План-конспект учебного занятия "Принципы цифрового представления видео и мультимедийной информации в персональном компьютере"

ПМ 01. Ввод и обработка цифровой информации

МДК 01. 01. Технология создания и обработки цифровой мультимедийной информации

1.4. Мультимедийное оборудование

Урок 71: Принципы цифрового представления видео и мультимедийной информации в персональном компьютере                                                                      

Цель: Рассмотреть принципы цифрового представления видео и мультимедийной информации в персональном компьютере

Стр. 301

Впечатление просмотра видео на компьютере создается благодаря быстрому чередованию отдельных статических изображений, называемых кадрами (frames). Количество кадров, демонстрируемых в течение одной секунды, называется частотой кадров (framerate). Психология человеческого восприятия такова, что при чередовании с частотой более 20-ти кадров в секунду они не воспринимаются как отдельные изображения, а полностью создают иллюзию просмотра динамической картины.

Принцип покадрового видео, как вы знаете, лежит в основе традиционного (аналогового) кино и телевидения. Отличие компьютерного представления видео проявляется лишь на изложенных нами ранее характеристиках отдельных кадров видео как компьютерных изображений. Сведем все то, о чем мы уже рассказали, и то, о чем только собираемся рассказать, в одну таблицу (табл. 1.1) (не касаясь пока звука, рассмотренного в следующем разделе).

Таблица. Цифровое и аналоговое видео

Исторически сложилось, что разные стандарты кино и ТВ поддерживают различную частоту кадров. Приведемхарактеристикинекоторыхизних:

• 24 (кадра/с) — используется для создания кинофильмов на кинопленках (классический кинематограф);
• 25 (кадров/с) — стандарт PAL/SECAM, европейский стандарт телевидения;
• 29.97 (кадров/с) — стандарт частоты кадров для NTSC (североамериканского стандарта телевидения);
• 30 (кадров/с) — режим, довольно часто применяемый для создания компьютерных мультимедийных продуктов.

При работе с цифровым видео большое значение имеет договоренность о нумерации отдельных кадров. Способ и формат расстановки числовых меток, связанных с каждым кадром, называется тайм-кодом (timecode) кадра. Чаще всего используется отображение тайм-кода в стандарте NTSC, определяющий нумерацию кадров в пределах каждой секунды фильма, т. е. в виде час : минута : секунда : кадр. Например, тайм-код 01:37:10:21 означает 21-й кадр 10-й секунды 37-й минуты 1-го часа от начала фильма. Однако наряду с таким представлением иногда применяются и альтернативные варианты нумерации кадров (например, сквозная нумерация кадров по порядку от начала до конца, без ссылки на время, т. е. 0, 1, 2, ..., 100 000, 100 001, 100 002 и т. д.).

Подытожим основной принцип компьютерного представления видео: эффект восприятия человеческим зрением динамической картины создается благодаря последовательной демонстрации (с достаточной частотой) отдельных кадров. При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, а для уменьшения размеров видеофайлов часто применяются специальные программы, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип схожести последовательных кадров друг с другом.

В современном цифровом мире существует множество различных способов представления цифровой мультимедийной информации. Конечно, для того, чтобы перевести аналоговую информацию в цифровой вид, необходимы специальные программы, создающие файл (его мы будем называть контейнером), в котором содержится вся аудио и видео информация.

Контейнер – основополагающий файл, служащий для сохранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации (т.е. то, что мы видим и слышим в реальной жизни). Как правило, такая сохраненная аудио и видео информация занимает большой объем, поэтому ее сжимают, используя различные аудио и видео кодеки. Все служебные для работы с этим файлом, как правило, устанавливаются вместе с операционной системой.

Кодек – сокращение от английского Coder/Decoder – программа, позволяющая преобразовать записанную информацию так, чтобы она занимала меньше места. При этом расширение файла может не меняться, т.е. основная структура контейнера не изменится, изменится представление в нем аудио и видеоданных, но чтобы воспроизвести такой файл, «зашифрованный» при помощи какого-либо кодека, необходимо, чтобы он был установлен на компьютере пользователя.

Видео на компьютере создается быстрому чередованию отдельных статических изображений, называемых кадрами. Количествокадров, демонстрируемых в течение одной секунды, называется частотой кадров. При чередовании с частотой более 20-ти кадров в секунду они создают иллюзию просмотра динамической картины. При работе с цифровым видео большое значение имеет нумерация отдельных кадров. Способ и формат расстановки числовых меток, связанных с каждым кадром, называется тайм-кодом кадра. Чаще всего используется отображение тайм-кода в стандарте NTSC. Цифровое видео характеризуется четырьмя основными факторами: частота кадра (FrameRate), экранное разрешение (SpatialResolution), глубина цвета (ColorResolution) и качество изображения (Image Quality). Первая цветная видеокамера была разработана в 1980 г. компанией Sony, в качестве светочувствительного элемента использовалась ПЗС-матрица.

Термин видеозапись можно определить как, электронная технология записи, обработки, хранения и воспроизведения движущегося изображения, основанная на принципах телевидения. Слово «видео» используется применительно к самому записанному таким способом изображению со звуковым сопровождением на физическом носителе: видеокассете, видеодиске и т.п.

Таким образом, видео - это форма фиксирования и архивации эмпирического материала с помощью технических средств. В свою очередь, цифровое видео можно определить как множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении. Основное отличие от аналогового видео являются видеосигналы, которые кодируются и передаются в виде последовательности бит. Цифровое видео может распространяться на различных видео носителях, посредством цифровых видеоинтерфейсом в виде потока или файлов.

Основной принцип цифрового представления видео: эффект восприятия человеческим зрением динамической картины создается благодаря последовательной демонстрации (с достаточной частотой) отдельных кадров. При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, а для уменьшения размеров видеофайлов часто применяются специальные программы, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип схожести последовательных кадров друг с другом.

В цифровое видео часто сопровождается звуком. Цифровой звук определяется, как кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности. В основе же кодирования звуковых сигналов лежит сложный процесс оцифровки звука, который преобразовывает механические колебания воздуха в электрические колебания тока, а уже после производится дискретизация полученного аналогового электрического сигнала. При дискретизации звуковых сигналов, при двоичном кодировании звука, принято говорить о дискретизации по вертикали и горизонтали. Дискретизация по вертикали это дискретизация по времени - один из способов дискретизации звука в цифровую форму за счет разбивания волны, на отдельные участки, называемые дискретами, где происходит квантование уровней сигналов. Дискретизация по горизонтальному уровню это дискретизация по уровню или ее ещё называют квантование по уровню сигнала. Процесс оцифровки звука - это технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид. Заключается он в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записью полученных значений в численном виде. Хранить цифровой звук можно представив его в последовательности различных кодовых комбинаций. Цифровая звукозапись - это представление звука в виде набора бит, который последовательно описывает значение уровня амплитуды звуковой волны в каждый момент времени звучания звукозаписи, для обработки этого значения устройством воспроизведения. Представление аудиоданных в цифровом виде, позволяет очень эффективно изменять исходный материал при помощи специальных устройств или компьютерных программ - звуковых редакторов.

Для работы с цифровым видео необходимо следующие программное обеспечение:

· операционная система Windows (версия XPSP2 или выше);

· звуковой редактор Audacity, проигрыватель WindowsMedia, Windows - Звукозапись;

· программа видеомонтажа PinnacleStudio, MovieMaker.

Audacity - это свободный и бесплатный аудиоредактор файлов звукозаписи, ориентированный на работу с несколькими дорожками, работающий под управлением операционных систем: MicrosoftWindows, Linux, MacOSX и др. Интерфейс программы и сопутствующая документация переведены на русский язык. Позволяет редактирование звуковых файлов: OggVorbis, FLAC, MP3 и WAV. Возможности Audacity:

· запись звука через микрофон или линейный вход аудиокарты;

· редактирование звука. Изменение исходного звукового фрагмента: изменение длины, копирование, вырезание или вставка фрагмента; изменение громкости, темпа, высоты звучания; добавление эффектов (эхо, реверберация, эквалайзер и т.д.);

· создание звуковой композиции из нескольких звуковых файлов. Одновременное оперирование с несколькими звуковыми файлами (театральные шумы, фоновые мелодии, голосовые партии);

· сохранение созданной звуковой композиции в отдельный звуковой файл. Сохранив проект в отдельный звуковой файл формата MP3 или WAV.

Проигрыватель WindowsMedia - это проигрыватель звуковых и видео файлов для операционных систем семейства Windows. Осуществляет просмотр видеофайлов: AVI, MPEG, WMV, и проигрывание музыки: WAV, MP3, WMA, MIDI, WindowsMediaPlayer можно использовать для сохранения музыки с компакт-дисков на компьютер, синхронизации содержимого переносных MP3 проигрывателей и проигрывания DVD (только при наличии установленного DVD декодера).

Windows - Звукозапись - это программа для звукозаписи, входящая в состав MicrosoftWindows. Позволяет записать звук, подаваемый на линейный вход звуковой карты, с микрофона компакт-диска или любого другого источника. Полученную запись можно прослушать. Если качество звучания не удовлетворяет можно изменить параметры записи и перезаписать звуковую информацию. Программа позволяет провести некоторые операции редактирования и наложения эффектов, а затем сохранить полученную композицию в отдельном файле или вставить в качестве фрагмента в различные документы. Имеется русский интерфейс.

PinnacleStudio - это программа для нелинейного видеомонтажа. Имеется русский интерфейс. Понятный интерфейс, на основе перетаскивания упрощает захват фотографий и видеозаписей с видеокамеры или цифровой фотокамеры, телефона или компьютера для создания собственных высококачественных фильмов высокой четкости. Программаявляетсякоммерческой.

MovieMaker - видеоредактор от Microsoft, предназначен, для создания не сложных, но порой очень эффектных роликов из домашнего видео или фото. Поддерживает множество форматов видео: AVI, ASF, DVR-MS, MPEG, MPG, MP2, WMV, M1V, WM, MPV2. Сохраняется видео в формате WMV. Создаваемый проект можно сохранить с расширением MSWMM. Легок в использовании и освоении. Программа MovieMaker способна брать и обрабатывать видеофайлы с цифровой видеокамеры. Возможности MovieMaker:

· обрезание или склеивание видео;

· добавление заголовков и титров, создание переходов между фрагментами видео;

· добавление простых эффектов.

Основные понятия:

цифровая фотография - это технология фотографии, использующая вместо светочувствительных материалов, основанных на галогениде серебра, преобразование света светочувствительной матрицей и получение цифрового файла, используемого для дальнейшей обработки и печати;

цифровое видео - это множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении;

цифровой звук - это кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности.