Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Кодирование звуковой и видеоинформации




В настоящее время компьютер часто используется не только для выполнения сложных расчетов, но и для развлечений, например, игр, прослушивания музыкальных произведений, просмотра видеофильмов, что подразумевает применение компьютера для работы с мультимедиа. При этом под мультимедиа понимают комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих работу со звуком, графикой, анимацией, видео и другими видами информации. Далее рассмотрим основные принципы кодирования звуковой и видео информации.

Звуковая информация в компьютере представляется двумя способами:

как набор выборок звукового сигнала (оцифрованный звук);

как набор команд для синтеза звука с помощью музыкальных инструментов.

Первый способ основан на том, что любой непрерывный сигнал, в том числе и звуковой, может быть достаточно точно представлен с помощью последовательности выборок этого сигнала, взятых через определенные интервалы времени. Каждая выборка может быть преобразована в цифровую форму. Таким образом, звуковой сигнал может быть описан с помощью последовательности целых чисел. Для цифрового преобразования звукового сигнала выполняют последовательно две операции: дискретизацию и квантование (рис. 5.10). Дискретизация – это запоминание значения сигнала через определенные интервалы времени, а квантование – это выполнение аналого-цифрового преобразования с каждым полученным при дискретизации значением. Фактически при квантовании выполняется следующее действие:

,

где U – величина преобразуемого значения, DU – наименьшее возможное значение, отличное от нуля (величина кванта). При выполнении преобразования дробная часть значения N отбрасывается.

 

Значения, полученные в результате выполнения указанных операций, вместе со служебной информацией (количество разрядов одной выборки, частота дискретизации, число каналов воспроизведения и т.д.) записываются в файл для последующего использования.

Пример 5.24. Выполнить квантование и дискретизацию сигнала, изображенного на рис. 5.11. Интервал дискретизации равен Dt, величина кванта – 0,1 В. Последовательность преобразованных значений записать в файл в двоичной форме.

В результате квантования и дискретизации получается следующая последовательность значений: 1, 3, 4, 5, 6, 7, 5, … . Если преобразовать данные значения в 8-разрядные двоичные числа, то в файл будет записано:

00000001000000110000010000000101000001100000011100000101… .

Для определения объема данных, содержащихся в звуковом файле, можно воспользоваться следующей формулой:

 

,

 

где f – частота дискретизации (Гц, 1/с); Dt – интервал дискретизации (с); n – разрядность квантованных значений в двоичной форме (бит); k – режим воспроизведения (1 – стерео, 2 – моно); t – время воспроизведения (мин).

Пример 5.25. Определить объем данных в звуковом файле, воспроизводимом 10 мин с частотой 22050 выборок в секунду и 8-битовыми значениями выборки по одному (моно) и двум каналам (стерео).

Объем звуковых данных при монозвучании:

 

= 13230000 байт ≈ 12.6 Мб.

Объем звуковых данных при стереозвучании:

 

= 26460000 байт ≈ 25.2 Мб.

 

Второй способ представления звуковой информации в компьютере связан с использованием синтезаторов музыкальных инструментов. Файл в этом случае содержит последовательность событий вместе с синхронизирующей информацией, которые обеспечивают требуемое звучание необходимых инструментов при воспроизведении музыкального произведения.

Видеофайл представляет собой последовательность кадров изображения (видеопоток) и звуковых данных (аудиопоток), которые должны воспроизводиться через определенные промежутки времени. Для определения примерного объема данных, содержащихся в видеофайле можно воспользоваться следующей формулой:

 

,

 

где t – время воспроизведения файла (с); RV – скорость воспроизведения данных видеопотока (Гц, 1/с); SV – размер дискретизованной величины для видеопотока (байт); RA – скорость воспроизведения данных аудиопотока (Гц, 1/с); SA – размер дискретизованной величины для аудиопотока (байт).

Пример 5.26. Определим объем видеофайла, содержащего информацию, воспроизводимую 10 мин при значениях RV = 30 Гц, SV = 20000 байт, RA = 22050 Гц, SA = 8 байт.

Используя выражение, найдем объем видео файла равен

Q = 465840000 байтов ≈ 444.3 Мб.

Кадр изображения в видеофайле представляет собой некоторое графическое изображение, воспроизводимое в определенный момент времени. Такое графическое изображение является динамическим. Кроме этого, используются также статические изображения, например, фотографии, чертежи зданий, схемы электрических соединений, блок-схемы алгоритмов и т.д.

Основным устройством, используемым для представления графической информации, является видеосистема компьютера, которая в простейшем случае состоит из видеоадаптера и монитора.

Монитор – это устройство, предназначенное для вывода графической информации (изображений). Изображение выводится на экран монитора, который представляет собой растр – сетку из точек с определенным шагом. Светящимися элементами экрана являются точки сетки – пиксели. Каждый пиксель характеризуется атрибутом, отражающим информацию о цвете и яркости.

Количество строк растра монитора A, количество точек в строке B, количество цветов C, которые могут быть воспроизведены точкой растра, характеризуют разрешающую способность монитора, которая описывается в виде A´B´C, например, 1280´1024´65536.

Для кодирования атрибута пикселя используются три числа – величины яркостей красного R, зеленого G и синего B цветов, смешение которых дает требуемый цвет (рис. 5.11).

 

 

 

Все функции управления видеомонитором и взаимодействия с центральным процессором компьютера выполняет видеоадаптер. При этом выводимое на экран монитора изображение хранится в памяти видеоадаптера (видеопамяти), а его аппаратура обеспечивает регулярное чтение этой информации и передачу в монитор. Поэтому вся работа с изображением сводится к тем или иным операциям с видеопамятью.

Режимы работы видеоадаптера можно разделить на палитровые и непалитровые. В палитровом режиме в видеопамяти хранятся индексы, по которым определяются атрибуты пикселей (RGB-значения) из таблицы цветов (палитры). Палитра в общем случае представляет собой набор N m-разрядных регистров, каждый из которых содержит информацию о 3 цветовых компонентах – красной (R), зеленой (G) и синей (B). Таким образом, в палитровом режиме можно задать

 

M = 2m

 

различных цветов. Однако в каждый момент времени работы видеоадаптера можно получить доступ только к набору из N цветовых регистров палитры. Всего число палитр определяется:

 

 

Для 16-цветного режима с 6-разрядными регистрами палитры:

 

N = 16, M = 64, K = 488526937079580.

 

В непалитровом режиме в видеопамяти непосредственно хранятся атрибуты пикселей, т. е. n разрядов кода цвета содержат nR, nG и nB разрядов под каждую составляющую цвета (R, G, B). При записи в видеопамять код цвета дополняется нулями слева до числа разрядов, кратного 8.

Пример 5.27. Определить объем видеопамяти и различное число цветов в 256-цветном палитровом режиме 320´200 с 6-разрядными регистрами палитры.

1. Требуемый объем видеопамяти равен

 

Q = 320·200·log2256 бит = 512000 бит = 64000 байт.

 

2. Различное число цветов в данном режиме равно

 

M = 26·3 = 218 = 262144.

Вопросы и задачи для повторения

1) Какие стандарты символьной информации существуют?

2) Определите стандарт кодирования символьной информации Unicod.

3) Как кодируется звуковая информация?

4) Как кодируется видеоинформация?

5) Выполнить квантование и дискретизацию сигнала, изображенного на рис. 5.10. Интервал дискретизации равен Dt, величина кванта – 0,2 В. Последовательность преобразованных значений записать в файл в двоичной форме.

6) Определить объем данных в звуковом файле, воспроизводимом 3 мин с частотой 32000 выборок в секунду и 16-битовыми значениями выборки.

 

 







Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 2414. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.005 сек.) русская версия | украинская версия