Informatika 2
Multimédia a data - 6 Přednáší:
doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN
Přednášky: středa
1420 – 1555 1610 – 1745
Spojení:
e-mail:
[email protected] tel.: 48 535 2442
Obsah:
• Princip digitalizace vstupních multimediálních dat • Klasifikace • Zpracování • Využití IN2-14-06 1
Multimedia obecně - oblast informačních a komunikačních technologií, která je charakteristická sloučením audiovizuálních technických prostředků s počítači či dalšími zařízeními - splňují požadavek na efektivní ovládání a prezentaci výsledků v co nejpřirozenější formě pro člověka
Multimedia jsou ¨multidisciplinární
Počítačové sítě, operační systémy
Multimedia computing
Zpracování obrazu, zvuku, videa
Interakce člověk počítač
Počítačové vidění, rozpoznávání
Počítačová grafika
typ obsahu (obraz, zvuk) prostředí obsahu (TV, internet) nosič obsahu (TV signál, CD nosič, jpeg)
signály → data → informace obsah → nosič (prostředí) → příjemce
Základní terminologie Multimédia – integrální spojení médií Polymédia – spojení několika médií, které spolu nevytvářejí integrální celek Hypertext – informace soustředěná v textu Hypermédia – umožňují pohyb v „informačním prostoru“ pomocí odkazu. Složení hypertextu a multimédií.
Tradiční média – linearita
Média Obraz text – jazyk (strukturovaný přenos informací) fotografie – vizuální vjem, reálné objekty
kresba – tvorba vizuálního vjemu
Obrázky a pixely
Původní obraz
Digitalizované pixely
Média •
•
•
Pohyblivý obraz – faktor času
animace
video
Média Zvuk •
záznam zvuku (ruchy – nestrukturované, řeč – strukturovaná)
•
hudba (akustické/elektronické nástroje)
Média •
•
Interakce
aktivní prvky (hyperlink)
•
•
komunikace člověka s prostředím aplikace
Polymédia - doplňující se média
- nespojená do integrálního celku: učebnice cizího jazyka + audionahrávka výslovnosti tištěný průvodce + videokazeta
Hypermediální aplikace multimédia s vnějšími vazbami - multimediální webová stránka (odkazy na související materiály) - encyklopedie (odkazy na on-line část, on-line aktualizace) - hry (online aktualizace, multiplayer, massive multiplayer) - virtuální prostředí a „světy“ (Second Life)
Technologie Technologie v pozadí (zastoupena v nástrojích a technice) Postupné kroky: Pořízení (zajištění kvality, zajištění uchování)
Zpracování (úprava kvality, kreativita, příprava pro výstup – pro výsledné médium) Výstup (zajištění odpovídajícího výstupu vzhledem k účelu, zajištění zálohy pro další zpracování)
Digitální konverze médií trend – nárust digitalizace: fotografie → digitální fotografie
film → video → digitální video analog zvuk → digitální zvuk (CD) → digitální komprimovaný zvuk
zpracování signálu (AD převodníky) → zpracování dat
profesní sféra (pozvolnější přechod, některé oblasti nelze digitalizovat)
Problematika technologií Kvalita – věrnost obraz, zvuk, video Kvantita objemová vs. výpočetní náročnost (archivace, přenos, prohlížení) Průchodnost (propustnost) technologií (PC bus, network bandwith, wireless bandwith)
Výhody digitálního signálu Digitalizovaný záznam se: • • • •
snadněji zálohuje. snadněji přepisuje. snadněji se z něj pořizují kopie. a navíc se dá digitalizovaný zvuk dodatečně v počítači upravit.
Digitalizace Při získání počítačového obrazu je jedním ze základních jevů přechod od spojité funkce f(x,y) k diskrétní funkci Fi,j . Obraz, který je snímán, má teoreticky nekonečný rozsah
obrazových hodnot, stejně jako je možné ho přibližovat či vzdalovat téměř neomezeně.
Digitalizace Proces přechodu od spojitého obrazu k diskrétnímu se nazývá digitalizace.
Odehrává se ve dvou nezávislých krocích – kvantování a vzorkování
Vzorkování analogového signálu - Vzorkovací (Shannonův) teorém nutné vzorkovat dvojnásobnou frekvenci, než je maximální frekvence zdroje. V opačném případě výrazné zkreslení…
Kvantování Kvantování probíhá v oboru hodnot obrazové funkce, které se rozdělí na intervaly, jimž je pak přidělena jediná, zástupná hodnota. Podle způsobu rozdělení kvantované veličiny hovoříme o
kvantování uniformním a neuniformním
Vzorkování
Vzorkováním (sampling) spojité funkce f(x) rozumíme zaznamenávání hodnot – vzorků, v předem daných intervalech. Fi=f(x0+iΔx), i=0,1...
Vzorkování Fi=f(x0+iΔx), i=0,1... -Frekvence - Amplituda
F
DIGITALIZACE ZVUKU, VIDEA Digitalizace (z angl. digital, číslicový) je obecně převod analogového - spojitého signálu (např. hlasový projev, historie gramofonová deska) do nespojité posloupnosti digitálních (číselných) údajů, obvykle kódovaných v binární soustavě.
Analogový záznam: gramofonová deska, magnetofonový záznam, mikrofon
Gramofonová deska
(prožívající v současnosti renesanci)
K záznamu zvuku byl použit převod elektrického signálu např. z mikrofonu na mechanickou stopu v drážce desky. (Lisováním) Proměnná hloubka (později šířka) drážky nese spojitou informaci, která se pomocí jehly a zesilovacího řetězce přenáší do reproduktoru.
DIGITALIZACE ZVUKU Digitalizujeme, abychom eliminovali nevýhody analogového záznamu. Neopotřebitelnost, přenositelnost, odolnost proti šumu, Digitalizací však také ztrácíme také část informace vzorkování je vždy konečné a proto část zvuků zkrátka „ignoruje“. (viz dále) Takto vypadá analogový záznam. V kroužku je detailní průběh krátkého
zvuku např. ruch
DIGITALIZACE ZVUKU
ZVUKOVÉ POLE UCHA
DIGITALIZACE ZVUKU Digitalizace se skládá ze dvou kroků 1, Spojitý signál se nejprve vzorkuje, to jest stanoví jeho velikost v pravidelných časových intervalech Vzorky jsou znázorněny červenou tečkou Velikost vyjadřuje červená spojnice s bodem
Čím větší počet vzorků je změřen za jednotku času, tím je převod kvalitnější, zabírá však více dat k uložení
2, „Velikost“ vzorků je za pomoci A/D převodníku – součást zvukové karty převedena do dvojkové soustavy.
Komprese zvuku a kvalita?
Protože vzorkování je velmi "husté", má takový digitální signál velký datový obsah. Proto se digitalizace doplňuje o nějakou kompresi, například nahrazením posloupnosti za sebou následujících shodných čísel údajem o jejich počtu. Viz formáty mp3, wma, a podobně …
Komprimace dat - Ztrátová Digitalizovaná data se modifikují formou určité komprese, například nahrazením posloupnosti za sebou následujících shodných hodnot údajem o jejich počtu.
-Metody pro video mpeg kontajner -Metody obrazu jpeg („slučování“)
- Bezztrátová
Tabulka vzorkovaních frekvencí Počet vzorků za sekundu
Popis
8 kHz
Telefonní kvalita
11 kHz
při 8 bitové šířce - zpracování řeči (diktafony,…)
22 kHz
vhodné na mix hudby a slova - monofonně
44.1 kHz
16ti bitový standard pro kvalitní zvuk (standard audio CD)
96 kHz
DVD audio - 24 bit
192 kHz
Studiový mastering – 192 bit
Přenos zvuku a videa Streaming
technologie kontinuálního přenosu informace mezi serverem a klientem umožňuje přehrávání při přenosu dat bez předchozího uložení do souboru Bitrate - kvalita přenosu měřená v bitech za sekundu Kodek - software pro kódování a dekódování informace při přenosu a ukládání dat
Bit-rate (bitová rychlost) Bit-rate indikuje objem zvukových dat přenášených za jednotku času Bit-rate může být vztahována ke dvěma variantám záznamu - variabilní nebo konstantní Variabilní bit-rate vytváří menší datové objemy díky odstraňováním neslyšitelných zvuků. Je proto vhodná pro prostředí Internetu, kde je limitující šířka přenášeného pásma. Konstantní bit-rate zaznamenává audio data nezávisle na jejich obsahu. Jde v podstatě o analogii analogového záznamu, který reprodukuje „neslyšitelné“ zvuky (datový objem je nesrovnatelně vyšší, než u variabilní bit-rate) Bit rate (kb/s)
Quality
MB/min
1411
CD quality
10.584
192
Good CD quality
1.440
128
Near CD quality
0.960
112
Near CD quality
0.840
64
FM quality
0.480
32
AM quality
0.240
16
Short-wave quality
0.120
Digitální audio formáty Formát
Komprese
Bit-rate
Popularita
MPEG Audio Layer III (MP3)
ztrátová
Variabilní
Široce používaný
Mp3PRO (MP3)
ztrátová
Variabilní
Omezená podpora
Ogg Vorbis (OGG)
ztrátová
Variabilní
Populární pro hry
RealAudio (RA)
ztrátová
Variabilní
Populární pro hry
Microsoft wave (WAV)
bezztrátová
Konstantní
Základní zpracování zvuku
Windows Media (WMA)
ztrátová
Variabilní
Součást WMP, DVD přehrávače
Master audio data by měla být uchována v bezztrátovém formátu, aby nedošlo ke ztrátě kvality.
Pozn.: převod mezi ztrátovými formáty způsobuje další degradaci kvality (odstranění doplňujících dat může mít za následek nečekaný a nežádaný výsledek)
