Digitalizcia zvuku a videa A Skyvov 8 Ao

Digitalizácia zvuku a videa A. Skyvová 8. Ao

Zvuk a jeho vlastnosti � Pozdĺžne mechanické vlnenie v látkovom prostredí � Výška (frekvencia) – udáva sa hertzoch (Hz) je daná rýchlosťou šírenia vibrácií ◦ < 16 Hz – infrazvuk ◦ 16 Hz – 20 k. Hz ◦ > 20 k. Hz – ultrazvuk � Intenzita (amplitúda) – udáva sa v decibeloch (db), určuje hlasitosť, s akou zvuk vnímame

Digitalizácia zvuku � Prevod analógového signálu do digitálnej podoby � Zvuk môžeme buď vytvoriť v počítači alebo zachytiť prostredníctvom mikrofónu. � Mikrofón – zariadenie na premenu akustického signálu na elektrický � Najdôležitejším prvkom je analógovo-digitálny prevodník (A/D prevodník). Pre opačný proces – D/A prevodník � Oba prevodníky bývajú zväčša na jednom čipe na zvukovej karte – kodek � Kodek = Coder a DECoder ◦ Slúži na zakódovanie a dekódovanie - na kompresiu a dekompresiu zvuku. Ovládač, ktorý pridáva podporu operačný systém, kóduje dátový tok do vhodného formátu a/alebo dovoľuje dátový prenos prehrávať. Používajú stratovú kompresiu.

Pulzná kódová modulácia (PCM) � Najrozšírenejšia forma kódovania zvukov, prebieha v troch krokoch: � 1. Vzorkovanie � Proces v ktorom sa z analógového signálu zachytávajú len hodnoty každých niekoľko milisekúnd – podľa vzorkovacej frekvencie � Vzorkovacia frekvencia – počet meraní (vzoriek, sample) za jednu sekundu záznamu � Čím je hodnota vzorkovacej frekvencie vyššia, tým kvalitnejší zvuk získame, nevýhodou je avšak obrovský nárok na kapacitu pamäti. � Nyquistovo kritérium – frekvencia, ktorou sa vzorkovanie prevádza, musí byť aspoň 2 -krát vyššia ako frekvencia pôvodného signálu

� 2. Kvantovanie � Vyjadruje bohatosť zvuku, s danou presnosťou (počet kvantovacích úrovní – počet bitov, v ktorých je nahrávka zakódovaná) zaznamenáva (meria, kvantuje hodnotu) úroveň aktuálnej úrovne signálu. Namerané hodnoty sa "zaokrúhľujú" na najbližšiu úroveň (celočíselnú hodnotu) amplitúdy každej vzorky, t. j. zaokrúhľuje spojitý signál na diskrétne číslo. � Čím je počet kvantovacích úrovní väčší, tým je nahrávka kvalitnejšia.

� 3. Kódovanie � Zapísanie nameraných zaokrúhlených hodnôt v binárnom tvare.

Zvukové formáty � Nekomprimované � Zaberajú na disku viac miesta � Ukladajú zvukové dáta v takej podobe ako boli získané digitalizáciou � Komprimované � Sú pri porovnateľnej kvalite menšie � Odstraňujú nadbytočné dáta ◦ Stratové – odstraňujú väčšie množstvo dát, takže sa nemôžeme vrátiť k ich pôvodnej kvalite ◦ Bezstratové - odstraňujú len istú časť dát, tak aby bolo možné vrátiť súbor do originálneho stavu

Nekomprimované formáty � AU (*. au, *. snd) – Audio File Format – podporuje ho väčšina programov pre prácu so zvukom, štandard pre prostredie Unix a programovací jazyk Java � AIFF (*. aiff, *. aif) – Audio Interchange File Format – zvukový formát používaný v mac. OS � WAVE (*. wav) – Waveform Audio File Format – predvolený formát v OS Windows, vzniká pri digitalizácií zvuku. Dá sa prehrať na všetkých počítačoch so zvukovou kartou, nie je však vhodný na prenos po sieti, ale na ukladanie malých súborov.

Komprimované formáty � MPEG Audio (*. mp 1, *. mp 2, *. mp 3, *m 2 a, *. mpg) – Motion Picture Experts Group – stratová kompresia � *. MP 3 – MPEG audio Layer III – stratová kompresia, funguje na princípe psychoakustiky – využíva nedokonalosť ľudského sluchu – vymaže zložky zvuku, ktoré by sme aj tak nepočuli – napr. nepočujeme nízke tóny prekryté vyššími, tiché zvuky prekryté hlasnejšími. . . Základná veličina, ktorá ovplyvňuje kvalitu mp 3 súboru je tzv. bitrate - rýchlosť dátového toku hovorí o tom, koľko bitov je potrebných na rekonštrukciu jednej sekundy zvukového záznamu. Udáva sa v jednotkách kbps. Čím je bitrate vyšší, tým je lepšia kvalita, súbor väčší. � WMA (*. wma) – Windows Media Audio – stratová kompresia, má podobné vlastnosti ako mp 3 formát, kvalitou ho mierne prekonáva, ale iba pri nižších dátových tokoch. Dokáže licencovať obsah. � FLAC – Free Lossless Audio Codec – bezstratová kompresia – súborový formát a zároveň kodek tohto formátu, veľkosť zkomprimovaného súboru je asi 50 -60% veľkosti pôvodného súboru. � MIDI (*. MID) – Musical Instrument Digital Interface – bezstratová kompresia, medzinárodný štandard, ktorý používajú hudobné nástroje za účelom vzájomnej komunikácie.

Video � Séria statických obrázkov (snímok – frame), doplnených zvukovým záznamom, ktoré sa rýchlo vymieňajú (štandardné video predstavuje 25 - 30 framov za sekundu). � Postup pri zápise videa do binárneho kódu je podobný ako pri zápise obrázkov. Dôsledkom toho je však hromadenie dát, preto pre reálne použitie digitálneho videa je nutné toto množstvo informácií komprimovať použitím vhodnej metódy kompresie. � Preto potrebujeme video zmenšiť, skomprimovať. Podobne ako pri zvuku, aj v tomto prípade sa pre tento účel používajú kodeky (kóder - dekóder). Niektoré sú súčasťou operačného systému, iné treba stiahnuť z webových stránok ich výrobcov. Existujú aj takzvané balíky (codecpack), ktoré obsahujú najčastejšie používané kodeky.

Metódy kompresie videa � Zobrazovať obrázok s menším rozmerom � Zobrazovať menej obrázkov za sekundu - nebude plynulý prechod � Kompresia aplikovaná na každý obrázok zvlášť (len pre rýchle počítače) � Zapamätať si len prvý obrázok sekvencie a ďalej prenášať iba informácie o zmene t. j. o pohybe – MPEG

Digitalizácia videa � Analógový signál zachytený na videopáske, či vysielaný v TV je potrebné pre spracovanie v počítači previesť do digitálnej formy. K tomuto účelu slúžia A/D prevodníky umiestnené na videokarte v počítači. Cez AV vstup prichádza do videokarty plynulý tok informácií, ktorý sa počas vzorkovania (sampling) konvertuje do digitálnej podoby. Aby náš mozog vnímal zobrazovaný dej spojite, potrebujeme jeho priebeh zobraziť 25 -timi obrázkami za sekundu.

Formáty � AVI - Audio Video Interleave - kontajnerový formát pre ukladanie obrazu a zvuku. Použila ho firma Microsoft už v operačnom systéme Windows 3. 11. Video dáta boli pôvodne bez kompresie s rozlíšením 160 x 120 bodov pri 15 snímkach za sekundu, pretože procesory neboli také výkonné, aby zvládli dekompresiu v reálnom čase. Následne bol tento formát doplnený o vyššie rozlíšenie, vrátane voľby kodeku pre zníženie dátového toku. � MPEG (Moving Pictures Expert Group) - najbežnejší formá digitálneho videa, ktorý je využívaný k distribúcii. Umožňuje kompresiu až v pomere 200 : 1 pri vysokej kvalite obrazu. Táto kompresia je však veľmi náročná, takže napr. kompresia jednej minúty videa môže trvať celú hodinu a súčasne podľa použitého kompresného pomeru (napr. 10: 1) zaberá viac než štvrť GB pamäte.

� MOV - formát digitálneho videa pre počítače Apple Computer. K prehrávaniu týchto súborov je nutné disponovať špeciálnym prehrávačom akým je napr. Quick Time for Windows. Táto technológia umožňuje uchovávať prakticky akékoľvek multimediálne formáty (audio, video, titulky, dokonca aj efekty a pod. ), ktoré sa prostredníctvom sústavy knižníc algoritmov označovanej ako Quick. Time Framework kódujú a dekódujú � WMV- Windows Media Video - komprimovaný súborový videoformát pre niekoľko kodekov vyvinutých spoločnosťou Microsoft, zákonom chránených. Originálny kodek známy ako WMV, bol pôvodne navrhnutý pre internetové streamingové aplikácie.

Ďakujem za pozornosť � Zdroje: � Poznámky zvuky � http: //www. sportgymke. sk/informa/temy/5_Zvuk%20 a%20 video. pdf