11. Основные характеристики цифрового звука и изображения.

Цифровое представление звука ценно прежде всего возможностью бесконечного хранения и тиражирования без потери качества, однако преобразование из аналоговой формы в цифровую и обратно все же неизбежно приводит к частичной его потере. Наиболее неприятные на слух искажения, вносимые на этапе оцифровки — гранулярный шум.

Для передачи цифрового звука используются два наиболее распространённых интерфейса: S/PDIF (Sony/Philiрs Digital Interface Format — формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philiрs) — цифровой интерфейс для бытовой радиоаппаратуры; AES/EBU (Audio Engineers Society / European Broadcast Union — общество звукоинженеров / европейское вещательное объединение) — цифровой интерфейс для студийной радиоаппаратуры.

В 1982 г. появились компакт-диски CD Digital Audio (CD-DA). Ёмкость дисков, первоначально составлявшая 650 Мбайт, была выбран с точки зрения возможности записи 74 минут музыки. Одиннадцатью годами позже появилась его разновидность, DTS (1993) – Digital Theatre Systems. Именно эта особенность – многоканальность – отличает формат DTS от традиционного стерео CD. Фактически, как и CD, DTS – это формат хранения цифрового звука.

В 1984-м году, продолжая линейку оптических дисков, запись на которые велась при помощи лазера, вышли и компьютерные CD-ROM. Эта аббревиатура расшифровывается как Compact Disk Read Only Memory, т.е. в названии отражена важная особенность компакт диска как носителя информации - это «память» только для чтения, произвести перезапись на компакт-диск было невозможно. Появление перезаписываемых дисков, CD-RW.

12. Контейнеры и компрессоры для обработки и сжатия видео.

Медиаконтейнер - формат файла или потоковый формат, чьи спецификации определяют только способ сохранения данных (а не алгоритм кодирования) в пределах одного файла. Медиаконтейнер определяет, сколько метаданных фактически может быть сохранено, вместе с тем он не определяет никакую кодификацию самих данных. Хранит данные и информацию о том, как данные будут сохраняться непосредственно внутри файла.

Контейнер файла используется для идентификации и чередования различных типов данных. Более простые контейнерные форматы могут содержать различные типы звуковых данных, закодированных определённым кодеком. Более сложные медиаконтейнеры могут поддерживать множественные аудио- и видеопотоки, текстовые субтитры, информацию о разделах (англ. chapter), метаданные (теги), наряду с информацией для синхронизации воспроизведения различных потоков одновременно.

Некоторые медиаконтейнеры предназначены для сохранения только аудиоданных:

- AIFF (формат файла IFF, широко используемый на платформе Mac OS)

- WAV (формат файла RIFF, широко используемый на платформе Microsoft Windows)

- XMF (англ. Extensible Music Format — расширяемый формат музыки)

Некоторые медиаконтейнеры предназначены для сохранения только статических изображений:

- FITS (англ. Flexible Image Transport System — гибкая транспортная система изображения) — медиаконтейнер для статичных изображений, необработанных данных (англ. raw data) и связанных метаданных.

- TIFF (англ. Tagged Image File Format — теговый файловый формат изображений) — медиаконтейнер для статичных изображений и связанных метаданных.

Контейнер Audio Video Interleave (AVI) Формат файлов с расширением .avi известен как медиаконтейнер, разработанный компанией Microsoft в 1992 году. AVI-файлы могут содержать различные виды сжатых данных, к примеру DivX для видеоинформации и MP3 для аудио. В avi-файле есть по крайней мере два подблока: заголовок и данные. Заголовок содержит общую информацию о фильме: разрешение изображения, частота кадров, формат аудио и т.д. Подблок данных организован в виде последовательностей записей, каждая из которых состоит из одного кадра и соответствующего звукового сопровождения. Для видео деление на кадры совершенно естественно, но звук представляет собой непрерывный поток, искусственно наложенный на фрагменты, соответствующие кадрам. Если для записи как видео, так и звука используется устройство видеоввода — проблем обычно не возникает. Если звук пишется через звуковую карту — точная синхронизация изображения и звука отсутствует и звук может "уходить от изображения".

Контейнер Matroska (MKV) - это открытый формат контейнера, стремящийся предложить множество передовых возможностей, с которыми такие старые форматы как AVI не могут справиться. Например, Matroska поддерживает хранение аудио содержимого с переменным битрейтом (Variable Bitrate - VBR), переменную частоту смены кадров (Variable Framerate - VFR), субтитры, главы, прикрепление файлов, обнаружение ошибок (EDC) и современные аудио-видео кодеки, такие как "Advanced Audio Coding" (AAC), "Ogg Vorbis" или "Realvideo 9/10" (RV9/10), которые AVI не поддерживает.

Контейнер MP4 Формат контейнера, разработанный группой MPEG. Предусматривает не только хранение аудио и видео, а ещё и анимированного/интерактивного содержимого. Звуковая дорожка в MP4 может быть моно, стерео и многоканальной, аналогично используемым в DVD.

Съёмка на видеокамеру с флешкой (MTS-формат) Большинство современных видеокамер (таких как Sony, Panasonic, Canon и других) используют в качестве носителя информации внешние карты памяти — флешки. Как правило, видеокамеры с флешками записывают видео в формате MTS, который является контейнером для MPEG-2 или MPEG-4.

Кодек (сокращение от КОдер/ДЕКодер) - специальные алгоритмы упаковки видео изображения. Основной стандарт в использовании кодеков задала группа специалистов, сформированная международной организацией ISO для выработки стандартов сжатия и передачи цифровой видео и аудио информации, в оригинале - Moving Picture Experts Group; произносится «эмпег».

Сжатие видео основано на двух важных принципах. Первый это пространственная избыточность, присущая каждому кадру видеоряда. А второй принцип основан на том факте, что большую часть времени каждый кадр похож на своего предшественника. Это называется временная избыточность.

Кодеки делятся на два типа:

• Lossless, зажимающие видео без потери информации. Недостаток таких кодеков - низкая степень сжатия. Примером таких кодеков может послужить Motion JPEG230.

• Lossy кодеки зажимают видео с потерей информации. То есть, считают некоторую часть информации не нужной и отбрасывают её, а всю остальную информацию сжимают. За счет этого достигается высокая степень сжатия. К таким кодекам относятся, например, DivX, Xvid, VP6, Mpeg, H.264.

Кодеки AVC (H.264). Кодек MPEG-4, как и H.264, в отличие от MPEG сжимает не отдельные кадры, а последовательность изображений. Главное их отличие: они не отправляют лишней информации, как MPEG - часто целое изображение, - а отправляют только обновления, то есть то, что изменилось в «основном» кадре. Такой алгоритм сжатия получил название внешнедровой компрессии.

Обычно файл содержит более одного потока данных, и, таким образом, становится контейнером, в котором эти данные хранятся. Контейнер AVI (Audio Video Interleave — чередование аудио и видео), как правило, содержит один видеопоток и один или более аудиопотоков. Контейнеры следующего поколения (OGM, Matroska, MP4) могут содержать много потоков данных, включая информацию о главах, субтитры и т.п.