Форматы представления видеоданных – Представление видеоинформации в компьютере — урок. Информатика, 10 класс.

Представление видеоинформации в компьютере — урок. Информатика, 10 класс.

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.

 

Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цвете отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием.

Это сложный процесс, состоящий из:

дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

квантования, когда величина каждого отсчёта заменяется округлённым значением ближайшего уровня;

кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.

 

По своей сути видеофайл — это набор статичных изображений, меняющих друг друга с определенной частотой. Каждое статичное изображение является отдельным кадром видео. Это действительно так, если мы говорим о несжатом видео. Однако в таком формате никто не хранит фильмы.

 

Дело в том, что несжатое видео занимает на диске очень много места. Кадр видео формата PAL состоит из \(720\) точек по горизонтали и \(576\) по вертикали. То есть один кадр состоит из \(414720\) точек.

Для хранения цвета каждой точки в памяти отводится \(24\) бита (по \(8\) бит для каждой из составляющих RGB).

Следовательно, для хранения одного кадра понадобится \(9953280\) бит (или примерно \(1,2\) Мбайт).

То есть секунда несжатого видео в формате PAL будет занимать почти \(30\) Мбайт. А один час такого видео — более \(100 \)Гбайт.

 

Каким же образом полнометражный фильм (а то и несколько) умещается на одном компакт-диске или флеш-накопителе?

Дело в том, что, в основном, видео хранят в видеофайлах, в которых применены различные алгоритмы сжатия информации. Благодаря этим технологиям видеофайл можно сжимать в десятки и сотни раз практически без потери качества картинки и звука.

AVI (Audio Video Interleave) — это контейнерный формат, что означает, что в нём могут содержаться аудио/видео, сжатые различными комбинациями кодирования.

AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например, DivX для видеоинформации и MP3 для аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. В файле с расширением AVI может храниться несжатое видео, видео в форматах DV, MPEG-4, DivX, Xvid и даже MPEG-1 и MPEG-2. Кроме того, файл формата AVI может, например, содержать в себе только звук. То есть файлы формата AVI являются контейнером для хранения данных различного типа.

Контейнер — это файл с каким либо расширением, служащий для хранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации. Контейнер является файлом некоего стандарта, в котором одновременно может содержаться несколько различных типов информации.

DivX — технология видеозаписи, позволяющая создавать и просматривать медиа файлы с высокой степенью сжатия. Это технология сжатия, которая делает фильм в 8-12 раз меньшим с небольшой потерей качества.

DivX широко используется для сжатия компьютерных видеофайлов и файлов DVD, чтобы они помещались на стандартный CD.

MPEG (Moving Picture Expert Group) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например, через Интернет.

Разработан Экспертной группой кинематографии, которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Существуют разные стандарты MPEG: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7. Например, MPEG-4 — стандарт, благодаря которому фильмы можно кодировать в хорошем качестве при низкой скорости передачи данных. Стандарт MPEG-4 в основном используется для вещания (потоковое видео), записи фильмов на компакт-диски, видеотелефонии (видеотелефон) и широковещания, в которых активно используется сжатие цифровых видео и звука.

www.yaklass.ru

Представление нечисловой информации в компьютере

Главная | Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 10 классы | Планирование уроков на учебный год | Представление видеоинформации в компьютере

Представление видеоинформации в компьютере

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.

Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цветности отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием. Это сложный процесс, состоящий из:

— дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

— квантования, когда величина каждого отсчета заменяется округленным значением ближайшего уровня;

— кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.

Видеоинформация может храниться в файлах форматов AVI и MPEG.

AVI (Audio Video Interleave) — формат несжатого видео. Это наиболее ресурсоемкий формат, с минимальной потерей данных.

MPEG (Moving Picture Expert Group) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например через Интернет. Разработан Экспертной группой кинематографии, которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных.

Средства и технологии обработки видеоинформации

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.

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.

Аналоговая видеокамера

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.

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.

Web-камера

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.

Цифровая камера

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.

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.

Adobe Premiere

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.


image

xn—-7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

Представление видеоинформации

В
последнее время компьютер все чаще
используется для работы с видеоинформацией.
Простейшей такой работой является
просмотр кинофильмов и видеоклипов.
Следует четко представлять, что обработка
видеоинформации требует очень высокого
быстродействия компьютерной системы.

Что
представляет собой фильм с точки зрения
информатики? Прежде всего, это сочетание
звуковой и графической информации.
Кроме того, для создания на экране
эффекта движения используется дискретная
по своей сути технология быстрой смены
статических картинок. Исследования
показали, что если за одну секунду
сменяется более 10-12 кадров, то человеческий
глаз воспринимает изменения на них как
непрерывные.

Казалось
бы, если проблемы кодирования статической
графики и звука решены, то сохранить
видеоизображение уже не составит труда.
Но это только на первый взгляд, поскольку,
как показывает разобранный выше пример,
при использовании традиционных методов
сохранения информации электронная
версия фильма получится слишком большой.
Достаточно очевидное усовершенствование
состоит в том, чтобы первый кадр запомнить
целиком (в литературе его принято
называть ключевым), а в следующих
сохранять лишь отличия от начального
кадра (разностные кадры).

Существует
множество различных форматов представления
видеоданных.

В
среде Windows, например, уже более 10 лет
(начиная с версии 3.1) применяется формат
Video for Windows, базирующийся на универсальных
файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave –
чередование аудио и видео).

Более
универсальным является мультимедийный
формат Quick Time, первоначально возникший
на компьютерах Apple.

9. Содержание работы: Вариант №__

Задание
№1.
Используя
таблицу символов, записать последовательность
десятичных числовых кодов в кодировке
Windows
для своих ФИО, названия улицы, по которой
проживаете. Таблица символов отображается
в редакторе MS
Word
с помощью команды: вкладка
Вставка→Символ→Другие
символы

В
поле Шрифт
выбираете Times
New
Roman,
в поле из
выбираете кириллица. Например, для буквы
«А» (русской заглавной) код знака– 192.

Пример:

И

В

А

Н

О

В

А

Р

Т

Е

М

200

194

192

205

206

194

192

208

210

197

204

П

Е

Т

Р

О

В

И

Ч

207

197

210

208

206

194

200

215

Выполнение
задания №1

Задание
№2.
Используя
стандартную программу БЛОКНОТ,
определить, какая фраза в кодировке
Windows
задана последовательностью числовых
кодов и продолжить код. Запустить
БЛОКНОТ.
С помощью дополнительной цифровой
клавиатуры при нажатой клавише ALT
ввести код, отпустить клавишу ALT.
В
документе появиться соответствующий
символ.

Выполнение
задания №2

0255

0243

0247

0243

0241

0252

0226

0225

0232

0234

0239

0238

0241

0239

0229

0246

0232

0235

0224

0252

0237

0238

0241

0242

0232

заполнить
верхнюю строку названием специальности

Задание
№3.
Заполнить
пропуски числами:

  1. Кбайт

    =

    байт

    =

    бит

  2. Мбайт

    =

    Кбайт

    =

    байт

Гбайт

=

Мбайт

=

Кбайт

=

байт

Решения:

Задание
№4.
Перевести
десятичное число в двоичную систему
счисления и сделать проверку:

Задание
№5.
Записать
в развернутой форме двоичное и восьмеричное
число и, произведя вычисления, выразить
в десятичной системе счисления:

Задание
№10. Ответить на контрольные вопросы:

  1. Что
    такое информация?

  1. Перечислите
    свойства информации.

  1. Какие
    виды информации Вы знаете?

  1. Приведите
    примеры аналогового представления
    графической информации.

  1. Что
    такое пиксель?

  1. Что
    такое система счисления?

  1. Напишите
    правило перевода десятичных чисел в
    двоичный код.

  1. Перечислите
    единицы измерения информации.

Задание
№7. Сделать вывод о проделанной
лабораторной работе:

studfile.net

Представление видеоинформации

В последнее время
компьютер все чаще используется для
работы с видеоинформацией. Простейшей
такой работой является просмотр
кинофильмов и видеоклипов. Следует
четко представлять, что обработка
видеоинформации требует очень высокого
быстродействия компьютерной системы.

Что представляет
собой фильм с точки зрения информатики?
Прежде всего, это сочетание звуковой и
графической информации. Кроме того, для
создания на экране эффекта движения
используется дискретная по своей сути
технология быстрой смены статических
картинок. Исследования показали, что
если за одну секунду сменяется более
10-12 кадров, то человеческий глаз
воспринимает изменения на них как
непрерывные.

Казалось бы, если
проблемы кодирования статической
графики и звука решены, то сохранить
видеоизображение уже не составит труда.
Но это только на первый взгляд, поскольку,
как показывает разобранный выше пример,
при использовании традиционных методов
сохранения информации электронная
версия фильма получится слишком большой.
Достаточно очевидное усовершенствование
состоит в том, чтобы первый кадр запомнить
целиком (в литературе его принято
называть ключевым), а в следующих
сохранять лишь отличия от начального
кадра (разностные кадры).

Существует множество
различных форматов представления
видеоданных.

В среде Windows,
например, уже более 10 лет (начиная с
версии 3.1) применяется формат Video for
Windows, базирующийся на универсальных
файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave –
чередование аудио и видео).

Более универсальным
является мультимедийный формат Quick
Time, первоначально возникший на компьютерах
Apple.

Содержание работы: Вариант №__

Задание
№1.
Используя
таблицу символов, записать последовательность
десятичных числовых кодов в кодировке
Windows
для своих ФИО, названия улицы, по которой
проживаете. Таблица символов отображается
в редакторе MS
Word
с помощью команды: вкладка
Вставка→Символ→Другие
символы

В
поле Шрифт
выбираете Times
New
Roman,
в поле из
выбираете кириллица. Например, для буквы
«А» (русской заглавной) код знака– 192.

Пример:

И

В

А

Н

О

В

А

Р

Т

Е

М

200

194

192

205

206

194

192

208

210

197

204

П

Е

Т

Р

О

В

И

Ч

207

197

210

208

206

194

200

215

Выполнение
задания №1

Задание
№2.
Используя
стандартную программу БЛОКНОТ,
определить, какая фраза в кодировке
Windows
задана последовательностью числовых
кодов и продолжить код. Запустить
БЛОКНОТ.
С помощью дополнительной цифровой
клавиатуры при нажатой клавише ALT
ввести код, отпустить клавишу ALT.
В документе
появиться соответствующий символ.

Выполнение
задания №2

0255

0243

0247

0243

0241

0252

0226

0225

0232

0234

0239

0238

0241

0239

0229

0246

0232

0235

0224

0252

0237

0238

0241

0242

0232

заполнить
верхнюю строку названием специальности

Задание
№3.
Заполнить
пропуски числами:

  1. Кбайт

    =

    байт

    =

    бит

  2. Кбайт

    =

    байт

    =

    бит

Кбайт

=

байт

=

бит

Решения:

Задание
№4.
Перевести
десятичное число в двоичную систему
счисления и сделать проверку:

Задание
№5.
Записать
в развернутой форме восьмеричное число
и, произведя вычисления, выразить в
десятичной системе счисления:

Задание
№6. Ответить на вопросы:

  1. Что
    такое информация?

  1. Перечислить
    свойства информации.

  1. Какие
    виды информации Вы знаете?

  1. Приведите
    примеры аналогового представления
    графической информации.

  1. Что
    такое пиксель?

  1. Что
    такое система счисления?

  1. Напишите
    правило перевода десятичных чисел в
    двоичный код.

  1. Перечислите
    единицы измерения информации.

Задание
№7. Сделать вывод о проделанной
лабораторной работе:

studfile.net

Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации

Используя теоретический материал ответить на вопросы:

  1. Чем должна быть представлена информация которую обрабатывает компьютер?

  2. Что такое кодирование?

  3. Что такое декодирование?

  4. От чего зависят способы кодирования и декодирования информации в компьютере?

  5. В каких формах может быть представлена информация?

  6. Что такое дискретизация?

  7. Какими двумя способами можно создавать и хранить графические объекты в компьютере?

  8. Что представляет собой растровое изображение?

  9. Что такое пиксель?

  10. От чего зависит качество растровых изображений?

  11. Что используется для представления цвета в виде числового кода?

  12. Что представляет собой векторное изображение?

  13. Какие форматы графических файлов бывают и в чем их особенность?

  14. Что такое звук?

  15. Какие форматы представления видеоданных бывают?

Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации.

Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1. Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: кодирование и декодирование.

Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

С точки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:

Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Аналоговый и дискретный способ кодирования

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных). Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий и так далее), а звуковые — зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного – изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного – аудио компакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Кодирование изображений

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом.

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 бита.

Для 8 цветов необходимо – 3 бита.

Для 16 цветов – 4 бита.

Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).

Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.

Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.

Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть 24 бита) — по 1 байту (то есть по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета), потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет 1280х1024 точек. Т.е. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек. При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти:

32 * 1310720 = 41943040 бит = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб.

Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению). При уменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом.

Кодирование векторных изображений

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.

Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем.

Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Графические форматы файлов

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия). Наиболее популярные растровые форматы:

Bit MaP image (BMP) – универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.

Tagged Image File Format (TIFF) – формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.

Graphics Interchange Format (GIF) – формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Portable Network Graphic (PNG) – формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Joint Photographic Expert Group (JPEG) – формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Двоичное кодирование звука

Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики.

Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.

Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Сложные непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний.

Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени.

В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация– непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Частота дискретизации – количество измерений уровня сигнала в единицу времени.

Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 216 = 65536.

Представление видеоинформации

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы.

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные.

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).

Существует множество различных форматов представления видеоданных.

В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео).

Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple.

Задание:

Используя таблицу символов, записать последовательность десятичных числовых кодов в кодировке Windows для своих ФИО, названия улицы, по которой проживаете. Таблица символов отображается в редакторе MS Word с помощью команды: вкладка Вставка>Символ>Другие символы.

В поле Шрифт выбираетеTimes New Roman, в поле из выбираете кириллица. Например, для буквы «А» (русской заглавной) код знака– 192.

 

infourok.ru

Дискретное (цифровое) представление видеоинформации

Тема: Дискретное (цифровое) представление видеоинформации

  1. Цель работы:изучить способы представления текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации, научиться записывать числа в различных системах счисления.

  2. Изучение нового материала

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы.

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные.

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).

Существует множество различных форматов представления видеоданных.

В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат VideoforWindows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (AudioVideoInterleave – чередование аудио и видео).

Более универсальным является мультимедийный формат QuickTime, первоначально возникший на компьютерах Apple.

3.Подведение итогов

4.Домашнее задание

Подготовка сообщения на тему «Использование информационных средств в профессиональной деятельности»

infourok.ru

Представление видеоданных

Видеоизображение — одно из самых эффективных и самых требовательных средств представления информации.

При обработке и просмотре видеоизображения с помощью компьютера оно представляется в виде последовательности кадров. При частоте показа кадров более 24 раз в секунду смена становится для человеческого восприятия незаметной, что позволяет добиться плавного движения. Качество видеоряда с технической точки зрения определяется цветовым разрешением кадров, их пространственным разрешением и частотой смены. Таким образом, видеоданные, сохраненные с высоким качеством, требуют много места для хранения и больших вычислительных ресурсов для обработки.

До 90-х годов основными методами представления видеоданных были аналоговые методы. Обработка и редактирование данных выполнялись с помощью подхода, который сейчас называется линейный видеомонтаж (Linear Video Editing). При этом подходе данные всегда поступают на вход системы обработки последовательно, и система не может произвольно выбирать материалы, то есть монтаж из нескольких фрагментов выполняется всегда линейно.

Первоначально цифровые технологии применялись для создания отдельных элементов видеоизображений (в частности, трехмерных моделей). Существенным условием обработки реальных видеозаписей было появление специализированных плат видеозахвата, выполнявших функции аналого-цифрового преобразования (для ввода), цифро-аналогового (для вывода) и имевших в своем составе средства аппаратного сжатия. Наличие таких плат позволило сжимать видеопоток до приемлемой величины с той скоростью, с которой он поступал на вход.

С появлением таких плат появились и получили широкое распространение средства нелинейного видеомонтажа, т.е. средства, позволяющие в любой момент обратиться к любому фрагменту обрабатываемых материалов и преобразовывать их для получения итогового видеоизображения.

Создание видеофайла в программе Movie Maker.
На рисунке отмечены основные средства выполнения видеомонтажа

При захвате видеосигнала его необходимо сохранить на некотором цифровом носителе. Формат хранения видеофайлов подразумевает обязательное использование средств сжатия видеоизображения. В настоящий момент существует большое количество различных средств сжатия видеоданных (см. “Методы сжатия”). Некоторые файловые форматы подразумевают использование определенных средств кодирования (Windows Media Video, Motion Picture Group), некоторые являются контейнерами для хранения содержимого с различными методами сжатия (Audio Video Interleave — чередование аудио и видео).

Средства проигрывания, как правило, используют для отображения такого видеосодержимого специализированные программы кодирования-декодирования (кодеки). При отсутствии средства декодирования просмотр созданного файла становится невозможным.

Существенной особенностью средств нелинейного видеомонтажа является возможность создавать и применять сложные эффекты: преобразование видеопотока или взаимодействие нескольких фрагментов. В состав этого программного обеспечения входят и средства работы со звуковой дорожкой, ее замены и синхронизации с видеоизображением.

Программные средства выполнения видеомонтажа включают в себя средства получения видеоизображения из внешних источников и из хранимых файлов, организации последовательности показа с помощью временноRй шкалы, возможность указывать как свойства фрагментов применяемые к ним видеоэффекты (появления, изменения кадров и т.п.), возможность указывать способ замены одного фрагмента другим, добавлять текстовые надписи и звуковую дорожку.

Активное применение и большие возможности систем нелинейного видеомонтажа привели к тому, что постепенно большая часть задач по обработке видеосигнала стала выполняться с помощью цифровых средств. Появились и завоевали большую популярность цифровые средства для съемки и записи видео. Основным форматом кодирования и записи в этом случае является формат Digital Video, предполагающий отдельное сжатие каждого кадра с помощью алгоритма на базе JPEG. Применение этого формата позволяет не использовать специализированные платы видеозахвата, а ограничиться обычными средствами подключения высокоскоростных устройств (в частности, универсальной шиной USB 2.0 или IEEE 1394, FireWire).

Все это позволило значительно упростить обработку видеосигнала, предоставить даже непрофессиональным пользователям широкие возможности создания и редактирования видео.

Примеры программных средств

Adobe Premiere, Windows Movie Maker




xn—-7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *