Зберігання і відтворення мультимедійних даних

АУДІОДАНІ ТА АУДІОФОРМАТИ

Щоб зафіксувати звуки довкола нас (голоси, музику, звуки природи тощо), застосовують техніку звукозапису. Загалом для цього потрібно мати:

1) мікрофон — пристрій, що перетворює акустичні коливання (рис. 4.2) па електричний сигнал, або звуковий синтезатор;

2) пристрій, що перетворює електричні коливання на послідовність цифр (ми розглядатимемо цифровий запис);

3) пристрій для запису даних на цифровий носій (жорсткий диск, компакт-диск тощо).

Звукові сигнали, щоб зберегти в цифровому вигляді, дискретизують, тобто через певні проміжки часу вимірюють амплітуду сигналу і записують її величину в двійковій формі.

Під час відтвореппя звуку ці дані потоком передаються на відповідний пристрій. Наприклад, якщо йдеться про звук у форматі CD-Audio, то за 1 с передається 1411,2 Кбіт. Кількість інформації, переданої за одиницю часу під час відтворення файла, називають бітовою частотою (бітрейтом, англ. bit rate) і вимірюють у бітах за секунду (біт/с). Чим більший бітрейт, тим ближчий звук до оригіналу. Обсяг звукового файла в байтах дорівнює добутку бітрейту па тривалість звучання в секундах, поділеному на 8.

Для зменшення обсяг}' звукових даних застосовують стиснення. Стиснення звуку з втратами зазвичай базується на тому, що люди не розрізняють або погано розрізняють негучні сигнали на фоні гучних.

Алгоритми стиснення видаляють неіучні сигнали, завдяки чому вдається значно зменшити значення бітрейту. Сьогодні найчастіше використовують бітрейти величиною 256, 192 і 128 кбіт/с.

Для аматорських завдань із звукового оформлення кліпів можна записати голос за допомогою диктофона, вбудованого в смартфон. Також можна скористатися аудіозаписами з Інтерпету.

Формати файлів для зберігання звуку

Оскільки для зберігання звукової інформації застосовують різні методи кодування та стиснення, існує багато звукових форматів файлів. Ознайомтеся з деякими з них.

MP3 (Motion Picture Experts Group Layer 3). Забезпечує високий ступінь стиснення даних (в 11 разів вищий порівняно з форматом CD-Audio) і дає змог}' створювати файли невеликого обсягу, які мають розширення mp3. Використовує стиснення з втратами, підтримує стерео і потокове передавання. Сьогодні вважається найпоширенішим форматом зберігання аудіозаписів в Інтерпеті.

Monkey’s Audio. Формат кодування аудіо без втрат. Файли мають розширення .аре (аудіодаїгі) та .арі (метадані). Забезпечує дуже високий ступінь стискання аудіо, проте распаковуваппя вимагає великих обчислювальних ресурсів.

WMA (Windows Media Audio). Ліцензований формат, розроблений корпорацією Microsoft як альтернатива MP3. Номінально він забезпечує більш ефективне стиснення даних порівняно з конкурентом, однак загалом його переваги не є очевидними. Як послідовний прихильник дотримання авторських прав корпорація Microsoft забезпечила підтримку формату цифрової системи керування авторськими правами (DRM), що унеможливлює прослуховувапня захищеного запису на будь-якому комп’ютері, крім того, з якого він був завантажений.

Cue Sheet (файл розмітки). Текстовий файл з метаданими, що описують послідовність і тривалість треків па CD (також є файли розмітки для DVD і Blu-ray). Підтримуються багатьма програмами для запису оптичних дисків та медіапрогравачами.

ВІДЕОДАНІ ТА ВІДЕОФОРМАТИ

Щоб зафіксувати візуальну інформацію, можна застосовувати відео-запис — електронну технологію запису відеосигналу (сигналу телебачення) або цифрового потоку відеоданих на фізичний носій.

Звичайно, це можна робити і за допомогою комп’ютера. У такому разі йдеться про захоплення відео — процес перетворення відеосигналу із зовнішнього джерела на цифровий потік і запис його у відеофайл.

Зовнішнім джерелом можуть бути відеокамери, магнітофони, потокове відео з мережі, TV-тюпери, ресивери цифрового телебачення та інші пристрої.

Зазначимо, що відеозображення телевізійної якості в «початковому» вигляді мають дуже великий обсяг даних. Проведемо прості розрахунки, виходячи з того, що відео — це потік нерухомих зображепь-кадрів. Якщо розмір статичного зображення становить 800x600 пікселів (точок), а колір кожного піксела кодується двома байтами, то зображення займатиме в пам’яті 800x600x2 = 960 000 байт, тобто трохи менше 1 Мбайт. Це начебто й небагато: на компакт-диску поміститься понад 700 таких зображень. Але якщо йдеться про фільм, стандартна швидкість відтворення якого становить 24 кадри за секунду, то в не стисненому вигляді па компакт-диск можна буде записати лише фрагмент тривалістю 700 : 24 = 29 с. Ось чому відеозображення неодмінно потребують стиснення (компресії).

Для стиснення відеоданих застосовують алгоритми стиснення з втратами, коли початкові дані можна відновити лише з викривленнями, які можуть бути непомітними для людини.

Алгоритми стиснення відео ґрунтуються на відповідних алгоритмах для статичних зображень, використовуючи їх у різних поєднаннях і послідовностях. Але є і додаткові методи компресії. Наприклад, кожний наступний кадр можна зберігати не повністю, а лише його відмінності від попереднього. Інший алгоритм — Motion Prediction (передбачення руху) — базз'сться па тому, що об’сісти зазвичай швидко рухаються, але повільно змінюються. З огляду на це зображення поділяють на блоки, порівнюють їх з відповідними блоками попереднього кадру і найменш відмінні зберігають всього один раз на кілька кадрів.

Формати файлів для зберігання відео

Як і аз'діо, відео зберігається у файлах різноманітних форматів. Розглянемо найпоширеніші з них.

WMV (Windows Media Video). Формат розроблений корпорацією Microsoft для програвана Windows Media. Відеофайли, збережені в цьому форматі, мають розширення .wmv або .asf.

MPEG. Створений групою MPEG (Moving Pictures Experts Group) ще на початку 1990-х років. Файли цього формату мають розширення .dat, .mpg, .тре, .mpeg, .трі, .тр2 або .mp4. Грзпа MPEG розробила три алгоритми стиснення відеоданих. MPEG-1, який був створений першим,

забезпечував середню якість зображення і не дуже високий ступінь стиснення. MPEG-2 давав відчз'тпо кращу якість відеозображеиь. MPEG-4 забезпечує ще вищу якість і більший ступінь стиснення порівняно зі своїми попередниками, підтримує додаткові можливості (захист від несанкціонованого копіювання, використання інтерактивних елементів) і потокове передавання відео.

КОДЕКИ

Алгоритми стиснення та кодування мультимедійних даних реалізують у спеціальних програмах, що називаються кодекоми. Інколи кодека-ми називають також пристрої, здатні перетворювати аналоговий сигнал на цифровий і навпаки. Зокрема, кодеком є звукова карта.

Кодек (англ. codec, від coder/decoder— кодування/декодування) — програма, що перетворює потік даних або сигнали для їх подальшого використання. Кодеки можуть як кодувати, так і розкодовувати мультимедійні дані.

Звукові та візуальні дані потребують різних методів стиснення, а тому для них розроблені окремі кодеки. Кожен кодек використовує свої алгоритми стиснення і зазвичай не працює з даними від іншого коде-ка. Кодеки взаємодіють з певними прикладними програмами, зокрема з медіапрогравачами, і допомагають їм відтворювати медіадані. Кодеки вбз'довапо в медіапрогравачі, їх можна встановити як окремі програми (наприклад, FLAC, WavPack, LAME, Div, Xvi) або як пакети, найбільшим і найпопулярнішим з яких сьогодні вважається K-Lite.

МЕДІАКОНТЕЙНЕРИ

Для того, щоб створити мультимедійний об’єкт, часто недостатньо зберегти дані в одному з форматів, що забезпечують стиснення і кодування даних, оскільки вони не надають можливість синхронізувати (узгодити в часі) відео- та аудіопотоки і додати до них супровідний текст або меню. Такі можливості є у фор.иатів-медіаконтейнерів.

Медіаконтейнер — формат, що дає змогу розміщувати в одному файлі мультимедійні дані різних типів і синхронізувати звук, відеозображення і текстову інформацію.

Розглянемо кілька найпоширеніших форматів-контейнерів.

WAV (Waveform Audio Format). Контейнер для зберігання иестис-неного звуку. Створений корпорацією Microsoft і прийнятий як стандарт для звукового супроводу роботи системи Windows і комп’ютерних ігор.

Звук у форматі WAV зберігається без втрати якості, але відсутпість стиснення призводить до того, що обсяги wav-файлів дуже великі. Через цей та деякі інші недоліки формат WAV не набув популярності серед користувачів, проте його і зараз широко використовують під час редагування звуку та на переносних аудіопристроях, зокрема на цифрових диктофонах.

Matroska Multimedia Container. Формат мультимедійного контейнера та набір інструментів для роботи з ним. Розширення файлів у цьому форматі: .mkv — для відео (з субтитрами та звуком), .mka — для аудіофайлів, .mks — для субтитрів, .mk3d — для ЗБ-відео.

AVI (Audio and Video Interleaved). Надає можливість об’єднувати пестиснені або закодовані різноманітними кодеками аудіо- та відеодапі. Донедавна AVI був лідером серед форматів для платформи Windows, однак через певні обмеження, зокрема на обсяг файла (не більше 4 Гбайт), його популярність зменшилася.

MOV (QuickTime Movie). Контейнер, розроблений корпорацією Apple Computer спеціально для мультимедійного програвана QuickTime, який можуть відтворювати й інші програвачі. Як і формат AVI, дозволяє поєднувати аудіо- та відеопотоки, закодовані в різний спосіб.

КОНВЕРТУВАННЯ ВІДЕО ТА АУДІО

Якщо вихідний формат відео- або аудіофайла не підходить для обробки і відтворення, можна конвертувати файл в інший формат. Для цього є досить багато різноманітних безкоштовних програм, зокрема й онлайнових.

Конвертування може здійснюватися як у певний формат, так і у формат певного нристрою (ігрова консоль, смартфон тощо). Програми-конвертори також часто мають функції з монтажу, об’єднання відео, створення ефектів і субтитрів. Огляди та переліки таких програм легко знайти в Інтернеті.

МУЛЬТИМЕДІЙНІ ПРОГРАВАЧІ

Для відтворення (прослуховування чи перегляду) аудіо- та відеофайлів використовують спеціальні програми — програвачі (їх ще називають плеорами), переважну більшість яких можна безкоштовно завантажити з Іптерпету. Перелічимо пайпопулярніші програвачі, які підтримують більшість поширених форматів мультимедійних файлів.

VLC Media Player. Потужний програвач, що відворюс більшість аудіо- та відеоформатів, зокрема MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, DivX, DVD, VCD і т. д.

Media Player Classic Home Cinema. Безкоштовний програвач з простим і зручним інтерфейсом. Підтримує дуже широкий спектр аудіо-та відеоформатів. Якщо файл ие вдасться відтворити за допомогою інших програм, варто спробувати зробити це в Media Player Classic.

GOM Player. Безкоштовний медіаплеср для Windows. Може програвати більшість медіафайлів без сторонніх кодеків, а також пошкоджені та недозавантажені файли. Підтримує знімок кадру, запис звуку, субтитри.

Програвач Windows Media (Windows Media Player). Входить складу операційної системи Windows (рис. 4.3), відтворює аудіо- та відеофайли більшості популярних форматів.

Завдання. У практичній роботі №6 потрібно створити відеокпіп, присвячений творінням видатного іспанського архітектора Антоніо Гауді (1852 — 1926). Для цього необхідно завантажити з YouTube два відео, на яких показані будинок Бальо (будинок Батло, Casa Batllo) і парк Гу-ель (Parc Giiell). Проте формат цих відео не підтримується програмою-редактором, у якій треба зробити відеокліп. Тому потрібно конвертувати ці відео в інший формат.

1. Відкрийте файл casa_batllo.mp4 у вікні медіапрогравача.

2. Запустіть процес його відтворення.

3. Виберіть команду Файл ► Свойства (Файл ► Властивості) і передивіться інформацію про файл у вікні, що відкриється. Запишіть дані про обсяг файла в мегабайтах у таблицю.

4. Відкрийте файл park_guel.mp4, передивіться його властивості та запишіть дані про обсяг файла в таблицю.

5. Конвертуйте обидва файли у формат AVI, скориставшись програмою, яку вам вкаже вчитель.

6. Послідовно відкрийте файли casa_batllo.avi та park_guel.avi, передивіться їх властивості та запишіть дані про обсяг файла в таблицю.

7. Порівняйте отримані обсяги. Зробіть висновки.

Висновки

Щоб зафіксувати звуки довкола пас (голоси, музику, звуки природи тощо), застосовують техніку звукозапису.

Захоплення відео — процес перетворення відеосигиалз' із зовнішнього джерела па цифровий потік і запис його у відеофайл з метою обробки, зберігання та відтворення. Зовнішнім джерелом можуть бути відеокамери, магнітофони, потокове відео з мережі, ТУ-тюиери, ресивери цифрового телебачення та інші пристрої.

Для стиснення аудіо- та відеоданих застосовзчоть алгоритми стиснення з втратами, коли початкові дані можна відновити лише з викривленнями, які можуть бути непомітними для людини.

Кодек — програма, що перетворює потік даних або сигнали для їх подальшого використання. Кодеки можуть як кодувати, так і розкодо-вувати мультимедійні дані.

Медіаконтейнер — формат, що дас змогу розміщувати в одному файлі мільтимедійні дані різних типів і синхронізувати звук, відео-зображення і текстову інформацію.

Для відтворення (прослуховування чи перегляду) аудіо- та відеофайлів використовують спеціальні програми — програвачі.

Контрольні запитання та завдання

1. Де можна взяти аз'діо для авіаторського проекту?

2. Що таке захоплення відео? З яких пристроїв можна одержати ві-деопотік?

3. Назвіть найпоширеніші формати для зберігання аудіо- та відеофайлів.

4. Що таке кодек? Яке його призначення?

5. Що ще крім аз'діо- та відеоданих можуть містити мз'льтимедійні контейнери?

6. Які програвачі мз'льтимедіа вважаються пайпопулярнішими?

І Питання для роздумів

1. Чи можна, па вашу думку, створити один кодек для звуку та відео? 2. Чому під час редагуваїшя звуку використовують файли формату \УАУ а не МРЗ?

3. Яку проблему, що виникає в разі окремого зберігання аудіо- та відеоряду, дозволяють вирішити мультимедійні контейнери?

Завдання для досліджень

1. Знайдіть в Інтериеті інформацію про формати-медіаконтейнери ASF, MP4, RealMedia, 3gp. Які вони мають характерні особливості?

2.З’ясз'йте, що таке відео високої чіткості. Що означають написи 720р, 1080р, 1080І, 4К?

3. Які є можливості щодо конвертування аудіо та відео онлайн?

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас Казанцева