Зміст

 

1. Що розуміють під мультимедіа?

2. Як кодуються аудіо- та відеодані? 

3. Які існують формати файлів звукозапису? 

4. Які формати відеофайлів є найбільш поширеними?

 

Пригадайте:

• склад мультимедійного обладнання;
• принципи кодування графічних зображень.

Ви дізнаєтесь:

• що розуміють під мультимедіа;
• як кодуються аудіо- та відеодані;
• які існують формати файлів звукозапису;
• які формати відеофайлів є найбільш поширеними.

1. Що розуміють під мультимедіа?

Мультимедіа — це поєднання різних способів подання повідомлень. Сукупність таких повідомлень є об’єктами мультимедіа (мал. 8.1).

Мал. 8.1

Об’єкти мультимедіа — текст, рухомі й нерухомі графічні зображення, аудіо- та відеооб’єкти.

Опрацювання мультимедійних об’єктів передбачає їх створення і (або) зміну — редагування чи форматування.

Мультимедіа — від лат. multum — багато, medium — середовище. Уперше термін мультимедіа виник у 1965 р. для опису театралізованих шоу, наприклад, Exploding Plastic Inevitable — шоу, що поєднало живу рокмузику, кіно, експериментальні світлові ефекти.

Об’єкти мультимедіа зберігаються у вигляді файлів, що містять мультимедійні дані.

 

2. Як кодуються аудіо- та відеодані?

Для зберігання та опрацювання аудіо- й відеоданих за допомогою комп’ютера використовують двійкове подання даних. Процес кодування в цьому разі є досить складним, оскільки за допомогою комп’ютера можна зберігати й опрацьовувати лише обмежені обсяги даних, у той час як природні сигнали — носії даних — є неперервними. Тому переведення аналогових сигналів до цифрового вигляду відбувається шляхом дискретизації.

Дискретизація (від англ. discretisation) — процес усунення неперервності (часової і просторової) аналогових сигналів — носіїв даних.

У випадку просторової дискретизації дані ділять на невеликі області, в межах яких його характеристики (положення, колір, яскравість) вважаються незмінними.

У разі застосування дискретизації в часі на невеликі інтервали відповідно ділиться час. У межах цих інтервалів характеристики природних сигналів вважають незмінними (мал. 8.2).

Наочним прикладом часової дискретизації є кодування звуку за допомогою комп’ютера — приведення до цифрової форми (оцифровка). До комп’ютера надходить не сам звук (звукова хвиля), а електричний сигнал, зареєстрований деяким пристроєм, наприклад, мікрофоном, радіо тощо.

Кодування звуку двійковим кодом далеке від стандартизації. Окремі компанії розробили свої корпоративні стандарти. Можна виділити два основні напрями.

Перший напрям базується на методі FM (Frequency Modulation), який полягає в тому, що складний звук можна розкласти на послідовність простих гармонійних сигналів різних частот, кожний з яких є правильною синусоїдою, а отже, може бути описаний числовими параметрами, тобто кодом. У природі звукові сигнали мають неперервний спектр, тобто є аналоговими. Їх подання у вигляді дискретних цифрових сигналів виконують спеціальні пристрої — аналого-цифрові перетворювачі. Зворотнє перетворення для відтворення звуку, закодованого числовим кодом, виконують цифро-аналогові перетворювачі. У разі таких перетворень неминучі втрати інформації, пов’язані з методом кодування, тому якість звукозапису звичайно виходить не цілком задовільною і відповідає якості звучання простих електромузичних інструментів із забарвленням, характерним для електронної музики. Водночас даний метод кодування забезпечує досить компактний код, і тому він знайшов застосування ще в ті роки, коли ресурси засобів обчислювальної техніки були явно недостатні.

Другий напрям використовує метод таблично-хвильового (Wave-Table) синтезу та краще відповідає сучасному рівню розвитку техніки. Якщо говорити спрощено, то можна сказати, що десь у наперед підготовлених таблицях зберігаються зразки великої кількості «реальних» звуків. Такі зразки звуків називають семплами. Числові коди відображають тип звуку, номер його моделі, висоту тону, тривалість й інтенсивність звуку, динаміку його зміни, деякі параметри середовища, в якому відбувається звучання, а також інші параметри, що характеризують особливості звуку. Оскільки як зразки використовуються «реальні» звуки, то якість звуку, одержаного в результаті синтезу, дуже висока й наближається до якості звучання реальних музичних інструментів.

Для кодування відеоданих використовують дискретизацію рухомого зображення. У цьому разі ілюзія руху створюється шляхом швидкої зміни кадрів. При цьому кадри залишаються статичними. Тоді з кожним кадром пов’язують таблицю кодування, в якій кожний піксель зображення характеризується трьома величинами: розміром кадру по горизонталі, по вертикалі та часом, з яким пов’язаний цей кадр. Зрозуміло, що таких таблиць є дуже багато, тому відеодані займають великий обсяг пам’яті.

Вправа 1. Дослідження звуку.

Завдання. Дослідіть, як з допомогою комп’ютера можна візуально закодувати звук у сервісі

https://musiclab

. chromeexperiments.com/Spectrogram/.

1. У браузері перейдіть за посиланням

https://musiclab.chromeexperiments.com/Spectrogram/

.

2. Обирайте по черзі джерела звуку.

3. Розгляньте спектрограму звуку.

Примітка. Спектрограма — це візуальне зображення спектра частот сигналу в часі. При застосуванні до звукового сигналу спектрограми іноді називають сонографами, голосовими відбитками або голосограмами. Коли дані подані в тривимірному графіку, вони можуть називатися водоспадами.

4. Висловте припущення про спосіб кодування і подання звукових даних у браузері.

 

3. Які існують формати файлів звукозапису?

Формати аудіо- й відеофайлів визначають їхні структуру та способи кодування. Способи кодування звукових і відеоданих у різних форматах визначають якість звуку чи відтворення відео та ступінь стиснення даних, що впливає на обсяг файлів.

Існують такі найпоширеніші формати звукозапису (табл. 8.1):

Таблиця 8.1

Аудіо- формат	Повна назва формату	Особливості формату
MIDI	Musical Instrument Digital Interface	На відміну від інших аудіоформатів, являє собою не оцифрований звук, а набори вказівок (інструмент, ноти, що програються, значення параметрів звуку тощо), які можуть відтворюватися по-різному, залежно від пристрою відтворення. Дає змогу обмінюватися даними між музичними інструментами, синтезаторами та комп’ютерами
WAV	Waveform audio format (від англ. wave — хвиля)	Використовується в операційній системі Windows. Аудіоформат без використання стиснення. Точно передає звук, але займає значний обсяг на диску

Продовження таблиці 8.1

Аудіо- формат	Повна назва формату	Особливості формату
MP3	MPEG Layer 3	Запис музики в цьому форматі відбувається зі стисненням обсягу з майже непомітним для слуху погіршенням якості, але обсяг зменшується в 10-12 разів порівняно з оригінальним музичним форматом. Принцип стиснення даних нагадує графічний формат JPEG — стиснення відбувається за рахунок виключення частот, які не сприймаються вухом людини
WMA	Windows Media Audio	Розроблений компанією Microsoft як альтернатива формату MP3. Ступінь стиснення даних і якість звуку майже аналогічні формату MP3. Нові версії формату, починаючи з Windows Media Audio 9.1, передбачають кодування без втрати якості, багатоканальне кодування об’ємного звуку та кодування голосу
AAC	Advanced Audio Coding	Під час кодування значно зменшується обсяг даних, потрібних для передавання високоякісного цифрового аудіо. У цьому форматі відбувається менша втрата якості, ніж у MP3, за однакових обсягів даних

Кодек (від англ. coder/decoder — кодувальник/декодувальник) — пристрій чи програма, що виконує перетворення сигналів і використовується під час цифрового опрацювання відео та звуків для стиснення даних. Стиснення, як правило, відбувається із втратою якості. Кодеки дають змогу кодувати відеозаписи для передавання чи збереження, а також розкодовувати — для перегляду. Різні медіаконтейнери можуть підтримувати різні кодеки: DivX, XviD, MJPEG, VC-1 тощо.

 

4. Які формати відеофайлів є найбільш поширеними?

Формати відео є медіаконтейнерами, тобто можуть містити дані різних типів, стиснені різними кодеками, і дають змогу зберігати аудіо-, відео- i текстові дані (зокрема субтитри) в одному файлі. Меді-аконтейнер не лише надає можливість зберігати аудіо- й відеозаписи, а й забезпечує синхронізацію аудіо- та відеопотоків під час відтворення.

Відео може бути збережене на різних носіях. Як правило, відео високої якості має значний обсяг. Наприклад, музична комедія «Соро-чинський ярмарок», записана на DVD, має обсяг 6,71 ГБ.

Як і формати звукозапису, різні формати відеофайлів передбачають різні способи кодування даних, що визначають якість відео, ступінь стиснення даних та обсяг файлу. Деякі формати можуть містити потокове відео, що використовується для передавання даних через інтернет у режимі реального часу.

Існують такі поширені формати відео (табл. 8.2):

Таблиця 8.2

Відео- формат	Повна назва формату	Особливості формату
AVI	Audio-Video Interleaved	Може містити потоки чотирьох типів: відео, аудіо, MIDI, текст. Для стиснення аудіо- та відеозапи-сів можуть використовуватися різні кодеки. Має деякі обмеження, зокрема обсяг файлу не може перевищувати 4 ГБ. На зміну цьому формату створено формат WMV
MPEG	Motion Picture Experts Group	Розроблений експертною групою з питань рухомого зображення (MPEG). Було створено такі алгоритми стиснення даних: MPEG1, MPEG2 та MPEG4
MOV	QuickTime Movie	Один з перших відеоформатів, що набув широкого розповсюдження. Ступінь стиснення досить високий
ASF	Advanced Systems Format (раніше також Advanced Streaming Format, Active Streaming Format)	Є частиною мультимедійного набору Windows Media для створення і розповсюдження аудіо- та відеофайлів. Формат файлів, що містять потокове аудіо та відео. Може використовуватись як для локального відтворення, так і для передавання і відтворення комп’ютерними мережами, зокрема інтернетом. Особливістю формату є можливість відтворення безпосередньо в момент завантаження по мережі в режимі реального часу, що нагадує телевізійне мовлення, тобто потокового відтворення. Зазвичай використовується розширення файлу asf, крім того, файли, що містять звукові записи, можуть мати розширення wma, а відеофайли — wmv
WMV	Windows Media Video	Є частиною мультимедійного набору Windows Media. Створений на основі формату AVI, але має додаткові можливості, зокрема засоби захисту від несанкціонованого копіювання. Використовується для розповсюдження фільмів і відеокліпів
3GP	3rd Generation (mobile) Phone	Формат для збереження і перегляду відео на мобільних телефонах 3-го покоління. Відеозаписи в цьому форматі мають невеликий обсяг порівняно з іншими форматами відео, але за рахунок погіршення якості

Продовження таблиці 8.2

Відео- формат	Повна назва формату	Особливості формату
RM	Real Media	Розроблений компанією RealNetworks для розповсюдження відео через інтернет. Ступінь стиснення даних і якість відео достатньо високі. Використовується для розповсюдження фільмів і трансляції так званого інтернет-телебачення
VOB	Video Object	Формат файлів, що використовується для збереження DVD-відео. Створений на основі MPEG2, може містити декілька потоків аудіо, відео, субтитри, а також меню фільму. Використовується для розповсюдження фільмів на DVD
FLV	Flash Video	Розроблений компанією Adobe Systems. Використовується для передавання відео через інтернет, зокрема, таки сервісом, як YouTube та ін. Файли в цьому форматі можна переглядати в більшості операційних систем, оскільки для цього використовується програвач Adobe Flash Player, який розповсюджується у вигляді плагіна для різних браузерів і різних операційних систем

Плагін (від англ. plug-in — підключати) — незалежний програмний модуль, що підключається до основної програми та призначений для розширення або використання її можливостей. Часто у вигляді плагіна виконується підтримка форматів файлів, наприклад, для звукових і відеопрогравачів, програм опрацювання звуку й графіки тощо. У веббраузерах плагіни використовуються для забезпечення відображення форматів даних, які не мають вбудованої підтримки браузером (наприклад, Adobe Flash або SVG), для підлаштування можливостей до вимог користувача тощо.

Вправа 2. Формати аудіофайлів.

Завдання. Дослідіть властивості файлів із записами того самого фрагмента мелодії Петра Чайковського до балету Лускунчик, які збережені в папці Аудіо папки Мультимедіа. Проранжуйте файли за розміром.

1. Користуючись Вікіпедією, знайдіть відомості про особливості:

а) аудіоформатів;

б) відеоформатів.

Порівняйте відомості, наведені російською, українською та англійською мовами (за потреби скористайтеся перекладачем). Обговоріть у парах.

2. Обговоріть і поясніть процес, який змодельовано на схемі.

3. Дослідіть візуальний спосіб кодування звуку в середовищі

https://musiclab

. chromeexperiments. com/ Experiments. Використайте експерименти Мелодія, Перфолента, Виробник пісень. Порівняйте ці експерименти.

1. Використовуючи словник або перекладач, перекладіть повні назви аудіо- та відеоформатів українською мовою. За потреби зверніться до Вікіпедії.

2. Приєднайте формати файлів з відповідним поясненням у вправі за посиланням

https://learningapps

. org/view1235048.

3. Відкрийте файл Експертна група MPEG в папці Мультимедіа. Ознайомтеся із запропонованими матеріалами й дайте відповіді на запитання:

а) як часто збирається експертна група з питань рухомого зображення (MPEG);

б) у скільки разів відбувається стиснення відео в разі використання формату MPEG;

в) як працює MPEG відео?

 

 

 

 

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас Морзе, Барна (2021)