Представление видеоинформации в компьютере

Представление видеоинформации в компьютере

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы.
Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные.
Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).
Существует множество различных форматов представления видеоданных.
В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео).
Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple.

Задание №1. Используя таблицу символов, записать последовательность десятичных числовых кодов в кодировке Windows для своих ФИО, названия улицы, по которой проживаете. Таблица символов отображается в редакторе MS Word с помощью команды: вкладка Вставка→Символ→Другие символы

В поле Шрифт выбираете Times New Roman, в поле из выбираете кириллица. Например, для буквы «А» (русской заглавной) код знака– 192.
Пример:

И В А Н О В А Р Т Е М
200 194 192 205 206 194 192 208 210 197 204
П Е Т Р О В И Ч
207 197 210 208 206 194 200 215
А Н И С И ММ О В М А К С СИ М
192 205 200 209 200 204 206 194 204 192 202 209 200 204

Выполнение задания №1

В ЛЛ А Д И М И Р О В И Ч
194 2203 192 196 200 204 200 208 206 194 200 215

Задание №2. Используя стандартную программу БЛОКНОТ, определить, какая фраза в кодировке Windows задана последовательностью числовых кодов и продолжить код. Запустить БЛОКНОТ. С помощью дополнительной цифровой клавиатуры при нажатой клавише ALT ввести код, отпустить клавишу ALT. В документе появиться соответствующий символ.

Выполнение задания №2

я У ч У с ь в б и к п о
0255 0243 0247 0243 0241 0252 0226 0225 0232 0234 0239 0238
с п е ц и а л ь н о с т и
0241 0239 0229 0246 0232 0224 0235 0252 0237 0238 0241 0242 0232

Заполнить верхнюю строку

Названием специальности

д д

Задание №3. Заполнить пропуски числами:

1 Кбайт =1024 байт =8 бит
2 Кбайт =2048 байт =16 бит
8 Кбайт =8192 байт =64 бит

Задание №4. Перевести десятичное число в двоичную систему счисления и сделать проверку:
1. 51=110011

Задание №5. Записать в развернутой форме восьмеричное число и, произведя вычисления, выразить в десятичной системе счисления:

568
738

Задание №6. Ответить на вопросы:

1. Что такое информация? Информация — это любые сведения, принимаемые и передаваемые, сохраняемые различными источниками. Информация — это вся совокупность сведений об окружающем нас мире, о всевозможных протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты живыми организмами, электронными машинами и другими информационными системами.
2. Перечислить свойства информации. Полнота, Актуальность, Доступность, Репрезентативность, Адекватность, Достоверность
3. Какие виды информации Вы знаете? Текстовая Числовая — в виде цифр и знаков, обозначающих математические действия. ♦ Графическая — в виде изображений, предметов, графиков. ♦ Звуковая — устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём. ♦ Видеоинформация — передаваемая в виде видеозаписи.
4. Приведите примеры аналогового представления графической информации. Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.
5. Что такое пиксель? наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике,
6. Что такое система счисления? символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков.
7. Напишите правило перевода десятичных чисел в двоичный код.
8. Перечислите единицы измерения информации.
Читайте также:  Как форматировать диск в gpt

Задание №7. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе:

В последнее время компьютер чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, если можно так сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.[11]

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Также, для создания эффекта движения на экране используется дискретная по сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то глаз человеческий воспримет изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной — 241.

Основной принцип представления цифрового видео: эффект восприятия динамической картины человеческим зрением создается благодаря последовательной демонстрации отдельных кадров (с достаточной частотой). При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, для уменьшения размеров видеофайлов применяются специальные программки, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип похожести последовательных кадров друг с другом.[10]

В начале был аналог. Самым ранним методом передачи видеосигналов стал метод аналоговый. Одним из первых видео форматов на основе этого принципа — композитный видеосигнал. Композитное аналоговое видео комбинирует все компоненты видео (цвет, яркость, синхронизацию и т. п.) в один сигнал. Из-за объединения элементов в одном сигнале качество композитного видео от совершенства далеко. В результате имеется неточная цветопередача, недостаточно "чистая" картинка и др. факторы потери качества.

Композитное видео сразу уступило дорогу видео компонентному, в котором различные компоненты видео представлены независимыми сигналами. Дальнейшие совершенствования этого формата привели к появлению различных его вариаций: S — Video, RGB, Yи др.

Тем не менее, вышеперечисленные форматы остаются аналоговыми по своей сути, и поэтому обладают существенным недостатком: при копировании дубль всегда уступит по качеству оригиналу. Потеря качества при копировании видеоматериала фотокопированию аналогична, когда копия не бывает такой же четкой и яркой, как оригинал.[5]

Цифровое видео. Недостатки, присущие аналоговому способу воспроизведения видео, в конце концов привели к разработке цифрового формата. На смену аналоговому видео пришло цифровое видео. В области профессионального видео применяется несколько цифровых форматов видео: D1, D2, Digitall Beta Cam и др. В отличие от аналогового видео, качество которого при копировании падает, каждая копия видео цифрового идентична оригиналу.

Хотя современный видеоряд базируется на основе цифровой, почти все цифровые видео форматы до сих пор в качестве исходного носителя сигнала используют пленку с последовательным доступом. Поэтому большинству профессионалов в области видео привычней работать с пленкой, чем с компьютером.

Конечно, пленка в качестве источника данных все еще остается более предпочтительной, чем жесткий диск компьютера, так как вмещает значительно больший объем данных. Зато для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает ряд существенных преимуществ: не только обеспечивает прямой доступ к любому фрагменту видео (что невозможно при работе с пленкой, поскольку к необходимым участкам можно добраться только последовательно, просматривая видеоматериал), но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).

Это достаточно веские причины для перехода видеопроизводства с традиционного оборудования на компьютерное. [3]

Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанные с ними звуки. Элементы видео хранятся в цифровом формате.

Существует множество способов хранения и воспроизведения видео на компьютере. С появлением компьютерного цифрового видео стихийно стали возникать самые разнообразные форматы представления видеоданных, что поначалу привело к небольшой путанице и вызвало проблемы совместимости. Однако в последние годы благодаря усилиям Международной организации по стандартизации (ISO — Internationall Standards Organisation) выработаны единые стандарты на форматы видеоданных.


Опубликовано в рубрике
"На стенд"

Представление
видеоинформации
в ЭВМ

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, с позволения сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также (куда компьютерным пользователям без них!) многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.

Читайте также:  Как включить директ икс

Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы, причем не только процессора, но и CD-ROM, с которого считываются данные, конечно, видеосистемы, а также всех информационных шин, по которым данные передаются от одного устройства к другому. В частности, в [1] приводится очень наглядный пример, когда при весьма скромном размере окна видеоизображения 360×240 и 16 битах цветовой информации на каждый пиксел скорость передачи данных превышает один мегабайт в секунду. "То есть за десять минут должно быть передано более 600 Мбайт данных, что эквивалентно немного немало целому диску CD-ROM!" Таким образом, если для прочих видов информации сжатие лишь повышает удобства работы, то для видеоинформации технологии сжатия имеют поистине жизненно важное значение.

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной – 24 1 .

Традиционный кадр на кинопленке "докомпьютерной" эпохи выглядел так, как показано на рис.1. Основную его часть, разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по обоим краям пленки периодическая система отверстий ( перфорация ) служит для механической протяжки ленты в киноаппарате с помощью специального механизма.


Рис.1

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым ), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра ( разностные кадры).

Принцип формирования разностного кадра поясняется рис.2, где продемонстрировано небольшое горизонтальное смещение прямоугольного объекта. Отчетливо видно, что при этом на всей площади кадра изменились всего 2 небольшие зоны: первая сзади объекта возвратилась к цвету фона, а на второй – перед ним, фон перекрасился в цвет объекта. Для разноцветных предметов произвольной формы эффект сохранится, хотя изобразить его будет заметно труднее.


Рис.2

Конечно, в фильме существует много ситуаций, связанных со сменой действия, когда первый кадр новой сцены настолько отличается от предыдущего, что его проще сделать ключевым, чем разностным. Может показаться, что в компьютерном фильме будет столько ключевых кадров, сколько новых ракурсов камеры. Тем не менее, их гораздо больше. Регулярное расположение подобных кадров в потоке позволяет пользователю оперативно начинать просмотр с любого места фильма: "если пользователь решил начать просмотр фильма с середины, вряд ли он захочет ждать, пока программа распаковки вычислит все разности с самого начала" [1]. Кроме того, указанная профилактическая мера позволяет эффективно восстановить изображение при любых сбоях или при "потере темпа" и пропуске отдельных кадров на медленных компьютерных системах.

Заметим, что в современных методах сохранения движущихся видеоизображений используются и другие типы кадров [1,2].

Существует множество различных форматов представления видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI ( A udio V ideo I nterleave – чередование аудио и видео) 2 . Суть AVI файлов состоит в хранении структур произвольных мультимедийных данных, каждая из которых имеет простой вид, изображенный на рис.3. Файл как таковой представляет собой единый блок, причем в него, как и в любой другой, могут быть вложены новые блоки. Заметим, что идентификатор блока определяет тип информации, которая хранится в блоке.


Рис.3

Внутри описанного выше своеобразного контейнера информации (блока) могут храниться абсолютно произвольные данные, в том числе, например, блоки, сжатые разными методами. Таким образом, все AVI-файлы только внешне выглядят одинаково, а внутри могут различаться очень существенно.

Еще более универсальным является мультимедийный формат Quick Time , первоначально возникший на компьютерах Apple. По сравнению с описанным выше, он позволяет хранить независимые фрагменты данных, причем даже не имеющие общей временной синхронизации, как этого требует AVI. В результате в одном файле может, например, храниться песня, текст с ее словами, нотная запись в MIDI-формате, способная управлять синтезатором, и т.п. Мощной особенностью Quick Time является возможность формировать изображение на новой дорожке путем ссылок на кадры, имеющиеся на других дорожках. Полученная таким способом дорожка оказывается несоизмеримо меньше, чем если бы на нее были скопированы требуемые кадры. Благодаря описанной возможности файл подобного типа легко может содержать не только полную высококачественную версию видеофильма, но и специальным образом "упрощенную" копию для медленных компьютеров, а также рекламный ролик, представляющий собой "выжимку" из полной версии. И все это без особого увеличения объема по сравнению с полной копией.

Читайте также:  Сколько можно создать каналов в телеграмме

Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG ( M otion P icture E xpert G roup), который разработан и постоянно развивается созданным в 1988 году Комитетом (группой экспертов) международной организации ISO/IEC ( I nternational S tandards O rganization/ I nternational E lectrotechnical C ommission) по стандартам высококачественного сжатия движущихся изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику. Укажем лишь наиболее общие приемы, за счет которых достигается сжатие. Прежде всего, обрабатываемый сигнал из RGB-представления с равноправными компонентами преобразуется в яркость и две "координаты" цветности. Как показывают эксперименты, цветовые компоненты менее важны для восприятия и их можно проредить вдвое. Кроме того, производится специальные математические преобразования (DCT – дискретно-косинусное преобразование), несколько загрубляющее изображение в мелких деталях. Опять таки из экспериментов следует, что на субъективном восприятии изображение это практически не сказывается. Наконец, специальными методами (в том числе и методом, изображенным на рис.2) ликвидируется сильная избыточность информации, связанная со слабыми отличиями между соседними кадрами 3 . Полученные в результате всех описанных процедур данные дополнительно сжимаются общепринятыми методами, подобно тому, как это делается при архивации файлов.

В последнее время все большее распространение получает технология под названием DivX (происходит от сокращения слов Di gital V ideo E x press, обозначающих название видеосистемы, которая "прославилась" неудачной попыткой взимать небольшую оплату за каждый просмотр видеодиска; к собственно технологии DivX это никакого отношения не имело). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск – сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. И хотя это достижение, к сожалению, чаще всего используется для пиратского копирования, сам по себе этот факт не умаляет достоинств новой технологии. Как и то, что самая первая версия сжатия DivX была сработана французскими хакерами из MPEG-4 – современные версии DivX уже не имеют к этому событию никакого отношения [3,4].

Наиболее популярные программы проигрывания видеофайлов позволяют использовать замещаемые подсистемы сжатия и восстановления видеоданных – кодеки (от англ. co mpression/ dec ompression – codec, сравните с образованием термина "модем").


Рис.4

Такой подход позволяет легко адаптировать новые технологии, как только те становятся доступными. Замещаемые кодеки хороши как для пользователей, так и для разработчиков программного обеспечения. Тем не менее, большое разнообразие кодеков создает определенные трудности для производителей видеопродукции. Часто в качестве выхода из создавшегося положения необходимые кодеки помещают на компакт-диск с фильмами или даже поставляют видеоматериалы в нескольких вариантах, предоставляя тем самым возможность выбрать подходящий. Все больше распространяется автоматизация распознавания, когда плейер, обнаружив информацию об отсутствующем кодеке, загружает его из Интернет.

1 на российском телевидении принят формат SECAM, базирующийся на 25 кадрах в секунду, в европейских странах в формат PAL заложена такая же частота; в то же время, действующий в Северной Америке и Японии стандарт NTSC использует приблизительно 30 (точнее, 30000/1001) кадров/сек., что связано со значением частоты переменного тока электрической сети

2 AVI-файлы есть частный случай более общего формата RIFF (Resource Interchange File Format), к которому относятся также и стандартные файлы Windows с расширением WAV

3 интересно отметить, что MPEG даже пытается отслеживать смещение малоизменяющихся по своей структуре блоков [2]

Кенцл Т. Форматы файлов Internet. СПб.: Питер, 1997, 320 с.

Костелло С. DivX: из подполья в гостиные. / "Computerworld", N 40, 2000, Издательство "Открытые системы".

Ссылка на основную публикацию
Почему телефон ночью быстро разряжается
Если телефон стал быстро разряжаться, это еще не значит, что виновата батарея. В 70% случаев пользователь сам настроил устройство таким...
Почему имя пользователя недоступно в инстаграме
Как быть, если такое имя пользователя Instagram уже занято, но соответствующий ему аккаунт кажется неактивным? Если имя пользователя, которое вы...
Почему индукционная плита щелкает
Если индукционная плита щелкает при работе, рекомендуется ознакомиться с особенностями работы техники. При уверенности, что устройство вышло из строя, не...
Почему телефон самостоятельно перезагружается
Постоянная и не запланированная перезагрузка смартфона на Android – раздражающая ошибка. Она порождает плохое настроение и желание расстаться с гаджетом....
Adblock detector