 |
|
Отличия цифрового представления сигналов от аналогового.
ФГБОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет» Курский филиал.
Реферат
по дисциплине: Мультимедийные технологии
на тему: Аудио и видео информация web
Выполнил:
студент группы 3 инф «А»
Шепелев Александр Сергеевич
Преподаватель:
к.т.н.
Ефимцева Ирина Борисовна
КУРСК 2013
Содержание
1. Введение………………………………………………………………..3
2. Отличия цифрового представления сигналов от аналогового….4
3. Способы представления звука в цифровом виде……………….…8
4. MPEG Layer 3………………………………………………………..….11
5. Видеоинформация…………………………………………………..….16
5.1. В начале был аналог……………………………………………...16
5.2. Цифровое видео…………………………………………………....17
5.3. Основные характеристики цифрового видео…………………19
6. Сжатие видеоинформации…………………………………………....21
6.1. Основные принципы сжатия видеоданных…………………22
6.2. Методы сжатия видеоданных…………………………………..25
7. Основы MPEG-кодирования видео…………………………………27
7.1. Стандарт компрессии видеоданных MPEG-2…………………27
7.2. MPEG-4. Что это такое?..................................................................28
8. Преимущества цифровой передачи видеоданных…………………30
9. Заключение…………………………………………………………….. 31
Список используемой литературы……………………………………32
1. Введение.
Возможности Веб давно уже не ограничиваются обработкой лишь текстовой и графической информации: теперь многие веб-страницы содержат аудио- и видеофайлы. С ростом популярности широкополосных соединений на многих узлах появляется все больше музыкальных записей и клипов, которые можно просматривать интерактивно или загружать на свой компьютер. Однако даже при наличии широкополосного соединения аудио- и видеофайлы длительностью более нескольких секунд слишком долго загружаются на компьютер.
Существует несколько стандартных форматов аудио- и видеофайлов Приложения для воспроизведения большинства из них имеются в Windows и Macintosh, другие приложения, называемые также проигрывателями, можно загрузить из Интернета. С помощью разнообразных надстроек и ActiveX-компонентов файлы можно проигрывать как в браузере, так и в отдельных программах. Internet Explorer 6 снабжен панелью Медиа (Media Bar), интегрирующей проигрыватель мультимедиа прямо в окно браузера.
Поскольку аудио- и видеофайлы могут быть очень большими, часто приходится долго ждать, пока они загрузятся и начнут воспроизводиться. Эту проблему решает технология потокового воспроизведения. Потоковые файлы позволяют прослушивать звукозаписи уже через несколько секунд после начала загрузки. Воспроизведение звука начинается по прошествии двух-трех секунд, в течение которых программа потокового воспроизведения на компьютере пользователя записывает в буфер, то есть сохраняет на время, первую порцию данных (этот промежуток времени называется временем развертывания), и продолжается по мере того, как программа загружает следующие части файла. Если загрузка дан ных происходит непрерывно, запись должна воспроизводиться до тех пор, пока на компьютер пользователя не перестанет поступать поток аудиоданных. Эти данные появляются с небольшим опережением по сравнению с теми, которые воспроизводятся в текущий момент. Если файл загружается медленнее, чем компьютер способен его воспроизводить, возникают паузы, в течение которых последний ждет очередной порции данных (Обычно в подобных случаях проигрыватели выводят сообщение о так называемой буферизации.) В Веб широко используется несколько потоковых форматов; для их воспроизведения в браузере можно установить соответствующие надстройки и компоненты ActiveX.
Отличия цифрового представления сигналов от аналогового.
Традиционное аналоговое представление сигналов основано на подобии (аналогичности) электрических сигналов (изменений тока и напряжения) представленным ими исходным сигналам (звуковому давлению, температуре, скорости и т.п.), а также подобии форм электрических сигналов в различных точках усилительного или передающего тракта. Форма электрической кривой, описывающей (также говорят - переносящей) исходный сигнал, максимально приближена к форме кривой этого сигнала.
Такое представление наиболее точно, однако малейшее искажение формы несущего электрического сигнала неизбежно повлечет за собой такое же искажение формы и сигнала переносимого. В терминах теории информации, количество информации в несущем сигнале в точности равно количеству информации в сигнале исходном, и электрическое представление не содержит избыточности, которая могла бы защитить переносимый сигнал от искажений при хранении, передаче и усилении.
Цифровое представление электрических сигналов призвано внести в них избыточность, предохраняющую от воздействия паразитных помех. Для этого на несущий электрический сигнал накладываются серьезные ограничения - его амплитуда может принимать только два предельных значения - 0 и 1.
Вся зона возможных амплитуд в этом случае делится на три зоны: нижняя представляет нулевые значения, верхняя - единичные, а промежуточная является запрещенной - внутрь нее могут попадать только помехи. Таким образом, любая помеха, амплитуда которой меньше половины амплитуды несущего сигнала, не оказывает влияния на правильность передачи значений 0 и 1. Помехи с большей амплитудой также не оказывают влияния, если длительность импульса помехи ощутимо меньше длительности информационного импульса, а на входе приемника установлен фильтр импульсных помех.
Сформированный таким образом цифровой сигнал может переносить любую полезную информацию, которая закодирована в виде последовательности битов - нулей и единиц; частным случаем такой информации являются электрические и звуковые сигналы. Здесь количество информации в несущем цифровом сигнале значительно больше, нежели в кодированном исходном, так что несущий сигнал имеет определенную избыточность относительно исходного, и любые искажения формы кривой несущего сигнала, при которых еще сохраняется способность приемника правильно различать нули и единицы, не влияют на достоверность передаваемой этим сигналом информации. Однако в случае воздействия значительных помех форма сигнала может искажаться настолько, что точная передача переносимой информации становится невозможной - в ней появляются ошибки, которые при простом способе кодирования приемник не сможет не только исправить, но и обнаружить. Для еще большего повышения стойкости цифрового сигнала к помехам и искажениям применяется цифровое избыточное кодирование двух типов: проверочные (EDC - Error Detection Code, обнаруживающий ошибку код) и корректирующие (ECC - Error Correction Code, исправляющий ошибку код) коды. Цифровое кодирование состоит в простом добавлении к исходной информации дополнительных битов и/или преобразовании исходной битовой цепочки в цепочку большей длины и другой структуры. EDC позволяет просто обнаружить факт ошибки - искажение или выпадение полезной либо появление ложной цифры, однако переносимая информация в этом случае также искажается; ECC позволяет сразу же исправлять обнаруженные ошибки, сохраняя переносимую информацию неизменной. Для удобства и надежности передаваемую информацию разбивают на блоки (кадры), каждый из которых снабжается собственным набором этих кодов.
Каждый вид EDC/ECC имеет свой предел способности обнаруживать и исправлять ошибки, за которым опять начинаются необнаруженные ошибки и искажения переносимой информации. Увеличение объема EDC/ECC относительно объема исходной информации в общем случае повышает обнаруживающую и корректирующую способность этих кодов.
В качестве EDC популярен циклический избыточный код CRC (Cyclic Redundancy Check), суть которого состоит в сложном перемешивании исходной информации в блоке и формированию коротких двоичных слов, разряды которых находятся в сильной перекрестной зависимости от каждого бита блока. Изменение даже одного бита в блоке вызывает значительное изменение вычисленного по нему CRC, и вероятность такого искажения битов, при котором CRC не изменится, исчезающе мала даже при коротких (единицы процентов от длины блока) словах CRC. В качестве ECC используются коды Хэмминга (Hamming) и Рида-Соломона (Reed-Solomon), которые также включают в себя и функции EDC.
Информационная избыточность несущего цифрового сигнала приводит к значительному (на порядок и более) расширению полосы частот, требуемой для его успешной передачи, по сравнению с передачей исходного сигнала в аналоговой форме. Кроме собственно информационной избыточности, к расширению полосы приводит необходимость сохранения достаточно крутых фронтов цифровых импульсов.
Кроме целей помехозащиты, информация в цифровом сигнале может быть подвергнута также линейному или канальному кодированию, задача которого - оптимизировать электрические параметры сигнала (полосу частот, постоянную составляющую, минимальное и максимальное количество нулевых/единичных импульсов в серии и т.п.) под характеристики реального канала передачи или записи сигнала.
Полученный несущий сигнал, в свою очередь, также является обычным электрическим сигналом, и к нему применимы любые операции с такими сигналами - передача по кабелю, усиление, фильтрование, модуляция, запись на магнитный, оптический или другой носитель и т.п. Единственным ограничением является сохранение информационного содержимого - так, чтобы при последующем анализе можно было однозначно выделить и декодировать переносимую информацию, а из нее - исходный сигнал.