

компьютерное аппаратное обеспечение, с помощью которого становится возможной работа с информацией разных типов;

особый обобщающий вид информации, которая объединяет в себе как традиционную статическую визуальную (текст, графику), так и динамическую информацию разных типов (речь, музыку, видео фрагменты, анимацию и т.п.)».

Комплекс аппаратных и программных средств мультимедиа позволяет пользователю работать в интерактивном режиме с разнородными данными (графикой, текстом, звуком, видео), организованными в виде единой информационной среды. Мультимедиа находит различное применение, включая образование, медицину, производство, науку, искусство и развлечения. В образовании, мультимедиа используется в учебных курсах, базирующихся на информационных технологиях (медиаобразование).



2. Аналоговые и цифровые сигналы. Свойства. Отличия

Аналоговый сигнал -- сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.

Свойства аналоговых сигналов в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых сигналов.

Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте «количество информации» будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.

Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого сигнала (в частности, полоса частот).

Цифровой сигнал -- сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.

Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к полной регенерации вплоть до некоторого порогового отношения сигнал/шум, в то время как аналоговый сигнал удаётся лишь усилить вместе с наложившимися на него шумами. Здесь же кроется и недостаток цифрового сигнала: если цифровой сигнал утопает в шумах, восстановить его невозможно, в то время как человек (не машина) может усвоить информацию из сильно зашумлённого сигнала на аналоговом радиоприёмнике, хотя и с трудом. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами. Выход из данной ситуации - почаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в разрыв линии связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции (БС), что достигается более частым расположением БС на местности).

3. Квантование и дискретизация аналоговых сигналов. Теорема котельникова - шеннона

Дискретизация - преобразование непрерывной функции в дискретную. Используется в гибридных вычислительных системах и цифровых устройствах при импульсно-кодовой модуляции сигналов в системах передачи данных. При передаче изображения используют для преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал. Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчётами Дt. Согласно теореме Котельникова.

Квантование (англ. quantization) - в информатике разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов. Существует также векторное квантование - разбиение пространства возможных значений векторной величины на конечное число областей. Квантование часто используется при обработке сигналов, в том числе при сжатии звука и изображений. Простейшим видом квантования является деление целочисленного значения на натуральное число, называемое коэффициентом квантования.

Теорема Котельникова-шеннона ( теорема отсчётов) гласит, что, если аналоговый сигнал x(t) имеет ограниченный спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной максимальной частоты спектра fc: f>2fc.

Разумеется, реальные сигналы (например, звук на цифровом носителе) не обладают такими свойствами, так как они конечны по времени и, обычно, имеют во временномй характеристике разрывы. Соответственно, их спектр бесконечен. В таком случае полное восстановление сигнала невозможно и из теоремы Котельникова вытекают 2 следствия:

Любой аналоговый сигнал может быть восстановлен с какой угодно точностью по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой f > 2fc, где fc -- максимальная частота, которой ограничен спектр реального сигнала.

Если максимальная частота в сигнале превышает половину частоты дискретизации, то способа восстановить сигнал из дискретного в аналоговый без искажений не существует.

4. Цифровое представление звука. Формат PCM (audio cd)

Цифровой звук -- представление аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности (в виде двоичного кода), которая соответствует уровням электрических звуковых колебаний в определенные промежутки времени. Для преобразования звука в цифровой вид, применяется импульсно-кодовая модуляция или, реже, сигма-дельта-модуляция. Кроме описания звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на электронных музыкальных инструментах, ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Представление аналогового сигнала в цифровом виде называется также импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ, PCM - Pulse Code Modulation), так как сигнал представляется в виде серии импульсов постоянной частоты (временнАя дискретизация), амплитуда которых передается цифровым кодом (амплитудная дискретизация). PCM-поток может быть как параллельным, когда все биты каждого отсчета передаются одновременно по нескольким линиям с частотой дискретизации, так и последовательным, когда биты передаются друг за другом с более высокой частотой по одной линии.

Сам цифровой звук и относящиеся к нему вещи принято обозначать общим термином Digital Audio; аналоговая и цифровая части звуковой системы обозначаются терминами Analog Domain и Digital Domain.

Принцип цифрового представления колебаний звукозаписи достаточно прост:

вначале нужно преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, это осуществляет устройство -- аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

произвести сохранение полученных цифровых данных на носитель: магнитную ленту (DAT), жёсткий диск, оптический диск или флэш-память

для того чтобы прослушать сделанную запись, необходимо воспроизведение сделанной записи с носителя и обратное преобразование из цифрового сигнала в аналоговый, с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Первый преобразует аналоговый сигнал в цифровое значение амплитуды, второй выполняет обратное преобразование. Принцип действия АЦП -- тоже достаточно прост: аналоговый сигнал, полученный от микрофонов, электро-музыкальных инструментов, акустических инструментов, духовых, ударных и проч., преобразовывается в цифровой. Это преобразование включает в себя следующие операции:

Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации.

Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени -- отсчетов. Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП -- устройства выборки-хранения.

Квантование по уровню представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин -- уровней квантования.

Кодирование или оцифровку, в результате которого значение каждого квантованного отсчета представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования.

Понятие формата используется в двух различных смыслах. При использовании специализированного носителя или способа записи и специальных устройств чтения/записи в понятие формата входят как физические характеристики носителя звука - размеры кассеты с магнитной лентой или диском, самой ленты или диска, способ записи, параметры сигнала, принципы кодирования и защиты от ошибок и т.п. При использовании универсального информационного носителя широкого применения - например, компьютерного гибкого или жесткого диска - под форматом понимают только способ кодирования цифрового сигнала, особенности расположения битов и слов и структуру служебной информации; вся "низкоуровневая" часть, относящаяся непосредственно к работе с носителем, в этом случае остается в ведении компьютера и его операционной системы.

CD (Compact Disk - компакт-диск) - односторонний пластмассовый диск с оптической лазерной записью и считыванием, диаметром 120 или 90 мм, вмещающий максимум 74 минуты стереозвучания с частотой дискретизации 44.1 кГц и 16-разрядным линейным квантованием. Система предложена фирмами Sony и Philips и носит название CD-DA (Compact Disk - Digital Audio). Для защиты от ошибок используется двойной код Рида-Соломона с перекрестным перемежением (Cross Interleaved Reed-Solomon Code, CIRC) и модуляция кодом Хэмминга 8-14 (Eight-to-Fourteen Modulation, EFM). Различаются штампованные (CD) однократно записываемые (CD-R) и многократно перезаписываемые (CD-RW) компакт-диски.

Название формата	Квантование, бит	Частота дискретизации, кГц	Число каналов	Величина потока данных с диска, кбит/с	Степень сжатия/упаковки
CD	16	44,1	2	1411,2	1:1 без потерь

5. Форматы кодирования аудиоинформации без потерь (loseless)

Сжатие без потерь (англ. Lossless data compression) -- метод сжатия информации представленной в цифровом виде, при использовании которого закодированная информация может быть восстановлена с точностью до бита. При этом оригинальные данные полностью восстанавливаются из сжатого состояния. Этот тип сжатия принципиально отличается от сжатия данных с потерями.

Для каждого из типов цифровой информации, как правило, существуют свои оптимальные алгоритмы сжатия без потерь. Сжатие данных без потерь используется во многих приложениях. Например, оно используется во всех файловых архиваторах. Оно также используется как компонент в сжатии с потерями.

Сжатие без потерь используется, когда важна идентичность сжатых данных оригиналу. Обычный пример -- исполняемые файлы и исходный код.

Некоторые графические файловые форматы, такие как PNG , используют только сжатие без потерь; тогда как другие (TIFF, MNG) или GIF могут использовать сжатие как с потерями, так и без. В общих чертах смысл сжатия без потерь таков. В исходных данных находят какую-либо закономерность и с учётом этой закономерности генерируют вторую последовательность, которая полностью описывает исходную. Например, для кодирования двоичных последовательностей, в которых много нулей и мало единиц, мы можем использовать такую замену:

00 > 0

01 > 10

10 > 110

11 > 111

Такая подстановка является префиксным кодом, то есть обладает такой особенностью: если мы запишем сжатую строку без пробелов, мы всё равно сможем расставить в ней пробелы -- а значит, восстановить исходную последовательность. На этом принципе работает алгоритм Хаффмана. Большинство алгоритмов сжатия без потерь работают в две стадии: на первой генерируется статистическая модель для входящих данных, вторая отображает входящие данные в битовом представлении, используя модель для получения «вероятностных» (то есть часто встречаемых) данных, которые используются чаще, чем «невероятностные».

Статистические модели алгоритмов для текста (или текстовых бинарных данных, таких как исполняемые файлы) включают:

Преобразование Барроуза -- Уилера (блочно-сортирующая пре-обработка, которая делает сжатие более эффективным)

LZ77 и LZ78 (используется DEFLATE)

LZW

Алгоритмы кодирования через генерирование битовых последовательностей:

Алгоритм Хаффмана (также используется DEFLATE)

Арифметическое кодирование

Сжатие аудио

Apple Lossless -- ALAC (Apple Lossless Audio Codec)

Audio Lossless Coding -- также известен как MPEG-4 ALS

Direct Stream Transfer -- DST

Dolby TrueHD

DTS-HD Master Audio

Free Lossless Audio Codec -- FLAC

Meridian Lossless Packing -- MLP

Monkey's Audio -- Monkey's Audio APE

OptimFROG

RealPlayer -- RealAudio Lossless

Shorten -- SHN

TAK -- (T)om's verlustfreier (A)udio (K)ompressor (нем.)

TTA -- True Audio Lossless

WavPack -- WavPack lossless

WMA Lossless -- Windows Media Lossless

6. Форматы кодирования аудиоинформации с потерями. Понятие битрейта

Сжатие данных с потерями -- метод сжатия (компрессии) данных, при использовании которого распакованные данные отличаются от исходных, но степень отличия не является существенной с точки зрения их дальнейшего использования. Этот тип компрессии часто применяется для сжатия аудио- и видеоданных, статических изображений, в Интернете, особенно в потоковой передаче данных, и цифровой телефонии. Альтернативой является сжатие без потерь.

Существуют две основных схемы сжатия с потерями:

В трансформирующих кодеках фреймы изображений или звука трансформируются в новое базисное пространство и производится квантование. Трансформация может осуществляться либо для всего фрейма целиком (как, например, в схемах на основе wavelet-преобразования), либо поблочно (характерный пример -- JPEG). Результат затем сжимается энтропийными методами.

В предсказывающих кодеках предыдущие и/или последующие данные используются для того, чтобы предсказать текущий сэмпл изображения или звука. Ошибка между предсказанными данными и реальными вместе с добавочной информацией, необходимой для производства предсказания, затем квантуется и кодируется.

В некоторых системах эти две техники комбинируются путём использования трансформирующих кодеков для сжатия ошибочных сигналов, сгенерированных на стадии предсказания.

Битрейт (англ. bit rate) -- буквально, скорость прохождения битов информации. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации по каналу, то есть скорости передачи «полезной информации» (помимо таковой, по каналу может передаваться служебная информация -- например, стартовые и стоповые биты при асинхронной передаче по RS-232 или контрольные символы при избыточном кодировании). Скорость передачи информации, учитывающую полную пропускную способность канала, измеряют в бодах.

Термин битрейт используется в двух основных значениях:

Характеристика канала или устройства -- максимальное количество бит, которое можно передать в единицу времени.

Величина потока данных, передаваемого в реальном времени (минимальный размер канала, который сможет пропустить этот поток без задержек). Частный случай -- битрейт сжатого звука или видео.

Битрейт выражается битами в секунду (бит/c, bps), а также производными величинами с приставками кило- (кбит/с, kbit/s, kbps), мега- (Мбит/с, Mbit/s, Mbps) и т. д.

В форматах потокового видео и аудио (например, MPEG и MP3), использующих сжатие c потерей качества, параметр «битрейт» выражает степень сжатия потока и, тем самым, определяет размер канала, для которого сжат поток данных. Чаще всего битрейт звука и видео измеряют в килобитах в секунду (англ. kilobit per second, kbps), реже -- в мегабитах в секунду (только для видео).

Существует три режима сжатия потоковых данных:

с постоянным битрейтом (англ. Constant bitrate, CBR)

с переменным битрейтом (англ. Variable bitrate, VBR)

с усреднённым битрейтом (англ. Average bitrate, ABR)

Постоянный битремйт -- вариант кодирования потоковых данных, при котором пользователь изначально задаёт необходимый битрейт, который не меняется на протяжении всего файла.

Его главное достоинство -- возможность довольно точно предсказать размер конечного файла.

Однако вариант с постоянным битрейтом не очень подходит для музыкальных произведений, звучание которых динамично изменяется во времени, так как не обеспечивает оптимального соотношения размер/качество.

С переменным битрейтом кодек выбирает значение битрейта исходя из параметров (уровня желаемого качества), причём в течение кодируемого фрагмента битрейт может изменяться. При сжатии звука нужный битрейт определяется на основе психоакустической модели. Данный метод даёт наилучшее качество выходного файла, однако точный его размер оказывается очень плохо предсказуем. В зависимости от характера звука (или изображения, в случае кодирования видео), размер полученного файла может отличаться в несколько раз.

Усреднённый битрейт является гибридом постоянного и переменного битрейтов: битрейт в кбит/c задаётся пользователем, а программа варьирует его в некоторых пределах. Однако, в отличие от VBR, кодер с осторожностью использует максимально и минимально возможные значения битрейта, дабы не рисковать выйти за заданную пользователем среднюю величину. Качество выходного файла получается в результате немного лучше, чем при использовании CBR, но хуже, чем при использовании VBR. С другой стороны, этот метод позволяет наиболее гибко задавать битрейт (для аудио это может быть любым числом между 8 и 320 кбит/с, против чисел, кратных 16 в методе CBR) и с гораздо большей (по сравнению с VBR) точностью предсказывать размер выходного файла.

7. Форматы кодирования многоканального звука

Многоканальный звук -- воспроизведение звука с использованием более двух каналов усиления и более двух громкоговорителей.

Форматы Dolby

Dolby Stereo - матричный формат записи звука. При записи в формате Dolby Stereo звук, предназначенный для каждого из четырех каналов, кодируется и записывается на два канала, а при воспроизведении декодируется вновь в четыре канала: левый, центральный, правый и задний

Dolby Headphone - стандарт, предназначенный для перекодирования сигнала формата 5.1 в двухканальный сигнал для наушников. Позволяет донести до слушателя объемные звуковые эффекты, обычно используется при просмотре видеофильмов в наушниках.

Dolby Surround (DSS) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой. При отсутствии декодера воспроизводится обычный двухканальный стереозвук.

Dolby Pro-Logic (DPL) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять четыре звуковых канала: левый, центральный, правый и тыловой. Система использует дополнительный громкоговоритель центрального канала, который «привязывает» диалоги к экрану, а эффект окружающего звучания воспроизводится через тыловые каналы.

Dolby Pro Logic II - новая усовершенствованная версия формата Dolby Pro Logic. Основное отличие DPL II от DPL заключено в том, что организуется стереофонический тыловой канал, с расширенным диапазонам частот, наличие которого позволяет создать в зрительном зале более реалистичную и стабильную звуковую сцену. Имеется независимый канал низкочастотных эффектов. В общем, декодер позволяет из звуковой дорожки 2.0 (стереофонический звук) создать объемный звук формата 5.1. DPL II имеет два режима: «Movi» (для саундтреков кинофильмов) и «Music» (для музыкальных записей, записанных, например, на CD). Пользователь получает возможность просмотра и прослушивания старых записей своей коллекции с обновленным звучанием, соответствующим новым стандартам.

Dolby Pro Logic IIx -- дальнейшее развитие стандарта Dolby Pro Logic II. Декодер Dolby Pro Logic IIx позволяет получить объемный звук стандарта 6.1 или 7.1, используя в качестве источника сигнал в формате 5.1 или простой стереосигнал.

Dolby Pro Logic IIz - новейший стандарт, использующий фронтальные каналы для создания трехмерных эффектов, таким образом добавляя к звуковому полю еще одно измерение в 7.1- и 9.1-конфигурациях. Dolby Pro Logic IIz обратно совместима с Dolby Pro Logic IIx.

Форматы Dolby Digital (AC-3)

Dolbi Digital (AC-3) - самый популярный на сегодняшний день формат многоканального звука, принятый в качестве звукового стандарта для видеодисков формата DVD. Этот полностью цифровой формат содержит 6 независимых каналов звука, из них 5 полнодиапазонных (30 - 20 000 Гц): три фронтальных (левый, центральный и правый) и два тыловых, плюс один низкочастотный (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучание фонограмм, записанное в формате Dolbi Digital, характеризуется очень высоким качеством звука - полностью отсутствует шум носителя

Dolby Digital Live - технология, позволяющая в режиме реального времени конвертировать звук от компьютера или игровой приставки в формат Dolby Digital 5.1, обеспечивая качественное звучание и простое (с помощью одного разъема) подключение к AV ресиверу для воспроизведения.

Dolby Digital Surround EX - стандарт многоканального звука формата 6.1. От Dolby Digital отличается добавлением дополнительного канала (центр-тыл). Сигнал для центрального тылового канала декодер получает из левого и правого тыловых каналов. Дополнительный канал позволяет добиться более детальной звуковой картины.

Dolby Digital Plus - стандарт, специально разработанный для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV. Обеспечивает высокое качество объемного звука. Dolby Digital Plus поддерживает обработку потока аудиоданных со скоростью до 6.144 Мбит/с. (для сравнения, для стандарта Dolby Digital эта цифра составляет 640 кбит/с.), поддерживает до 13 независимых звуковых каналов, разрядность 24 бит на канал и частоту дискретизации 96 кГц.

Dolby TrueHD - стандарт, предназначенный для декодирования цифровой звуковой дорожки, записанной на диске, в многоканальный аналоговый сигнал. Стандарт Dolby TrueHD был специально разработан для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV и обеспечивает высокое качество объемного звука. Он поддерживает до 14 аудиоканалов, разрядность данных 24 бит, частоту дискретизации 96 кГц, полосу пропускания до 18 Мбит/с., позволяет преобразовать звук без потери качества (lossless). Поток данных в стандарте Dolby TrueHD поддерживается интерфейсом HDMI.

Форматы DTS

DTS - аналоговый Dolby Digital формат многоканального звучания, обеспечивающий несколько более высокое по сравнению с первым качество звучания. Основное отличие стандарта DTS от Dolby Digital состоит в том, что скорость аудиоданных у DTS в три раза выше, благодаря чему появляется возможность записать звук с лучшим качеством. В результате становятся слышны все тончайшие оттенки звучания, звуковые эффекты приобретают большую выразительность.

DTS 96/24 -- стандарт шестиканального звука более высокого, чем DTS, качества. Поддерживает формат звука с частотой дискретизации 96 кГц и разрядностью 24 бит. Совместим с форматом DTS. Декодер DTS 96/24 необходим для того, чтобы преобразовать цифровую звуковую дорожку, записанную в формате DTS 96/24, в многоканальный аналоговый звук.

DTS ES Matrix 6.1 - улучшенная версия цифрового формата DTS для построения системы домашнего кинотеатра на базе шести акустических систем. Как и в предыдущем случае используется матричный способ кодирования данных для организации центрального тылового канала.

DTS ES Discrete - единственный на сегодняшний день полноценный 6.1-канальный формат. Информация для тылового центра содержится в отдельно записанном звуковом канале.

DTS Neo:6 - музыкальный многоканальный формат, являющийся функциональным аналогом Dolby Pro Logic II. Он способен разложить двухканальный сигнал в 6-канальную конфигурацию.

DTS-HD High Resolution Audio - стандарт, предназначенный для декодирования цифровой звуковой дорожки, записанной на диске, в многоканальный аналоговый сигнал. Стандарт DTS-HD был специально разработан для видеофильмов на носителях HD DVD/Blu-Ray и телевидения высокого разрешения HDTV и обеспечивает высокое качество объемного звука. Он поддерживает неограниченное количество аудиоканалов, разрядность 24 бит, частоту дискретизации 96 кГц и полосу пропускания 3 или 6 Мбит/c, преобразует звук без потери качества (lossless), имеет возможность выводить многоканальный звук (семь и более каналов) в форматах 5.1 и стерео.

DTS-HD Master Audio - стандарт, разработанный специально для использования с видеоформатами высокого разрешения (HD DVD, Blu-Ray). Главное его преимущество - возможность использования звукового формата с кодированием без потерь (lossless). Звук в формате DTS-HD Master Audio соответствует качеству звука с DVD-Audio.

DTS-HD Master Audio поддерживает разрядность 24 бит, частоту дискретизации 192 кГц, полосу пропускания до 24.5 Мбит/с., имеет возможность выводить многоканальный звук (семь и более каналов) в форматах 5.1 и стерео.

THX - формат, определивший новую концепцию пространственного звучания, наиболее естественную и максимально приспособленную к условиям домашнего видеопросмотра. Используя результаты декодирования процессора Dolby Pro-Logic, который образует всего четыре канала, ТНХ дополнительно разделяет монофонический канал эффектов на два псевдостереофонических - левый и правый и создает дополнительный сверхнизкочастотный канал (канал сабвуфера - громкоговорителя специально предназначенного для воспроизведения мощных низкочастотных звуков).

MPEG Multichannel или MPEG-2 Audio - стандарт, применяющийся для записи звука на DVD видеодиски. MPEG-2 Audio и AC-3 обеспечивают примерно одинаковое качество шестиканального звука. Хотя некоторые специалисты отмечают большую гибкость последнего, вследствие возможности переменной скорости записи звуковых данных. Также MPEG-2 Audio более совместим с простыми аудиосистемами, работающими в стереорежиме.

Meridian Lossless Packing (MLP, уплотнение без потерь компании Meridian) - это система кодирования без потерь, предназначенная для высококачественного аудио. Для DVD-Audio MLP осуществляет сжатие без потерь информации при числе каналов материала, достигающем 6, с разрядностью 24 бита и нормой отбора от 44.1 кГц до 192 кГц.

Circle Surround - система, являющаяся адаптацией систем Dolby специально для музыки, поскольку имеет тыловой канал c полным диапазоном частот. Современная версия системы, Circle Surround 5.2.5, может также работать в шестиканальном режиме с раздельными тыловыми каналами и каналом субвуфера. Звук, закодированный посредством системы Circle Surround (в четырехканальном режиме), полностью совместим с декодерами Dolby Pro-Logic. Кроме того, декодер Circle Surround может синтезировать объемный звук из обычного стерео.

SDDS (Sony Dynamic Digital Sound) - цифровой формат, предназначенный исключительно для кино и в виде аудио продукции пока не встречается. Звук SDDS может быть декодирован в четыре, шесть (5.1) или восемь (7.1) каналов, в последнем случае с дополнительными левым центральным и правым центральным каналами. В формате SDDS используется звук с частотой дискретизации 44,1 кГц и применяется сжатие данных с потерями (примерно 5:1).

8. Цифровые преобразователи звука и аудиоэффекты

Аналого-цифровой преобразователь (англ. Analog-to-digital converter, ADC) -- устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).

Типы преобразования

Линейные АЦП

Термин линейный применительно к АЦП означает, что диапазон входных значений, отображаемый на выходное цифровое значение, связан по линейному закону с этим выходным значением, то есть выходное значение k достигается при диапазоне входных значений от m(k + b) до m(k + 1 + b), где m и b -- некоторые константы. Константа b, как правило, имеет значение 0 или ?0.5. Если b = 0, АЦП называют квантователь с ненулевой ступенью (mid-rise), если же b = ?0,5, то АЦП называют квантователь с нулём в центре шага квантования (mid-tread).

Нелинейные АЦП

Если бы плотность вероятности амплитуды входного сигнала имела равномерное распределение, то отношение сигнал/шум (применительно к шуму квантования) было бы максимально возможным. По этой причине обычно перед квантованием по амплитуде сигнал пропускают через безынерционный преобразователь, передаточная функция которого повторяет функцию распределения самого сигнала. Это улучшает достоверность передачи сигнала, так как наиболее важные области амплитуды сигнала квантуются с лучшим разрешением. Соответственно, при цифро-аналоговом преобразовании потребуется обработать сигнал функцией, обратной функции распределения исходного сигнала.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) -- устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) производит обратную операцию. Звуковой ЦАП обычно получает на вход цифровой сигнал в импульсно-кодовой модуляции (англ. PCM, pulse-code modulation). Задача преобразования различных сжатых форматов в PCM выполняется соответствующими кодеками.

9. Интерфейс MIDI. Преимущества и недостатки технологии MIDI

MIDI (Musical Instrument Digital Interface -- цифровой интерфейс музыкальных инструментов) -- стандарт цифровой звукозаписи на формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами. Интерфейс позволяет единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др., с точной привязкой во времени. В системе кодировок присутствует множество свободных команд, которые производители, программисты и пользователи могут использовать по своему усмотрению. Поэтому интерфейс MIDI позволяет, помимо исполнения музыки синхронизировать управление другим оборудованием, например, осветительным, пиротехническим и т.п.

В отличие от других форматов это не оцифрованный звук, а наборы команд (проигрываемые ноты, ссылки на проигрываемые инструменты, значения изменяемых параметров звука), которые могут воспроизводиться по-разному в зависимости от устройства воспроизведения. Удобство формата MIDI как формата представления данных позволяет реализовывать устройства, производящие автоматическую аранжировку по заданным аккордам, а также приложения 3D-визуализации звука. Кроме того, такие файлы, как правило, имеют на несколько порядков меньший размер, чем оцифрованный звук сравнимого качества.

Стандартный MIDI-файл (SMF -- Standard MIDI File) -- это специально разработанный формат файлов, предназначенный для хранения данных, записываемых и/или исполняемых секвенсором, секвенсор может быть как программой для компьютера, так и аппаратно выполненным модулем.

Главным преимуществом MIDI является малый объем требуемой памяти -- 1 минута MIDI-звука занимает в среднем 10 Кбайт. Главным преимуществом файлов MIDI является их очень небольшой размер, поскольку это не детальная запись звука, а фактически некоторый расширенный электронный эквивалент традиционной нотной записи. Но это же свойство одновременно является и недостатком: поскольку звук не детализирован, то разное оборудование будет воспроизводить его по-разному, что в принципе может даже заметно исказить авторский музыкальный замысел, кроме того низкая скорость передачи информации, узкий диапазон изменения параметров и ограниченная сфера применения.



10. Понятие MIDI секвенсора. Основные функции

MIDI (англ. Musical Instrument Digital Interface -- цифровой интерфейс музыкальных инструментов) -- стандарт цифровой звукозаписи на формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами.

Интерфейс позволяет единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др., с точной привязкой во времени. В системе кодировок присутствует множество свободных команд, которые производители, программисты и пользователи могут использовать по своему усмотрению. Поэтому интерфейс MIDI позволяет, помимо исполнения музыки синхронизировать управление другим оборудованием, например, осветительным, пиротехническим и т.п.

Последовательность MIDI-команд может быть записана на любой цифровой носитель в виде файла, передана по любым каналам связи. Воспроизводящее устройство или программа называется синтезатором (секвенсором) MIDI и фактически является автоматическим музыкальным инструментом.

управления громкостью, панорамой и другими параметрами MIDI-канала

управления темпом

возможность загружать несколько проектов (аранжировок) одновременно

возможность импорта/экспорта MIDI-файлов и файлов других форматов

способность создавать музыкальные партии на основе заданной аккордовой схемы



11. Основные отличия цифрового и эфирного телевидения

Различают следующие стандарты аналогового телевидения - NTSC, SECAM, а также PAL.

Цифровое телевидение использует стандарты DVB (европейский), ATSC (американский) и ISDB (японский). Цифровой сигнал в этом случае также передается несколькими способами - наземным, спутниковым, кабельным, а также посредством вещания для портативных устройств.

Отличия цифрового телевидения от аналогового состоят в следующем:

Сигнал доходит до абонента в том виде, в каком он сформирован вещателем (сигнал не искажается, следуя от вещателя до абонента).

Количество каналов может быть значительно больше, чем в аналоговом телевидении.

Абонент свободен в выборе пакетов каналов и может подписаться только на тот пакет (или пакеты) которые ему интересны.

Абоненту доступны дополнительные услуги, которые немыслимы в аналоговом телевидении:

телегид, отображающий расписание передач каналов на несколько дней вперед;

показ названия текущей телепередачи, а также название и время начала следующей;

функция напоминаний, позволяющая установить напоминание на выбранную телепередачу;

возможность блокирования выбранных каналов от детей;

формирование списков любимых каналов;

просмотр части телеканалов с возможностью выбора языка звукового сопровождения;

высококачественный стереозвук, сопровождающий большинство каналов;

большой выбор радиостанций самых разнообразных музыкальных направлений и т.д.

Аналоговые системы приема эфирного телевидения, в отличии от цифровых, подвержены атмосферным и промышленным помехам, что в сложных условиях телевизионного приема понижает качество изображения и звука. Это связано с различным принципом работы этих двух систем. Если аналоговое телевидение основано на частотном разделении поступающего сигнала, то принцип работы цифрового телевидения имеет совершенно другую структуру. Благодаря этому, цифровое телевидение способно улавливать сигналы на большом расстоянии без потери качества изображения.

12. Стандарт DOCSIS 3.0. Спецификация. Достоинства и недостатки

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) - стандарт передачи данных по телевизионному кабелю.

Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

Основная цель разработки этой версии - увеличение пропускной способности каналов DOCSIS.

Вторая особенность DOCSIS 3.0 по сравнению с предшественниками заключается в поддержке IPv6. Она существенно расширяет диапазон доступных адресов, что может вскоре оказаться полезным целей администрирования, а в перспективе и для назначения абонентам.

Третье нововведение - поддержка многоадресной (multicast) передачи. Вся информация о характеристиках мультикастового трафика находится на CMTS, что позволяет поддерживать расширенные механизмы управления мультикастовой группой.

Важным моментом является повышение безопасности передачи. В DOCSIS 3.0 появилась возможность шифрования трафика модема по AES (Advanced Encryption Standard) алгоритму с применением 128 битных ключей. Расширены сами функции управления безопасностью, введена проверка IP адреса отправителя, появилась возможность безопасной загрузки ПО и ряд других усовершенствований.

Следует также сказать, что расширение функций, и, главное, появление концепции модульной CMTS, о которой речь в следующем параграфе, существенно усложнило систему эксплуатационной поддержки OSS (Operations Support System). Количество MIB-ов , используемых этой системой, работающей на базе протокола SNMP, увеличилось с 1385 (DOCSIS 2.0) до 2130. Причем, в части мониторинга сети обратной совместимости систем не наблюдается.

13. Аппаратно программное обеспечение доступа в интернет с использованием технологий спутниковой связи

цифровой звук аудиоинформация программный

Существует два взаимодополняющих подхода к реализации ПО для спутникового интернета.

В первом случае DVB-карта используется как стандартное сетевое устройство (но работающие только на приём), а для передачи используется VPN-туннель (многие провайдеры используют PPTP («Windows VPN»), либо OpenVPN на выбор клиента, в некоторых случаях используется IPIP-туннель), есть и другие варианты. При этом в системе отключается контроль заголовков пакетов. Запросный пакет уходит на туннельный интерфейс, а ответ приходит со спутника (если не отключить контроль заголовков, система посчитает пакет ошибочным (в случае Windows -- не так)). Данный подход позволяет использовать любые приложения, но имеет большую задержку. Большинство доступных в СНГ спутниковых провайдеров (SpaceGate (Ителсат), Raduga-Internet, SpectrumSat) поддерживают данный метод.

Второй вариант (иногда используется совместно с первым): использование специального клиентского ПО, которое за счёт знания структуры протокола позволяет ускорять получение данных (например, запрашивается веб-страница, сервер у провайдера просматривает её и сразу, не дожидаясь запроса, посылает и картинки с этой страницы, считая, что клиент их все равно запросит; клиентская часть кеширует такие ответы и возвращает их сразу). Такое программное обеспечение со стороны клиента обычно работает как HTTP и Socks-прокси. Примеры: Globax (SpaceGate + другие по запросу), Sprint (Raduga), Slonax (SatGate,ioSat).

В обоих случаях возможно «расшаривание» трафика по сети (в первом случае иногда даже можно иметь несколько разных подписок спутникового провайдера и разделять тарелку за счёт особой настройки машины с тарелкой (требуется Linux или FreeBSD, под Windows требуется программное обеспечение сторонних производителей)).

Некоторые провайдеры (SkyDSL) в обязательном порядке используют своё программное обеспечение (выполняющее роль и туннеля, и прокси), часто также выполняющие клиентский шейпинг и не дающее расшаривать спутниковый интернет между пользователями (также не дающие возможности использовать в качестве ОС что либо отличное от Windows).



14. Семейство стандартов DOCSIS. Сравнительный анализ технологий DOCSIS и Ethernet

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) -- стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю.

Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

Принятые ITU документы содержат также три приложения, учитывающие специфические особенности американского, европейского и японского рынков услуг CATV и используемые в этих регионах стандарты (NTSC, PAL, SECAM).

Существует несколько версий спецификации DOCSIS:

DOCSIS 1.0

DOCSIS 1.1

DOCSIS 2.0

DOCSIS 3.0

EuroDOCSIS

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

15. Технология DVB (Digital Video Broadcasting)

DVB (англ. Digital Video Broadcasting) -- семейство стандартов цифрового телевидения разработанных консорциумом DVB и стандартизированныхЕвропейским институтом телекоммуникационных стандартов. Доступ к текстам большинства стандартов является открытым.

Стандарты охватывают все уровни модели взаимодействия открытых систем OSI с разной степенью детализации для различных способов передачи цифрового сигнала: наземного (фиксированного и мобильного), спутникового, кабельного (как классического, так и IPTV). На более высоких уровнях OSI стандартизируются системы условного доступа, способы организации информации для передачи в среде IP, различные метаданные и др.

Некоторые стандарты DVB в высокой степени связаны со стандартами MPEG1, MPEG2 и ITU H.264, которые определяют тип используемого транспорта и способ компрессии изображений в цифровом телевидении. В то же время стандарты DVB предлагают расширения этих стандартов, особенно MPEG2



16. Основные стандарты эфирного телевидения (PAL, Secam, NTSC). Технические характеристики

NTSC: используется в США, Японии. Спецификация на стандарт определена в 1952г комитетом стандартов в области телевидения (строк 525 (видимых 486), 29,970 fps, чересстрочная развертка)

PAL: (1967г)основной телевизионный стандарт в Европе. Используется также в Великобритании, Австралии, Юж.Африке, частично в РФ. (625 строк, 25 fps, interlace)

SECAM: (1956г)телеформат используемый в РФ, Франции, странах Вост. Европы, совместим с PAL 9. Первый европейский стандарт цветного тв. 625 строк, 25 fps

17. Телевидение высокой четкости (HDTV)

набор стандартов телевизионного вещания повышенного качества посредством каналов связи (кабельные, спутниковые сети, цифровые носители). Передача видеосигнала ТВЧ на дальние расстояния (от вещательной станции до приёмника конечного пользователя) осуществляется, как правило, в сжатом цифровом виде. Сжатие видео на порядки снижает требования к ширине канала передачи (с 1,485 Гбит/с до 8--25 Мбит/с), при этом качество изображения остаётся приемлемым. Передача сигнала ТВЧ на короткие расстояния (от приёмника пользователя к дисплею) осуществляется в несжатом виде через цифровые интерфейсы (кабели) HDMI и DVI-D. Использование цифровых интерфейсов позволяет полностью избавиться от цифро-аналоговых преобразований на всём пути прохождения сигнала.

Стандартные форматы высокой чёткости:

720p: 1280?720 точек, «построчная развёртка», отношение сторон 16:9, частота -- 50 или 60 кадров в секунду

1080i: 1920?1080 точек, «чересстрочная развёртка», отношение сторон 16:9, частота -- 25 или 30 кадров (50 или 60 полукадров) в секунду;

1080p: 1920?1080 точек, «построчная развёртка», отношение сторон 16:9, частота -- 24, 25 или 30 кадров в секунду.

18. Семейство стандартов кодирования цифрового видео mpeg

Сокращают информацию след образом: 1) устраняется временная избыточность видео (учитывается только разностная информация) 2) устраняется пространственная избыточность изображений путем подавления мелких деталей сцены 3) устраняется часть информации о цветности

Mpeg1 (videocd)

Самый ранний стандарт цифрового видео. Изначально был разработан с цель достичьприемлемого качества видео на потоках 1,5 Мбит/с (352х240р) позволяет использовать и более высокие разрешения.поддержка только прогрессивной развертки.

Mpeg 2

Название группы стандартов цифрового кодирования видео и аудио сигналов, одобренных международной организацией по стандартизации. В основном используется для кодирования видео и аудио при вещании, включая спутниковое и кабельное тв. С модами используется для dvd

Mpeg 4

Использует технологию фрактального сжатия изображения. Фрактальное (контурооснованное) сжатие подразумевает выделение из изображения контуров и текстур объектов. Контуры представлены в виде сплайнов (полиномиальных функций) и кодируются опорными точками. Текстуры м.б. представлены в качестве коэффициентов пространственно-частотного преобразования.



19. Основные форматы видео. Характеристики, преимущества и недостатки

Видео формат

- определяет структуру видео файла, то как хранится файл на носителе информации (CD, DVD, жестком диске или канале связи). Обычно разные форматы имеют различные расширения файла (*.avi, *. mpg, *.mov и др.).

Ну прежде всего следует сказать, что главное требование к форматам для Интернета - компактность. Понятно, что формат DVD не пойдет. А вот практически любой видеоролик снятый на мобильный или на цифровой фотоаппарат соответствует требованиям Интернета. На такие форматы и ориентировались создатели видеохостингов.

есть 3 основных формата: avi, mpg и mov.

MPG (Moving Pictures Experts Group) - Видеофайл, в котором содержится видео, закодированные:

Mpeg1 - стандарт разработан в 1992 году с учетом возможностей 2-х скоростных CD-ROM и 486 компьютеров.

Mpeg2 - стандарт принят в 1994 году. Первично разрабатывался для цифровой передачи видео вещательного качества. Используется в DVD, цифровом TV и HDTV.

Mpeg3 - для телевидения высокой чёткости (HDTV), но позже стал частью стандарта Mpeg2 и отдельно теперь не упоминается.

Mpeg4 (распространено краткое написание MP4) - стандарт рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т.п.

AVI (Audio-Video Interleaved) разработан Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов, представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. Он может содержать в себе потоки 4 типов - Video, Audio, MIDI, Text. Причем видеопоток может быть только один, тогда как аудио - несколько. В частности, AVI может содержать и только один поток - либо видео, либо аудио. Сам формат AVI не накладывает совершенно никаких ограничений на тип используемого кодека, ни для видео, ни для аудио - они могут быть любыми. Таким образом, в AVI файлах могут совершенно спокойно сочетаться любые видео- и аудиокодеки.

MOV - Формат Apple Quicktime, может содержать любой кодек, CBR или VBR. Обычно у них расширение .QT или .MOV. Заметьте, что поскольку MPEG4 Group выбрала QuickTime в качестве рекомендованного формата для MPEG4, их MOV файлы идут с расширением .MPG или .MP4 (Интересно, что видео и аудио потоки в этих файлах - настоящие MPG и AAC файлы. Вы даже можете извлечь их, используя опции -dumpvideo и -dumpaudio.).

20. Программные средства и инструментарий 3D - моделирования

Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) -- полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32?битных, так и в 64?битных). Весной 2011 года выпущена четырнадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2012».

Моделирование

3ds Max располагает обширными средствами по созданию разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей реальных или фантастических объектов окружающего мира с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие:

полигональное моделирование в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) -- это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.

Как правило моделирование сложных объектов с последующим конвертированием в Editable poly начиналось с построения параметрического объекта «Box» и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»;

моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS);

моделирование на основе порций поверхностей Безье (Editable patch) -- подходит для моделирования тел вращения;

моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.

Методы моделирования могут сочетаться друг с другом.

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.

Стандартный объект «Чайник» входит в этот набор в силу исторических причин: он используется для тестов материалов и освещения в сцене, и, кроме того, давно стал своеобразным символом трёхмерной графики.

Autodesk Maya -- редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована под ОС Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32, так и для 64-битных систем.

Maya названа в честь Санскритского слова ???? maya, майа, которое означает иллюзия. Maya существовала в трёх версиях:

Maya Unlimited -- самый полный и самый дорогой пакет. Содержит расширения Hair, Fur, Maya Muscule, Fluid Effects, Cloth и некоторые другие.

Maya Complete -- базовая версия пакета, в которой присутствует полноценные блок моделирования и анимации, но отсутствуют модули физической симуляции.