Disp( 'Размер исходного изображения отпечатка пальца, килобайт')

Vpam1=800

load detfingr;

nbc=size(map, 1);

wname='sym4';

lev=3;

[c, s]=wavedec2(X, lev, wname);

alpha=1.5;

m=2.7*prod(s(1,: ));

[thr, nkeep]=wdcbm2(c, s, alpha, m);

[xd, cxd, sxd, perf0, perfl2]=wdencmp('lvd', c, s, wname, lev, thr, 'h');

colormap(pink(nbc));

subplot(221), image(wcodemat(X, nbc)),

title('Original image');

subplot(222), image(wcodemat(xd, nbc)),

title('Compressed image');

xlab1=['2-norm rec.: ', num2str(perfl2)];

xlab2=['% - zero cfs.: ', num2str(perf0), ' %'];

xlabel([xlab1 xlab2])

Disp( 'Коэффициент сжатия')

S=100/(100-95)

Disp( 'Размер сжатого изображения отпечатка пальца, килобайт')

Vpam2=800/S

Задание 2.9. Изучите, как меняется вид изображения при осуществлении компрессии (сжатии файла) изображения в зависимости от коэффициента сжатия (величина этого коэффициента влияет на требования по памяти для хранения, а также на объем передаваемых данных и время передачи). Меняя коэффициент сжатия, найдите наилучшую величину его, когда возникающие на изображении искажения еще не превосходят некоторого разумного уровня.

Введите в командное окно MATLAB програму 4.

 

%Програма 4.

Clear

f=imread('c: \MATLAB701\toolbox\images\imdemos\greens.jpg');

Disp( ' ')

Disp( 'Размер матрицы изображения')

MN=size(f)

Disp( 'Количество элементов в строке матрицы')

M=size(f, 2)

Disp( 'Количество элементов в столбце матрицы')

N=size(f, 1)

Disp( 'Максимальное значение уровня пикселя')

pixmax=max(max(f))

Disp( 'Минимальное значение уровня пикселя')

pixmin=min(min(f))

Disp( 'Диапазон изменения битов (глубина изображения)')

diapazon=pixmax-pixmin

Disp( 'Объем изображения до сжатия ')

Whos f

Figure(1)

imshow(f, [])

K=imfinfo('c: \MATLAB701\toolbox\images\imdemos\greens.jpg');

image_bytes=K.Width*K.Height*K.BitDepth/8;

compressed_bytes=K.FileSize;

a=K.Width;

b=K.Height;

Disp( 'Глубина изображения до сжатия ')

h=K.BitDepth

Disp( 'Коэффициент сжатия первоначального изображения ')

compressed_ratio=image_bytes/compressed_bytes

image_bytesN=image_bytes/compressed_ratio

Disp( 'Информация о файле greens.jpg')

Imfinfo greens.jpg

q=5; %меняем от 25 до 5

imwrite(f, 'ee22.jpg', 'quality', q);

f1=imread('ee22.jpg');

Figure(2)

imshow(f1, [])

K1=imfinfo('ee22.jpg');

image_bytes1=K1.Width*K1.Height*K1.BitDepth/8;

compressed_bytes1=K1.FileSize;

a1=K1.Width;

b1=K1.Height;

Disp( 'Глубина сжатого изображения')

h1=K1.BitDepth

Disp( 'Коэффициент сжатия вновь полученного изображения ')

compressed_ratio1=image_bytes1/compressed_bytes1

Disp( 'Объем сжатого изображения ')

image_bytesN1=image_bytes1/compressed_ratio1

Disp( 'Информация о новом файле ee22.jpg')

Imfinfo ee22.jpg

Програма 4-ВЦ14.

Clear

f=imread('c: \Program Files\MATLAB\R2010b\toolbox\images\imdemos\greens.jpg');

Disp( ' ')

Disp( 'Размер матрицы изображения')

MN=size(f)

Disp( 'Количество элементов в строке матрицы')

M=size(f, 2)

Disp( 'Количество элементов в столбце матрицы')

N=size(f, 1)

Disp( 'Максимальное значение уровня пикселя')

pixmax=max(max(f))

Disp( 'Минимальное значение уровня пикселя')

pixmin=min(min(f))

Disp( 'Диапазон изменения битов (глубина изображения)')

diapazon=pixmax-pixmin

Disp( 'Объем изображения до сжатия ')

Whos f

Figure(1)

imshow(f, [])

K=imfinfo('c: \Program Files\MATLAB\R2010b\toolbox\images\imdemos\greens.jpg');

image_bytes=K.Width*K.Height*K.BitDepth/8;

compressed_bytes=K.FileSize;

a=K.Width;

b=K.Height;

Disp( 'Глубина изображения до сжатия ')

h=K.BitDepth

Disp( 'Коэффициент сжатия первоначального изображения ')

compressed_ratio=image_bytes/compressed_bytes

image_bytesN=image_bytes/compressed_ratio

Disp( 'Информация о файле greens.jpg')

Imfinfo greens.jpg

 

Задание 2.10. Кратко опишите, какие технологии сжатия цифрового видео используются в настоящее время

Теоретические предпосылки

 

Особенно важным является осуществление сжатия видео изображений, когда неподвижные изображения в виде кадров сменяют друг друга и создают эффект движения объектов на экране.

В видеоизображении чем больше частота кадров в секунду, тем более плавным и естественным будет казаться движение. В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения используют 25 кадров в секунду. Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду.

При хранении и передаче оцифрованных данных видеоизображения в несжатом формате изображение размером 400x300 пикселов с глубиной цвета 24 бита на пиксел, обновляемое с частотой 25 Гц, потребует скорости передачи информации более 5, 5 Мбит/с. А хранение данных для показа 5-минутного ролика в указанном формате потребует информационное пространство, превышающее 1, 6 Гб. Новый стандарт высокочеткого (англ. high-definition) цифрового телевидения HDTV предполагает разрешения до 1920× 1080 при частоте мелькания 60 Гц. Передача такой информации требует уже значительно больших скоростей цифрового потока видеоинформации.

Основные методы сжатия видео сводятся к компрессии данных внутри отдельного кадра и оптимизации в передаче изменений между кадрами. Даже при рассмотрении статичного изображения видно, что в нем много однотипной и дублирующейся информации. Например, интенсивность фона чаще всего имеет постоянное значение; многие отдельные участки изображения, занимающие значительные размеры кадра, тоже имеют одинаковый уровень цифрового сигнала. Естественно, передавать всю эту информацию без компрессии не имеет смысла. С применением специализированных методов сжатия видео, плавно меняющегося по кадрам, возможно еще больше снизить результирующую плотность передачи информации по сети.

Вам уже известно, что сжатие изображений может осуществляться без потерь качества лишь в том случае, если в процессе сжатия не было потерь данных. В результате полученное после декомпрессии изображение будет в точности (побитно) совпадать с оригиналом. Примером такого сжатия может служить формат GIF для статической графики и GIF89a для видео.

Сжатие может происходить с потерями качества, если в процессе сжатия информация была потеряна. Однако с точки зрения человеческого восприятия сжатием с потерями следует считать лишь такое сжатие, при котором возможно на глаз отличить результат сжатия от оригинала. Таким образом, несмотря на то что два изображения - оригинал и результат сжатия с использованием того или иного компрессора - побитно могут не совпадать, тем не менее разница между ними может быть совсем незаметной. Примером может служить алгоритм JPEG для сжатия статической графики и алгоритм M-JPEG для сжатия видео.

Существует множество технологий сжатия цифрового видео.

Для сжатия видео в настоящее время применяют формат MPEG-1, с основой, взятой от кодека JPG. Сжатие в нем производится сериями по три кадра. Качество изображения невысокое: оно сравнимо с привычным аналоговым форматом. Картинка имеет разрешение 352х288 точек, да и качество ее оставляет желать лучшего.

Как происходит сжатие информации в этом формате? Предположим, что у нас есть следующая сцена: автомобиль движется из пункта «А» в пункт «Б». Перемещение машины можно описать двумя параметрами: вектором перемещения из точки «А» в точку «Б» и углом поворота вокруг своей оси. Задний план при этом остается неизменным или почти неизменным - зритель вряд ли обратит внимание на колебания мелких веток у дальних деревьев. Следовательно, можно разбить кадр на две составные части - задний план, который сохраняется один раз, а затем подставляется при воспроизведении всех кадров, и область, где движется машина, - ее придется записывать отдельно для каждого кадра.

В формате MPEG-1 все кадры видеоролика подразделяются на три типа: I-, P- и B-кадры. К первому типу (I-кадры, Intra Frames) относятся опорные кадры. Их изображения сохраняются в полном объеме в формате JPEG. Для P-кадров (Predicted Frames) записываются только отличия от предыдущего i-кадра, что требует намного меньше дискового пространства. Для B-кадров (Bi-DirectiOnally Interpolated Frames) сохраняются отличия от предыдущего и следующего I- или P-кадра.

 

 

Рис. 8.9. Упрощенная схема разделения кадров формате MPEG-1

 

В итоге размер сжатого файла составляет примерно 1/35 от исходного. Для передачи через Internet этот стандарт, конечно же, не подходит.

MPEG-2 представляет собой дальнейшее расширение MPEG-1. В нем увеличен рекомендуемый размер кадра - теперь он составляет 1920 x 1080 точек, добавлена поддержка шестиканального звука. Однако для воспроизведения видео в этом формате требуется более высокая вычислительная мощность компьютера.

Следует отметить, что велась работа над созданием стандарта MPEG-3 (не нужно путать с популярным форматом сжатия звука - MPEG-1 Audio Layer 3). Он должен был стать базовым для систем цифрового телевидения высокой четкости HDTV. Но работа над ним была прервана, поскольку нужные для HDTV требования удалось реализовать в виде небольших расширений к MPEG-2.

Доминирующий формат на сегодня это MPEG-2 с разрешением 720х576 точек. Все DVD-video диски работают в формате MPEG-2. Эфирная трансляция, в том числе ТВ высокой четкости, разнообразные плееры DVD, microMV-видеокамеры используют этот формат сжатия. И это не удивительно. После триумфального успеха MPEG-1, новый формат, обеспечивающий практически профессиональное качество картинки, утверждался довольно долго, и получился очень удачным. MPEG-2 подходит для записи полуторачасового фильма отличного качества на стандартный диск DVD (4, 7 Гб). Кроме того, в этом формате можно записывать на двойные DVD (9 Гб) фильмы повышенного качества с использованием нескольких разных дорожек звука (дубляж), разных форматов многоканального звучания, субтитров, разных углов обзора видеоматериала (несколько синхронных дорожек видео) и других цифровых новшеств. Среди них, например, присутствует произвольный мгновенный доступ к любой части видеоматериала на диске и отсутствие перемотки при достижении конца видеоматериала, что раньше являлось довольно большой проблемой.

MPEG-2 позволяет использовать разрешения вплоть до 1920х1080 пикселов (25 кадров в секунду, с полями и без полей, с прогрессивной разверткой) и поддерживает 6-канальный звук.

MPEG-3

Предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3, который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG Audio Layer III.

Форматы MPEG-1 и MPEG-2 не обеспечивали реальной возможности трансляции видео по сети Internet и создания интерактивного телевидения на их основе - слишком уж большим был размер файлов. Для его радикального уменьшения, а также реализации других функций, необходимых для передачи потокового видео, была начата работа над спецификациями нового формата - MPEG-4. По сути, он ориентирован не столько на сжатие видео, сколько на создание так называемого «мультимедийного контента» - слияния интерактивного телевидения, 3D-графики, текста и т. д.

Формат MPEG-4 сочетает отличный звук и максимальное уплотнение видеосигнала (до 30-40% лучше чем у предшественника). Разница заключается в том, что кодируется последовательность более чем из трех кадров (обычно до 250 кадров). Тем самым достигается большее сжатие и возможность смотреть в режиме реального времени качественное потоковое видео в интернете. Динамическое сжатие также эффективно использует ресурсы, и на обычный компакт-диск помещается 1, 5 часа видео в достаточно хорошем качестве. Однако, в большинстве случаев, внимательный зритель сможет увидеть на хорошем экране разницу между изображением, закодированном в MPEG2 и MPEG4.

Интересной особенностью формата является то, что для типовых объектов даже разработаны отдельные алгоритмы предсказания и описания их движений - это касается, в частности, походки людей, наиболее распространенных жестов, мимики. Теперь такие изменения в кадрах нет нужды записывать вообще - их можно рассчитать программно.

В MPEG-4 поддерживается отображение текста различными шрифтами поверх видеоизображения. Более того, этот текст может быть озвучен с помощью синтезатора речи с возможностью имитации мужских и женских голосов. При необходимости голос синхронизируется с движениями лица диктора в соответствии с произносимыми фонемами. Также может синтезироваться звучание некоторых музыкальных инструментов. Сжатие оцифрованных звукозаписей осуществляется более эффективно с помощью специально разработанного кодека AAC (Advanced Audio Codec).

Некоторые видеокамеры позволяют записывать в формате MPEG-4 видео на собственную карту памяти или работать как web-камера, передавая по USB кабелю видео со звуком в формате MPEG-4. Кроме того, современные технологии позволяют даже воспроизводить цифровое телевидение (сжатое в формате MPEG-4 или MPEG-2) с помощью мобильных телефонов, используя GPRS.

На сегодня, MPEG-4 - это наиболее популярный формат распространения видео в интернете и на персональных компьютерах. Рациональное использование памяти при хорошем качестве видео дают о себе знать. Каждая последующая версия кодека MPEG-4 (на сегодня используются 3.хх, 4.хх и 5.хх версии) привносит всё новые и новые прогрессивные улучшения. Большое количество бытовых плееров, КПК и прочих устройств без проблем работают с этим форматом. MPEG-4 будет актуален еще, как минимум, лет десять, пока ему на смену не придёт что-то принципиально новое.

JPEG [Joint Photographic Experts Group] - алгоритм сжатия неподвижного изображения. Формат JPEG изначально предусматривает контролируемое, но необратимое ухудшение качества. Основная идея этого алгоритма сжатия заключается в том, что вся «картинка» разбивается на квадраты 8x8 точек, а изображение в каждом квадрате раскладывается на гармоники (преобразование Фурье). Сохраняются только основные гармоники, а значения остальных грубо округляются. Особенностью формата сжатия JPEG является действительно быстрая [полный кадр за 1/50 секунды] и высокая компрессия [в 10 … 100 раз].

Традиционно формат JPEG применяется для компрессии полноцветных изображений и изображений в градациях серого без резких переходов яркости, обеспечивая, пожалуй, наилучшее цифровое сжатие. Переход от монохромного изображения к цветному RGB увеличивает объем картинки всего в полтора раза, а не в три.

Формат JPEG используют web-камеры и web-видеосерверы, - видеонаблюдение в этом случае возможно вести в окне стандартного браузера. Необходимо иметь в виду, что «живая» полноформатная картинка в формате JPEG может передаваться по каналам связи не менее 64К.

При сжатии видео по алгоритму JPEG теряется часть информации, но достигаются большие коэффициенты компрессии. В некоторых случаях проявляется эффект Гиббса – «ореол» вокруг резких горизонтальных и вертикальных границ изображения. Программное обеспечение решает, является ли конкретный квадрат 8х8 существенным в данном изображении или же его можно интерполировать. По мере повышения степени компрессии число выброшенных блоков возрастает, и на изображении начинают проступать артефакты - характерные прямоугольные дефекты.

Для обмена мультимедийными данными, используют AVI-файлы. Данный формат является наиболее распространенной формой представления видео на персональных компьютерах. В зависимости от формы представления видеоданных файлы AVI бывают различных стандартов.

Естественным и логическим этапом развития мобильной связи является возможность передачи и просмотра видео на мобильных телефонах. В сетях GSM в настоящее время возможен достаточно комфортный просмотр видеоинформации, предварительно скачанной из сети, или приготовленной собственноручно.

В настоящее время практически все компании - производители оснащают свои аппараты встроенными камерами с возможностью записи и воспроизведения видеофайлов. Используемый при этом видео-формат основан на протоколе MP4/3gp, однако это совсем не значит, что современные телефоны не умеют понимать и другие форматы представления видеоданных. Стандарт 3GPP стал основным в камерофонах с возможностью записи видео. 3GPP является частным случаем MP4 Video. Этот стандарт вошел в обиход сравнительно недавно, благодаря компании Philips, приложившей немало усилий для адаптации стандарта MPEG-4 для потокового вещания. Изначально он являлся базовым в смартфонах SonyEricsson.. В настоящее время этот проигрыватель доступен практически для всех смартфонов на базе операционных систем Symbian, Windows Mobile, а также для КПК класса PocketPC. К достоинствам формата можно отнести то, что при несовпадении размеров изначальной картинки, она автоматически преобразуется в размер, поддерживаемый телефоном. Однако качество видеороликов очень низкое, т.к. изначально этот формат предназначался для оперативной записи видеоматериала с помощью встроенной камеры, последующего просмотра и отправки в качестве вложения в MMS (ограничение в 100 Кб).

Для передачи потокового видео через Интернет используют формат файлов Flash Video (FLV). Этот формат используется такими сервисами видеохостинга, как YouTube, Google Video, Вконтакте, RuTube и другими. FLV-файл — это битовый поток, который определяется видеостандартом H.263. Стандарт H.264 видеосжатия при том же низком битрейте выдаёт значительно более детализированное и «ясное» изображение, особенно в динамических сценах. Free Audio to Flash Converter предназначен для конвертации аудио во flash-формат (SWF) и последующей вставки сгенерированного mp3-аудиоплеера на Вашу веб-страницу или блог. Поддерживаемые форматы входных аудиофайлов: mp3, ogg, wma, m4a, aac, wav.

В настоящее время рекламируется как мобильное полноэкранное видео формат MobiClip Video - классический MPEG-1. Файлы, конвертированные в этом формате, имеют расширение *.mo и могут нести в себе звук, видео и flash-анимацию. Существенным его ограничением является его непотоковый характер, то есть для просмотра необходимо загрузить весь файл целиком. Другим, не принципиальным, но существенным ограничением формата является большой объем полученных файлов. Таким образом, на телефонах появился формат видео, способный обеспечить высокое качество изображения при практически кинематографической частоте кадров. Качество воспроизведения зависит лишь от объема доступной памяти. Видеоролик проигрывается на полный экран.

В современных видео устройствах возможна запись видео в различных форматах.

Video CD это стандарт записи видео в формате MPEG-1 на обычный Compact Disk (диаметр 120 мм, толщина 1.2 мм, одна информационная сторона). Один диск обычно позволяет хранить до 74 минут видео. Для воспроизведения достаточно односкоростного CD-ROM.

Формат DVD-диска принят 8 декабря 1995 года. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc (цифровой видеодиск), несколько позже появилась расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc (универсальный цифровой диск).

Особенности dvd-видео.

1. Около 2 часов высококачественного цифрового видео (более 8 на двухстороннем, двухслойном диске).

2. Поддержка для широкоэкранных фильмов и телефильмов на стандартных или широкоэкранных телевизорах (4: 3 и 16: 9 коэффициенты сжатия).

3. До 8 звуковых дорожек на разных языках, до 8 каналов каждая.

4. До 32 дорожек субтитров/караоке.

5. Многоязычный текст идентификации для имени заголовка, имени альбома, имени песни, и т.д.

6. «Мгновенная» перемотка и быстрая перемотка вперед, включая поиск по заголовку, главе, дорожке, и коду времени.

7. Долговечность (никакого износа от использования, только от физического повреждения).

Качество DVD значительно лучше. DVD-Video упаковывается с цифровой мастер-ленты на студии в формат MPEG-2. Это сжатие с потерями удаляет избыточную информацию (например, области изображения, которые не изменяются) так, что это трудно заметно для человеческого глаза. Возникающее в результате видео, особенно, когда оно сложно или быстро изменяется, может содержать «артефакты» (местные искажения), в зависимости от качества обработки и степени сжатия. При средней пропускной способности 3.5 Mbps, искажения сжатия могут быть иногда заметны. Более высокие пропускные способности данных могут почти исключить появление искажений, при первоначальной пропускной способности мастер-ленты в 6 Mbps. Так как MPEG технология сжатия улучшается, более высокое качество достигается при более низких пропускных способностях.

Стандарт HD (High Definition - Высокое разрешение) - это новый улучшенный стандарт видео. Существует много форматов, но основных стандартов установлено два: 1080i и 720p. Оба эти стандарта значительно превосходят стандарт SD в цвете и разрешающей способности (резкость изображения и детали). Почти всё HD оборудование изначально рассчитано на «широкоформатное» изображение 16: 9. Стандарт HD в любом проявлении намного лучше «традиционных» систем. Появившийся стандарт HDV (High Definition Video - Видео высокого разрешения) - это попытка дать возможность записи видео высокого разрешения, при скорости передачи 25 Мбит/с на существующие устройства MiniDV, используя сжатие MPEG2. Многие производители уже являются приверженцами стандартов HDV. Стоит отметить, что любая домашняя запись, сделанная в HDV, будет превосходить общепринятые на сегодняшний день SD DV записи, обладающие, к сожалению, ограниченными способностями.

Задание 2.11. Кратко опишите, какие технологии сжатия звуковых файлов используются в настоящее время

Теоретические предпосылки

 

Для сжатия звуковых файлов, применяются также различные методы. Их основная цель - сжать или упростить аудиоданные так, чтобы они занимали меньший объем памяти, нежели будучи записанными «как есть». Для «сжатия звука» тоже имеются два пути.

Кодирование данных без потерь (lossless coding) - это способ кодирования аудио, который позволяет осуществлять стопроцентное восстановление данных из «сжатого звукового» потока. К такому способу уплотнения данных прибегают в тех случаях, когда сохранение оригинального качества данных критично. Например, после сведения звука в студии звукозаписи, данные необходимо сохранить в архиве в оригинальном качестве для возможного последующего использования. Существующие сегодня алгоритмы кодирования без потерь (например, Monkeys Audio) позволяют сократить занимаемый данными объем на 20-50%, а также обеспечить при этом стопроцентное восстановление оригинальных данных из полученных после сжатия. Подобные кодеры – это своего рода архиваторы данных (как ZIP, RAR и другие), только предназначенные для сжатия именно аудио.

Имеется и второй путь кодирования, на котором мы остановимся чуть подробнее, – кодирование данных с потерями (lossy coding). Цель такого кодирования - любыми способами добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при как можно меньшем объеме упакованных данных. Это достигается путем использования различных алгоритмов «упрощающих» оригинальный сигнал (выкидывая из него «ненужные» слабослышимые детали), что приводит к тому, что декодированный сигнал фактически перестает быть идентичным оригиналу, а звучит лишь похоже. Методов сжатия, а также программ, реализующих эти методы, существует много.

Наиболее известными являются MPEG-1 Layer I, II, III (последним является всем известный формат MP3), MPEG-2 AAC (advanced audio coding), Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF), MPEGPlus, TAC, и прочие. В среднем, коэффициент сжатия, обеспечиваемый такими кодерами, находится в пределах 10-14 (раз). Надо особо подчеркнуть, что в основе всех lossy-кодеров лежит использование так называемой психоакустической модели, которая как раз и занимается «упрощением» оригинального сигнала. Говоря точнее, механизм подобных кодеров выполняет анализ кодируемого сигнала, в процессе которого определяются участки сигнала, в определенных частотных областях которых имеются неслышные человеческому уху нюансы (замаскированные или неслышимые частоты), после чего происходит их удаление из оригинального сигнала. Таким образом, степень сжатия оригинального сигнала зависит от степени его «упрощения»; сильное сжатие достигается путем «агрессивного упрощения» (когда кодер «считает» ненужными множественные нюансы), такое сжатие, естественно, приводит к сильной деградации качества, поскольку удалению могут подлежать не только незаметные, но и значимые детали звучания.

Уже отмечалось, что современных lossy-кодеров существует достаточно много. Наиболее распространенный формат – MPEG-1 Layer III (всем известный MP3). Формат завоевал свою популярность совершенно заслуженно – это был первый распространенный кодек подобного рода, который достиг столь высокого уровня компрессии при отличном качестве звучания. Преимущества MP3 – широкая распространенность и достаточно высокое качество кодирования, которое объективно улучшается благодаря разработкам различных кодеров MP3 энтузиастами. Мощная альтернатива MP3 – кодек Microsoft Windows Media Audio (Файлы.WMA и.ASF). По различным тестам этот кодек показывает себя от «как MP3» до «заметно хуже MP3» на средних битрейтах и, чаще, «лучше MP3» на низких битрейтах. Битрейт – применительно к потокам данных - количество бит в секунду (bits per second). Применительно к звуковым файлам (например, после lossy-кодирования) – каким количеством бит описывается одна секунда аудио.

Отдельная категория звуковых программ, предназначенных именно для создания музыки это трекеры. Ранее мы рассмотрели два принципиально отличных способа хранения звуковых данных (музыки): первый - хранение звука в виде сжатого или несжатого потока аудио, второй - хранение музыки в виде MIDI-файлов (в виде набора команд MIDI-синтезатору). Структура и концепция построения трекерных файлов очень похожа на принцип хранения MIDI-информации. В трекерных модулях (файлы, созданные в трекерах, принято называть модулями), также, как и в MIDI-файлах, содержится партитура в соответствии с которой должны проигрываться инструменты. Кроме того, в них содержится информация о том, какие эффекты и в какой момент времени должны быть применены при проигрывании того или иного инструмента. Однако, принципиальное отличие трекерных модулей от MIDI-файлов заключается в том, что проигрываемые в этих модулях инструменты (или, точнее сказать, сэмплы) хранятся в самих модулях (то есть внутри файлов), а не в синтезаторе (как это происходит в случае с MIDI). Такой способ хранения музыки имеет ряд преимуществ: размер файлов невелик по сравнению с непрерывной оцифрованной музыкой (поскольку записываются только использованные инструменты и партитура в виде команд), нет зависимости звучания от компьютера, на котором происходит воспроизведение (в MIDI, как мы говорили, есть зависимость звучания от используемого синтезатора), имеется большая свобода творчества, поскольку автор музыки не ограничен наборов инструментов (как в MIDI), а может использовать в качестве инструмента любой оцифрованный звук. Основные программы-трекеры Scream Tracker, Fast Tracker, Impulse Tracker, OctaMED SoundStudio, MAD Tracker, ModPlug Tracker.

Следует иметь в виду, что повсеместное распространение и дальнейшее развитие уже упомянутых lossy-кодеров аудио (MP3, AAC и других) открыло широчайшие возможности распространения и хранения аудио. Современные каналы связи уже давно позволяют пересылать большие массивы данных за сравнительно небольшое время, однако самой медленной остается передача данных между конечным пользователем и поставщиком услуг связи. Телефонные линии, по которым пользователи в большинстве своем связываются с Интернетом, не позволяют осуществлять быструю передачу данных. Нечего и говорить, что такие объемы данных, какие занимает несжатая аудио и видео информация, передавать по привычным каналам связи придется очень долго. Однако появление lossy-кодеров, обеспечивающих десяти-пятнадцати кратное сжатие, превратило передачу и обмен аудио данными в повседневное занятие каждого пользователя Интернета и сняло все преграды, образованные слабыми каналами связи. Касательно этого нужно сказать, что развивающаяся сегодня семимильными шагами цифровая мобильная связь во многом обязана именно lossy-кодированию. Дело в том, что протоколы передачи аудио по каналам мобильной связи работают на приблизительно тех же принципах, что и известные всем музыкальные кодеры. Поэтому дальнейшее развитие в области кодирования аудио неизменно ведет к уменьшению стоимости передачи данных в мобильных системах, от чего конечный пользователь только выигрывает: дешевеет связь, появляются новые возможности, продлевается время работы батарей мобильных устройств и т.д. Не в меньшей степени lossy-кодирование помогает экономить деньги на покупке дисков с любимыми песнями – сегодня стоит только зайти в Интернет и там можно найти почти любую интересующую песню. Безусловно, такое положение вещей давно «мозолит глаза» звукозаписывающим компаниям – у них под носом люди вместо покупки дисков обмениваются песнями прямо через Интернет, что превращает некогда золотое дно в малоприбыльный бизнес, но это уже вопрос этики и финансов. Одно можно сказать с уверенностью: с таким положением вещей уже ничего нельзя поделать и бум обмена музыкой через Интернет, порожденный именно появлением lossy-кодеров, уже ничем не остановить. А это только на руку рядовому пользователю

Таким образом, после первичного кодирования сообщений обмен компьютерной информацией может осуществляться в самых различных форматах. Ими могут быть форматы текстовых редакторов (doc, rtf), документов для издательских систем (pdf). Презентаций, электронных слайдов (ppt), гипертекста (htm, html), видео (avi, mpg, mpeg), аудио (wav, mp-3) и графических данных [jpeg, gif, jpg, tif, png (Portable Network Graphics), gif (Graphics Interchange Format)]. Информация, непосредственно получаемая с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких-либо преобразований, хранится в формате RAW. Практически все полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует.

Задание 2.12. Кратко опишите, что используют для уменьшения и устранения ошибок, возникающих в каналах связи.

 

 

Полученное сообщение в цифровой форме поступает на вход кодера канала (рис. 8.2). На данном этапе выполняется совокупность действий, предназначенных для повышения помехоустойчивости передачи информации по каналу связи и объединения сообщений в групповые потоки для передачи по конкретным каналам связи.

Все дело в том, что в процессе передачи информации она может теряться, искажаться. Например, может возникать искажение звука в телефоне, на нее могут воздействовать атмосферные помехи, в телевидении возможно затемнение изображения. Эти помехи (шумы) искажают информацию. Если при передаче информации возникают помехи, то информация от источника к приемнику поступает в искаженном виде. При этом ошибки, возникающие при передаче информации, бывают 3-х видов: часть правильной информации заменяется на неправильную; к передаваемой информации добавляются лишние, посторонние сообщения; часть информации при передаче пропадает.

Широкое распространение в кодере канала получило использование методов помехоустойчивого кодирования, предназначенных для уменьшения и устранения ошибок, возникающих в каналах связи.

При блочном помехоустойчивом кодировании двоичные символы кодируемого сообщения разбиваются на блоки («слова») фиксированной длины, после чего каждый из блоков преобразуется в блок большей длины путем добавления проверочных символов. Математически эта процедура преобразования для блоковых кодов сводится к операции умножения на специальную матрицу, зависящую от конкретного вида кода. В настоящее время известны и используются коды Голея, Хэмиминга, Адамара, Рида- Соломона и др., а также их многочисленные модификации. Для ряда устройств передачи информации в сочетании с помехоустойчивым кодированием применяется процедура скремблирования, служащая для выравнивания характеристик цифрового потока.

В связи с появлением в современных системах связи иерархии каналов, отличающихся скоростями передачи информации и ее форматами, широкое распространение получили различные методы мультиплексирования, позволяющие объединять разнородные двоичные потоки для их передачи по высокоскоростным каналам связи.

Для мультиплексирования может использоваться метод, когда каждому из абонентов выделяется фиксированное число бит на каждом временном отрезке передачи информации. В этом случае информация, поступающая от различных абонентов, накапливается и передается в канале связи по мере поступления. При этом достигается существенная экономия ресурсов канала связи за счет того, что в паузах, возникающих при передаче сообщений одних абонентов, передаются сообщения других.

Полученные в результате цифровые потоки для передачи непосредственно в канал связи преобразуются в модулированный сигнал в модуляторе (рис. 8.2). Особенности распространения электромагнитных волн в различных каналах обусловили появление большого количества способов модуляции, применяемых при передаче информации по каналу.

Чтобы облегчить понимание того, зачем применяют различные виды модуляции и как она осуществляется в модуляторе (рис. 8.2), уместно сначала рассмотреть, несколько забегая вперед, что такое канал передачи информации [Data Communication Channel (DCC) или просто Channel].

Эксперимент 3. Изучение основных понятий, связанных с физической средой по которым перемещают информацию, и структурой канала

Теоретические предпосылки

 

Канал (Channel) связи – это часть коммуникационной сети, представляющая, в простейшем случае, физическую среду, предназначенную для передачи информации. Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме.

Поскольку каналы передачи данных связывают между собой пары оконечных терминалов, то, в общем случае, канал может состоять из одной или нескольких физических сред и аппаратуры передачи данных. Иначе говоря, канал представляет собой совокупность технических (и программных) средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих генерирование, передачу и опознавание сигналов, отображающих сообщения в соответствии с принятым кодом и модуляцией.

По каналу надо передавать как можно больше информации и на большие расстояния. Поэтому одной из важнейших характеристик канала связи является скорость передачи данных, которую он обеспечивает. Напомним, что для измерения быстроты передачи информации используется специальная величина – бит в секунду. Так как один байт информации состоит из восьми бит, то для того, чтобы определить, сколько байт в секунду теоретически способен пропустить один канал, необходимо величину быстродействия канала сети разделить на восемь. Например, если канал передает информацию со скоростью 100 Мбит/с, то определяем что канал способен передать 12, 5 Мбайт данных в секунду.

Физическая среда передачи данных может быть естественной и искусственной.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: