Растровая графика. Ошибочно под разрешением понимают размеры фотографии, экрана монитора или изображения в пикселях[источник не указан 318 дней]

Ошибочно под разрешением понимают размеры фотографии, экрана монитора или изображения в пикселях^{[ источник не указан 318 дней ]}. Размеры растровых изображений выражают в виде количества пикселов по горизонтали и вертикали, например: 1600×1200. В данном случае это означает, что ширина изображения составляет 1600, а высота — 1200 точек (такое изображение состоит из 1 920 000 точек, то есть примерно 2 мегапикселя). Количество точек по горизонтали и вертикали может быть разным для разных изображений. Изображения, как правило, хранятся в виде, максимально пригодном для отображения экранами мониторов — они хранят цвет пикселов в виде требуемой яркости свечения излучающих элементов экрана (RGB), и рассчитаны на то, что пикселы изображения будут отображаться пикселами экрана один к одному. Это обеспечивает простоту вывода изображения на экран.

При выводе изображения на поверхность экрана или бумаги, оно занимает прямоугольник определённого размера. Для оптимального размещения изображения на экране необходимо согласовывать количество точек в изображении, пропорции сторон изображения с соответствующими параметрами устройства отображения. Если пикселы изображения выводятся пикселами устройства вывода один к одному, размер будет определяться только разрешением устройства вывода. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем больше точек отображается на той же площади и тем менее зернистой и более качественной будет ваша картинка. При большом количестве точек, размещённом на маленькой площади, глаз не замечает мозаичности рисунка. Справедливо и обратное: малое разрешение позволит глазу заметить растр изображения («ступеньки»). Высокое разрешение изображения при малом размере плоскости отображающего устройства не позволит вывести на него всё изображение, либо при выводе изображение будет «подгоняться», например для каждого отображаемого пиксела будут усредняться цвета попадающей в него части исходного изображения. При необходимости крупно отобразить изображение небольшого размера на устройстве с высоким разрешением приходится вычислять цвета промежуточных пикселей. Изменение фактического количества пикселей изображения называется передискретизация, и для неё существуют целый ряд алгоритмов разной сложности.

При выводе на бумагу такие изображения преобразуются под физические возможности принтера: проводится цветоделение, масштабирование и растеризация для вывода изображения красками фиксированного цвета и яркости, доступными принтеру. Принтеру для отображения цвета разной яркости и оттенка приходится группировать несколько меньшего размераточек доступного ему цвета, например один серый пиксел такого исходного изображения, как правило, на печати представляется несколькими маленькими чёрными точками на белом фоне бумаги. В случаях, не касающихся профессиональной допечатной подготовки, этот процесс производится с минимальным вмешательством пользователя, в соответствии с настройками принтера и желаемым размером отпечатка. Изображения в форматах, получаемых при допечатной подготовке и рассчитанные на непосредственный вывод печатающим устройством, для полноценного отображения на экране нуждаются в обратном преобразовании.

Большинство форматов графических файлов позволяют хранить данные о желаемом масштабе при выводе на печать, то есть о желаемом разрешении в dpi (англ. dots per inch — эта величина говорит о каком-то количестве точек на единицу длины, например 300 dpi означает 300 точек на один дюйм). Это исключительно справочная величина. Как правило, для получения распечатка фотографии, который предназначен для рассматривания с расстояния порядка 20-30 сантиметров, достаточно разрешения 300 dpi. Исходя из этого можно прикинуть, какого размера отпечаток можно получить из имеющегося изображения или какого размера изображение надо получить, чтоб затем сделать отпечаток нужного размера.

Например, надо напечатать с разрешением в 300 dpi изображение на бумаге размером 10×10 см. Переведя размер в дюймы получим 3,9×3,9 дюймов. Теперь, умножив 3,9 на 300 и получаем размер фотографии в пикселях: 1170×1170. Таким образом, для печати изображения приемлемого качества размером 10×10 см, размер исходного изображения должен быть не менее 1170×1170 пикселей.

Для обозначения разрешающей способности различных процессов преобразования изображений (сканирование, печать, растеризация и т. п.) используют следующие термины:

· dpi (англ. dots per inch) — количество точек на дюйм.

· ppi (англ. pixels per inch) — количество пикселей на дюйм.

· lpi (англ. lines per inch) — количество линий на дюйм, разрешающая способность графических планшетов (дигитайзеров).

· spi (англ. samples per inch) — количество сэмплов на дюйм; плотность дискретизации (sampling density), в том числе разрешение сканеров изображений (en:Samples per inch англ.)

По историческим причинам величины стараются приводить к dpi, хотя с практической точки зрения ppi более однозначно характеризует для потребителя процессы печати или сканирования. Измерение в lpi широко используется в полиграфии. Измерение в spi используется для описания внутренних процессов устройств или алгоритмов.

Разрешение устройства (inherent resolution) описывает максимальное разрешение изображения, получаемого с помощью устройства ввода или вывода.

· Разрешение принтера, обычно указывают в dpi.

· Разрешение сканера изображений указывается в ppi (количество пикселей на один дюйм), а не в dpi.

· Разрешением экрана монитора обычно называют размеры получаемого на экране изображения в пикселах: 800×600, 1024×768, 1280×1024, подразумевая разрешение относительно физических размеров экрана, а не эталонной единицы измерения длины, такой как 1 дюйм. Для получения разрешения в единицах ppi данное количество пикселов необходимо поделить на физические размеры экрана, выраженные в дюймах. Двумя другими важными геометрическими характеристиками экрана являются размер его диагонали и соотношение сторон.

· Разрешение матрицы цифровой фотокамеры, так же как экрана монитора, характеризуется размером (в пикселах) получаемых изображений, но в отличие от экранов, популярным стало использование не двух чисел, а округлённого суммарного количества пикселов, выражаемое в мегапикселях. Говорить о фактическом разрешении матрицы можно лишь учитывая её размеры. Говорить о фактическом разрешении получаемых изображений можно либо в отношении устройство вывода — экранов и принтеров, либо в отношении сфотографированных предметов, с учётом их перспективных искажений при съёмке и характеристик объектива.

Линиатура растра является одной из основных характеристик полиграфической и цифровой печати, характеризует период сетки и обозначает количество линий растра на единицу длины изображения (физически — частоту пространственной структуры растра). Чаще всего линиатура измеряется в линиях на дюйм — lpi; измеряется также в линиях на сантиметр. Характеристики совпадают с характеристиками одномерной дифракционной решётки; L = 1/p, где р — период структуры растра. Чем выше линиатура, тем более мелкие детали можно воспроизвести, однако существуют физические ограничения на линиатуру.

Ограничением на возможность использования растров с высокими линиатурами является тот факт, что из-за различных явлений краска способна растекаться (растискивание), что делает невозможным воспроизвести очень маленькую точку. Для недорогой бумаги физическое ограничение 100 лин/см, хотя на практике при печати применяются меньшие линиатуры из-за того, что при использовании растров высокой линиатуры результат становится сильно чувствительным к параметрам печати.

Для газетной печати, как правило, используется линиатура в 100—133 lpi. Для цветных журналов примерно 150—175 lpi. Для икон примерно 200 lpi.

Для растров с нерегулярной структурой понятие линиатуры вводится условно.

Следует заметить, что слово «линиатура» — профессиональный термин полиграфистов. Именно это слово можно найти в любом справочнике по полиграфии. В соответствии же с нормами русского языка, данное слово пишется «линеатура» и в таком виде встречается в обычных словарях и неспециализированных текстах.

12. Виды изображений.

 

Все графические изображения делятся на две большие группы по принципу кодирования, хранения в файлах и отрисовки на устройствах вывода (экран, принтер и т. п.). Давайте их рассмотрим.

Растровые изображения представляют собой набор точек; каждая такая точка может иметь какой-либо цвет, от белого до черного. Цвета всех точек, составляющих подобное изображение, записываются в массив, который, в свою очередь, вместе с некоторой служебной информацией сохраняется в файле. Такой массив называется растром.

К растровым относятся хорошо вам известные изображения форматов GIF (Graphic Interchange Format — формат обмена графикой) и JPEG (Joint Pictures Encoding Group — группа кодирования неподвижных изображений), которые вы загружаете из Интернета, чтобы полюбоваться творениями Бориса Вальехо. К растровым относится также стандартный формат хранения изображений в Windows — BMP (BitMaP — битовая матрица). Еще стоит упомянуть весьма напористого новичка — формат PNG (Portable Network Graphics — перемещаемая сетевая графика). Этот пока еще малораспространенный формат может стать преемником формата GIF, если недавние попытки сделать последний платным все-таки увенчаются успехом.

На самом деле, растровых форматов огромное множество, но подавляющее большинство из них — либо "фирменные", поддерживаемые одной программой, либо малораспространенные в силу каких-то причин, либо просто не используемые в Интернете.

Достоинствами растровых изображений являются исключительно простая обработка и вывод на устройство отображения. Действительно, что может быть проще, чем считать массив значений цветов точек и эти самые точки показать пользователю. Недостатки: большой размер (особенно, качественных изображений с большим количеством цветов) и резкая потеря качества при масштабировании.

Хотя большой размер — не такой уж и непреодолимый недостаток. Форматы GIF, JPEG и PNG стандартно поддерживают сжатие массива данных с помощью специальных алгоритмов. Однако тут кроется другая опасность. Дело в том, что эти алгоритмы реализуют так называемое сжатие с потерями, при которых часть информации, не очень существенная для отображения, отбрасывается, в результате чего объем массива сильно уменьшается. ("Обычные" программы архиваторов, которыми вы пользуетесь, например Zip или Rar, реализуют сжатие без потерь.) При этом, если задать слишком сильное сжатие такого изображения, может пострадать его качество из-за того, что слишком большая часть информации будет отброшена. Впрочем, это уже проблема Web-художника, который будет готовить подобное изображение к публикации в Интернете.

Какие форматы растровых изображений используются в Web-дизайне? В основном, GIF и JPEG. Угадайте, почему? Конечно, потому, что они поддерживают сжатие. Причем, изображения GIF применяют для элементов оформления страниц (линии, маркеры списков и т. п.) и штриховых рисунков, a JPEG — для полутоновых рисунков с большим количеством цветов. Это вызвано тем, что для сжатия изображений этих форматов применяются разные алгоритмы, имеющие свои сильные стороны и свои недостатки.

Формат GIF имеет особое свойство, за что его любят Web-художники. Дело в том, что из-за особенностей этого формата в один GIF-файл можно записать последовательность графических изображений, фактически настоящий фильм. Многочисленные "живые" (даже слишком) рекламные картинки — баннеры - которые в последнее время просто залепили Web-страницы, сделаны в формате "анимированный GIF". Иногда такими картинками злоупотребляют, и ничего хорошего из этого не получается.

Другое достоинство формата GIF — возможность задать "прозрачный" цвет. Впоследствии Web-обозреватель вместо точек, имеющих этот цвет, будет подставлять точки "фона" родительского элемента. Говоря просто, можно сделать рисунок с "дырками", сквозь которые "просвечивает" то, что находится под рисунком.

Формат PNG, как говорят его создатели, объединяет возможности GIF и JPEG, не "прихватывая" заодно с собой их недостатки. Но пока он что-то не очень популярен в Сети. Однако если GIF все-таки сделают платным...

Internet Explorer также поддерживает формат BMP. Непонятно, зачем это нужно, ведь другие Web-обозреватели его не поддерживают.

Осталось только привести расширения, под которыми сохраняются файлы того или иного формата. Файлы GIF, PNG и BMP имеют "говорящие" расширения gif, png и bmp, а файлы JPEG — jpeg, jpg или jpe.

Вторая разновидность графических изображений — векторные. В отличие от растровых, состоящих из точек, они состоят из линий, называемых примитивами. Каждый такой примитив описывается определенной формулой, имеющей конкретный набор параметров. Вот эти параметры и сохраняются в массиве данных. К векторным относится формат изображений, созданных в популярнейшей программе Macromedia Flash, а также второй стандартный формат хранения изображений в Windows — WMF (Windows MetaFile — метафайл Windows). Вообще, существует много форматов векторных изображений, здесь перечисляться они не будут.

Что предлагают нам векторные изображения? Во-первых, небольшой объем, т. к. параметры какой-нибудь загогулины занимают значительно меньше места, чем весь набор составляющих ее точек. Во-вторых, исключительно простое масштабирование: Web-обозревателю достаточно перевычислить формулы с новыми параметрами размеров и нарисовать новую картинку на основе результатов этих вычислений. Недостаток: очень сложные алгоритмы вывода, включающие вычисление сложных формул. К тому же, чем векторное изображение сложнее, тем оно больше и тем дольше выводится на экран.

В Web-дизайне широко используется только один формат векторной графики — Flash. Но назвать это чудо программистского искусства графической программой не поворачивается язык — это мощнейший мультимедийный комплект, позволяющий создавать целые фильмы со звуковым сопровождением, причем, фильмы интерактивные, реагирующие на действия пользователя. При этом файлы, имеющие расширение swf, отличаются небольшими размерами и быстро грузятся даже по относительно слабым каналам. Все Web-обозреватели имеют в своем составе дополнительные модули, позволяющие просматривать фильмы Flash, а те, кто их не имеет, могут без проблем загрузить с сайта Macromedia

 

13. Цветовые модели RGB и CMYK.

 

Цветовая модель RGB.
Эта модель описывает излучаемые цвета. Она основана на трёх основных (базовых) цветах: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). Остальные цвета получаются сочетанием базовых. Цвета такого типа называются аддитивными.
Рис.2 Аддитивная цветовая модель RGB	Из рис.2 видно, что сочетание зелёного и красного дают жёлтый цвет, сочетание зелёного и синего - голубой, а сочетание всех трёх цветов - белый. Из этого можно сделать вывод о том, что цвета в RGB складываются субтрактивно. Теперь стоит немного отвлечься от основной темы и сказать пару слов вообще о кодировании цвета. В программах для ПК канал изображения кодируется одним байтом. Чтобы понять, что такое канал изображения, скажу на примере, что в RGB - три канала: красный, синий и зелёный, т.е. RGB - трёхканальная цветовая модель. Каждый канал может принимать значения от 0 до 255 в десятичной или, что ближе к реальности, от 0 до FF в шестнадцатиричной системах счисления. Это объясняется тем, что байт, которым кодируется канал, да и вообще любой байт состоит из восьми битов, а бит может принимать 2 значения, итого 28=256. В RGB, например, красный цвет может принимать 256 градаций: от чисто красного (FF) до чёрного (00). Таким образом несложно подсчитать, что в модели RGB содержится всего 2563 или 16777216 цветов. Теперь, когда мы разобрались с кодированием цветов, рассмотрим модель RGB в пространстве. На рис. 3 изображено пространственное представление модели RGB. В трёх углах куба расположены чистые цвета: красный, зелёный и синий. В других трёх углах их полные сочетания: жёлтый, голубой и пурпурный. Между чёрным и белым цветами провдена диагональ, изображающая градацию серого. И в заключение данной главы, я расскжу поподробнее о кодировании, теперь уже применительно к RGB. Мы уже знаем, что в RGB три канала, и каждый кодируется 8-ю битами. Максимальное,т.е. FF (или 255) значение даёт чистый цвет. Мы знаем также, что белый цвет получается путём сочетания всех цветов, точнее, их предельных градаций. Теперь мы можем записать код белого цвета: FF(красный) FF(зелёный) FF(синий). Код чёрного, соответственно: 000000. Код жёлтого: FFFF00, пурпурного: FF00FF, голубого: 00FFFF.
Цветовая модель CMYK.
Цветовая модель CMYK в отличие от RGB описывает поглащаемые цвета. Цвета, которые используют белый свет, вычитая из него определённые участки спектра, называются субтрактивными (вычитательными). Именно такие цвета и используются в модели CMYK. Они получаются путём вычитания из белого аддитивных цветов модели RGB. Основными цветами в CMYK явлются голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Голубой цвет получается путём вычитания из белого красного цвета, пурпурный - зелёного, жёлтый - синего.
Рис.4 Субтрактивная цветовая модель CMYK	На рис. 4 приведена схема аналогичная рис.2. Из неё видно, какие цвета получаются при смешании базовых в CMYK. Теперь при смешании всех трёх цветов получается чёрный цвет, т.е. сложение цветов в CMYK аддитивно. Графическое представление данной модели изображено на рис.5. Цветовая модель CMYK является основной в полиграфии. В цветных принтерах также применяется данная модель. Получается, что для того, чтобы распечатать чёрный цвет, необходимо большое количество краски. Кроме того смешание всех цветов модели CMYK на самом деле даёт не чёрный, а грязно-коричневый цвет. Поэтому, для усовершенствования модели CMYK, в неё был введён один дополнительный цвет - чёрный. Он является ключевым цветом при печати, поэтому последняя буква в названии модели - K (Key), а не B. Таким образом, модель CMYK является четырёхканальной. В этом заключается ещё одно отличие её от RGB. В заключение рассмотрим вопрос о конвертации (переводе) RGB в CMYK и наоборот. Дело в том, что у CMYK цветовой охват более узкий, чем у RGB. У СMYK он соответствует области C на рис.1, у RGB - области B. Поэтому, при конвертации из RGB в CMYK часть цветов теряется. Это необходимо учитывать, если Вы работаете в графических редакторах. С другой стороны Вы можете использовать конвертацию для того, чтобы посмотреть, какой приблизительно вид будет иметь RGB-рисунок распечатанный на принтере.
Рис.5 Графическое представление CMYK
Подводя итоги по поводу цветовых моделей RGB и CMYK, надо сказать, что они являются аппаратно-зависимыми. Если речь идёт об RGB, то в зависимости от применённого в Вашем мониторе люминофора будут разниться значения базовых цветов. Ещё хуже обстоит дело с CMYK. Здесь идёт речь о типографских красках, особенностях печатного процесса и носителя. Таким образом одинаковое изображение может по-разному выглядеть на разной аппаратуре. Поэтому основной задачей при работе с цветными изображениями стало получение предсказуемого цвета. То что получилось в результате является новой цветовой моделью Lab. О ней речь пойдёт в следующей главе.

 

14. Цветовые модели HSB и Lab. Плашечные цвета.

Плашечными (spot colors) называют цвета, которые, как правило, не входят в набор стандартных триадных цветов. Такие цвета выводят на бумагу с помощью специальных смесевых красок. Каждый плашечный цвет печатают с помощью отдельной формы, которая называется плашкой. В сущности, спектра цветовой модели CMYK вполне достаточно для высококачественной печати любого фотографического изображения. Однако для того чтобы в документе использовать какой-либо оригинальный чистый цвет, вам время от времени придется обращаться к плашечным цветам.

 

Цветовая модель HSB.
Мы подошли к рассмотрению последней из интересующих нас цветовых моделей. Это HSB - модель, которая в принципе является аналогом RGB, она основана на её цветах, но отличается системой координат.
Рис.7 Графическое представление HSB	На рис.7 представлена графическая модель HSB. Любой цвет в этой модели характеризуется тоном (Hue), насыщенностью (Saturation) и яркостью (Brightness). Тон - это собственно цвет. Насыщенность - процент добавленной к цвету белой краски. Яркость - процент добавленной чёрной краски. Итак, HSB - трёхканальная цветовая модель. Любой цвет в HSB получается добавлением к основному спектру чёрной или белой, т.е. фактически серой краски. Модель HSB не является строгой математической моделью. Описание цветов в ней не соответствует цветам, воспринимаемых глазом. Дело в том, что глаз воспринимает цвета, как имеющие различную яркость. Например, спектральный зелёный имеет большую яркость, чем спектральный синий. В HSB все цвета основного спектра (канала тона) считаются обладающими 100%-й яркостью. На самом деле это не соответствует действительности. Хотя модель HSB декларирована как аппаратно-независимая, на самом деле в её основе лежит RGB. В любом случае HSB конвертируется в RGB для отображения на мониторе и в CMYK для печати,а любая конвертация не обходится без потерь.
В этом материале были рассмотрены основные цветовые модели, используемые большинством графических программ. Примером программы, в которой Вы сможете поэкспериментировать со всеми четырмя моделями является Photoshop. Надеюсь, что прочитав этот материал, Вы открыли для себя новую интересную информацию.

 

Цветовая модель Lab.
Итак, цветовая модель Lab, была специально разработана для получения предсказуемых цветов, т.е. она является аппаратно-независимой и соответствующей особенностям восприятия цвета глазом человека.
Рис.6 Графическое представление Lab	Lab является трёхканальной моделью. Цвет в ней определяется светлотой (яркостью) и двумя хроматическими компонентами: параметром a, изменяющимся в диапазоне от зелёного до красного и параметром b, изменяющимся в диапазоне от синего до жёлтого (рис.6). Т.к. яркость в этой модели полностью отделена от цвета, это делает модель удобной для регулирования контраста, резкости и других тоновых характеристик. Цветовой охват Lab, очень широк: он включает в себя RGB и CMYK, и другие цвета, непредставимые в двух предыдущих моделях. На рис.1 ему соответствует область A. Очевидно, что при конвертации в Lab все цвета сохраняются. Цветовая модель Lab очень важна для полиграфии. Именно она используется при переводе изображения из одной цветовой модели в другую, между устройствами и даже между различными платформами. Кроме того именно в этой модели удобнее всего проводить некоторые операции по улучшению качества изображения.

 

15. Форматы графических файлов.

 

Графи́ческий форма́т — это способ записи графической информации. Графические форматы файлов предназначены для хранения изображений, таких как фотографии и рисунки.

Графические форматы делятся на векторные и растровые.

Растровые форматы:

· BMP

· ECW

· GIF

· ICO

· ILBM

· JPEG

· JPEG 2000

· VIL

· MrSID

· PCX

· PNG

· PSD

· TGA

· TIFF

· HD Photo

· WebP

· XBM

· XPS

· RLA

· RPF

· PNM

 

Векторные форматы:

· AI (Adobe Illustrator

· CDR (Computer Graphics Metafile)

· CGM (Computer Graphics Metafile)

· DXF (Drawing eXchange Format)

· EPS (Encapsulated PostScript)

· FH (FreeHand)

· PDF (Portable Document Format)

· TIFF (Tag Image File Format)

· WMF (Windows MetaFile)

 

16. Оцифровка звука, форматы, методы сжатия.

 

Оцифровка звука осуществляется при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и выполняется в три этапа: дискретизация аналогового сигнала во времени; квантование полученных импульсов по амплитуде; двоичная запись квантованного импульса.

На первом этапе (дискретизация) сигнал делится на множество элементов, количество которых в секунду зависит от частоты дискретизации и измеряется в килогерцах (кГц). Например, частота дискретизации 48 кГц означает, что каждая секунда аналогового сигнала была разделена на 48 тысяч элементов. На ПК частоту дискретизации можно установить в диапазоне от 5 до 48 кГц, и чем выше этот показатель, тем выше будет качество оцифрованного звука.

На втором этапе оцифровки (квантование) каждому элементу присваивается определенное числовое значение, соответствующее его амплитуде. В современных компьютерах при вводе звука используется 16-разрядное квантование: в этом случае уровень каждого элемента может изменяться от 0 до 16535. 16-разрядный звук достаточно высококачественный, так как содержит множество информации для воссоздания полноценной звуковой картины.

Разумеется, при оцифровке сигнала часть звуковой информации теряется, но при высокой частоте дискретизации и большой разрядности квантования эти потери незаметны на слух для большинства людей. Фактически любой качественный звуковой файл на современном ПК имеет частоту дискретизации 44,1 кГц и 16-разрядный формат амплитуды.

Оцифро́вка (англ. digitization) — описание объекта, изображения или аудио- видеосигнала (в аналоговом виде) в виде набора дискретных цифровых замеров (выборок) этого сигнала/объекта, при помощи той или иной аппаратуры, т. е. перевод его в цифровой вид, пригодный для записи на электронные носители.

Для оцифровки объект подвергается дискретизации (в одном или нескольких измерениях, например, в одном измерении для звука, в двух для растрового изображения) и аналогово-цифровому преобразованию конечных уровней.

Полученный в результате оцифровки массив данных («цифровое представление» оригинального объекта) может использоваться компьютером для дальнейшей обработки, передачи по цифровым каналам, сохранению на цифровой носитель. Перед передачей или сохранением цифровое представление, как правило, подвергается фильтрации и кодированию для уменьшения объема.

Формат файла определяет структуру и особенности представления звуковых данных при хранении на запоминающем устройстве ПК. Для устранения избыточности аудио данных используются аудиокодеки, при помощи которых производится сжатие аудиоданных. Выделяют три группы звуковых форматов файлов:

· аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF

· аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)

· аудиоформаты, с применением сжатия с потерями (mp3, ogg)

Особняком стоят модульные музыкальные форматы файлов. Созданные синтетически или из сэмплов заранее записанных живых инструментов, они, в основном, служат для создания современной электронной музыки (MOD). Также сюда можно отнести формат MIDI, который не является звукозаписью, но при этом с помощью секвенсора позволяет записывать и воспроизводить музыку, используя определенный набор команд в текстовом виде.

Форматы носителей цифрового звука применяют как для массового распространения звуковых записей (CD, SACD), так и в профессиональной звукозаписи (DAT, минидиск).

Для систем пространственного звучания также можно выделить форматы звука, в основном являющиеся звуковым многоканальным сопровождением к кинофильмам. Такие системы имеют целые семейства форматов от двух крупных конкурирующих компаний Digital Theater Systems Inc. — DTS и Dolby Laboratories Inc. — Dolby Digital.

Сжатие (компрессия) аудиоданных представляет собой процесс уменьшения скорости цифрового потока за счет сокращения статистической ипсихоакустической избыточности цифрового звукового сигнала.

Сжатие звука без потерь

Сокращение статистической избыточности основано на учете свойств самих звуковых сигналов. Она определяется наличием корреляционной связи между соседними отсчетами цифрового звукового сигнала, устранение которой позволяет сокращать объем передаваемых данных на 15...25% по сравнению с их исходной величиной. Для передачи сигнала необходимо получить более компактное его представление, что возможно осуществить с помощью ортогонального преобразования. Важными условиями применения такого метода преобразования являются:

· возможность восстанавливать исходный сигнал без искажений

· способность обеспечивать наибольшую концентрацию энергии в небольшом числе коэффициентов преобразования

· быстрый вычислительный алгоритмом

Этим требованиям отвечает модифицированное дискретно-косинусное преобразование (МДКП).

Уменьшить скорость цифрового потока позволяют методы кодирования, учитывающие статистику звуковых сигналов, например, вероятности появления уровней разной величины. Одним из таких методов является код Хаффмана, где наиболее вероятным значениям сигнала приписываются более короткие кодовые слова, а значения отсчетов, вероятность появления которых мала, кодируются кодовыми словами большей длины. Именно в силу этих двух причин в наиболее эффективных алгоритмах компрессии цифровых аудиоданныхкодированию подвергаются не сами отсчеты звукового сигнала, а коэффициенты МДКП.

Подобные методы применяются при архивации файлов.

Сжатие с потерями.

Сжатие аудиоданных с потерями основывается на несовершенстве человеческого слуха при восприятии звуковой информации. Неспособность человека в определенных случаях различать тихие звуки в присутствии более громких, называемая эффектом маскировки, была использована в алгоритмах сокращения психоакустической избыточности. Эффекты слухового маскирования зависят от спектральных и временных характеристик маскируемого и маскирующего сигналов и могут быть разделены на две основные группы:

· частотное (одновременное) маскирование

· временное (неодновременное) маскирование

Эффект маскирования в частотной области связан с тем, что в присутствии больших звуковых амплитуд человеческое ухо нечувствительно к малым амплитудам близких частот. То есть, когда два сигнала одновременно находятся в ограниченной частотной области, то более слабый сигнал становится неслышимым на фоне более сильного.

Маскирование во временной области характеризует динамические свойства слуха, показывая изменение во времени относительного порога слышимости (порог слышимости одного сигнала в присутствии другого), когда маскирующий и маскируемый сигналы звучат не одновременно. При этом следует различать явления послемаскировки (изменение порога слышимости после сигнала высокого уровня) и предмаскировки (изменение порога слышимости перед приходом сигнала максимального уровня). Более слабый сигнал становится неслышимым за 5 − 20 мс до включения сигнала маскирования и становится слышимым через 50 − 200 мс после его включения.

Наилучшим методом кодирования звука, учитывающим эффект маскирования, оказывается полосное кодирование. Сущность его заключается в следующем. Группа отсчетов входного звукового сигнала, называемая кадром, поступает на блок фильтров который разделяет сигнал на частотные поддиапазоны. На выходе каждого фильтра оказывается та часть входного сигнала, кото­рая попадает в полосу пропускания данного фильтра. Далее, в каждой полосе с помощью психоакустической модели, анализируется спектральный состав сигнала и оценивается, ка­кую часть сигнала следует передавать без сокращений, а какая лежит ниже по­рога маскирования и может быть переквантована на меньшее число бит. Для сокращения максимального динамического диапазона определяется максимальный отсчет в кадре и вычисляется масштабирующий множитель, который приводит этот отсчет к верхнему уровню квантования. Эта операция аналогична компандированию в аналоговом вещании. На этот же множитель умножаются и все остальные отсчеты. Масштабирующий множитель передается к декодеру вместе с кодированными данными для коррекции коэффициента передачи последнего. После масштабирования производится оценка порога маскирования и осуществляется перераспределение общего числа битов между всеми полосами.

Очевидно, что после устранения психоакустической избыточности звуковых сигналов их точное восстановления при декодировании оказывается уже невозможным. Методами устранения психофизической избыточности можно обеспечить сжатие цифровых аудиоданных в 10 − 12 раз без существенных потерь в качестве.

 

17. Принципы представления цифрового видео, форматы, методы сжатия.

Цифровое видео — множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении. Основное отличие от аналогового видео в том, что видеосигналы кодируются и передаются в виде последовательности бит. Цифровое видео может распространяться на различных видеоносителях, посредством цифровых видеоинтерфейсов в виде потока или файлов. Видеопоток - это временна́я последовательность кадров определенного формата, закодированная в битовый поток. Скорость передачи несжатого видеопотока с чересстрочной разверткой разрядностью 10 бит и цветовой субдискретизацией 4:2:2 стандартной четкости будет составлять 270 Мбит/с. Такой поток получается если сложить произведения частоты дискретизации на разрядность каждой компоненты: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Мбит/с. Однако, расчет размера получаемого файла, содержащего несжатый видеопоток, производится несколько иначе. Сохраняется только активная часть строки видеосигнала. Для представления в пространстве Y', Cr, Cb расчитываются следующие составляющие:

· количество пикселей в кадре для яркостной компоненты = 720 × 576 = 414 720

· количество пикселей в кадре для каждой цветностной компоненты = 360 × 576 = 207 360

· число битов в кадре = 10 × 414 720 + 10 × 207 360 × 2 = 8294400 = 8,29 Мбит

· скорость передачи данных (BR) = 8,29 × 25 = 207,36 Мбит / сек

· размер видео = 207,36 Мбит / сек * 3600 сек = 746 496 Мбит = 93 312 Мбайт = 93,31 Гбайт = 86,9 ГиБ