✓ Video Compressor – метод сжатия видеопоследовательностей с потерями, основанный на преобразовании пространственного спектра и временном сжатии. Глубина цвета – 24 бита. Метод отличается высокой скоростью распаковки сжатого видеоряда.
✓ Сompact Video Compressor – также метод сжатия с потерями, пригодный для 16– и 24-битного представления цвета. Отличается более высоким качеством и большим коэффициентом сжатия по сравнению с предыдущим, но требует значительных затрат времени на выполнение начального сжатия информации.
✓ Animation Compressor – метод сжатия анимационных последовательностей, основанный на применении алгоритма группового кодирования, рассмотренного в разд. 3.3. Используется как в варианте с потерями, так и без потерь. Работает с любой глубиной цвета.
✓ Graphic Compressor – предназначен для быстрого сжатия и распаковки 8-битовых неподвижных изображений и их последовательностей. Коэффициент сжатия невелик. Применяется при хранении информации на устройствах с низкой скоростью обмена данными, типа компакт– или DVD-дисков.
✓ Raw Compressor – программа предварительной обработки изображений, позволяющая получить нужную глубину цвета перед тем, как сжать его одним из описанных выше методов.
Аудиоданные в этом формате кодируются в виде последовательности квантованных дискретных выборок в формате AIFF, как это было описано в разд. 3.4 или непосредственно в ресурсе звуковой среды видеофильма.
Основная структурная единица файлов этого формата носит название атом. Различают атомы-контейнеры и атомы-листья. Контейнеры содержат другие атомы, в том числе и атомы-контейнеры. А атомы-листья содержат только данные. Каждый поток данных файла хранится в отдельном атоме дорожки. Дополнительные сведения о данном формате можно почерпнуть из книг [21, 29] и на сайте www.quicktime.apple.com.
Комитет Motion Picture Expert Group, как уже ранее упоминалось, был создан международной ассоциацией по стандартизации специально для создания высококачественных стандартов сжатия цифрового видео. И действительно был разработан ряд стандартов, таких как MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, для воспроизведения видео с различной скоростью и качеством на платформах Windows, Macintosh и UNIX, а также рекомендован определенный набор методов сжатия видео– и аудиоданных.
Формат MPEG-1 определяет файлы для хранения кодируемого видеоматериала (расширение mpv) и формат системного потока для объединения видео– и аудиоданных (расширение mps), а также три формата для кодирования только аудио (mpa, mp2 и l3). Формат MPEG-2 предназначен для вещания и малопригоден для персональных компьютеров. MPEG-4 предназначен для передачи низкокачественного видео для систем видеотелефонии и видеоконференций.
Стандарты MPEG определяют только способ хранения данных, но не указывают, как были получены данные в этом формате. Все форматы MPEG – с потерями. Для кодирования данных в этом формате вычислительных ресурсов ПК недостаточно. Корректная обработка MPEG на ПК без дополнительных аппаратных средств также связана с определенными трудностями. Они могут привести к задержкам или ухудшению качества воспроизведения.
Формат MPEG хранит несколько типов кадров. Независимые или ключевые кадры (I-frames) не требуют никакой дополнительной информации для декодирования. При их сжатии используется методика, аналогичная JPEGсжатию, но более эффективная. Предсказуемые кадры (P-frames) хранят различие между предыдущим независимым или предсказуемым кадром и текущим кадров (то, что в разд. 3.5.2 определялось как межфреймовое дельтасжатие или компенсация движения). Дальнейшее улучшение качества сжатия достигается путем использования двунаправленных предсказаний движения или B-frames. В нем предсказание сохраняется как разности текущего как с предыдущим, так и с последующим кадрами, вследствие чего последовательность кадров может иногда нарушаться.
При кодировании звука MPEG отбрасывает ряд избыточных данных, опираясь на особенности человеческого слуха, о которых уже говорилось в разд. 3.4. В результате достигается гораздо более высокий уровень сжатия по сравнению с PCM и -Law, о которых говорилось в предыдущем параграфе. Оценивая данный формат, следует отметить, что он гарантирует самое высокое качество как видео, так и аудио, но требует наличия большого количества вычислительных ресурсов.
Формат AVI (Audio/Video Interleave) фирмы Microsoft получил свое название из-за того, что в нем аудио– и видеоданные расположены перемежающимися слоями. В заголовке файла хранится множество различной информации, в том числе о частоте следования и размере кадров. Программа воспроизведения должна извлечь данные видеокадра и связанного с ним звукового сопровождения, затем передать звук на звуковую карту а видеоданные распаковать и воспроизвести на экране монитора.
Поддержка равномерного потока данных требует внимания ко всем частям системы воспроизведения для того, чтобы сохранить синхронизацию независимо от задержек при распаковке видеоданных.
В структуре AVI-файла содержатся 2 блока LIST. Первый из них (LIST hdrl) содержит информацию о фильме в целом и о каждом из его потоков, включая разрешение экрана и частоту кадров видеоданных, а также формат, частоту оцифровки и разрядность квантованных аудиоданных. Второй блок LIST movi хранит сами видео– и аудиоданные в виде отдельных потоков, сегментированных на блоки выборки. Интересно отметить, что в формате AVI звуковые данные опережают видео на 0,75 с.
Контрольные вопросы
1. Что такое мультимедиа-издание и для чего оно используется? Чем оно отличается от обычного электронного издания?
2. Какие компоненты могут содержаться в мультимедиа-издании?
3. Какова роль мультимедиа в учебных пособиях? Приходилось ли вам сталкиваться и работать с такими пособиями?
4. Какие текстовые форматы используются в таких изданиях и как их можно получить с помощью известных программных средств?
5. Сталкивались ли вы с языками TEX и SGML? Что вы можете сказать об этих языках и их характерных особенностях?
6. Какова роль графической информации в электронных и мультимедиа-публикациях? Какие графические форматы вам известны и что вы можете о них сказать?
7. Как формируется описание графики в векторных файлах? В растровых файлах? Чем они различаются в части размера файла? Требования к процессору компьютера?
8. Попробуйте сформулировать достоинства растровой и векторной графики и их недостатки?
9. Какие существуют методы сжатия данных, в частности – графических? Чем отличается одна группа методов от другой?
10.Что такое групповое кодирование? Чем отличается метод Лемпела-Зива-Велча? В каких случаях применяется каждый из этих методов и почему?
11.Как происходит кодирование (сжатие) и декодирование (восстановление) данных? Какие для этого требуются вычислительные ресурсы?
12.В чем особенности сжатия в формате JPEG? Почему при нем имеют место потери информации? С чем эти потери связаны и как они влияют на восстановленное изображение?
13.Какие графические форматы вы знаете? С какими из них вы сталкивались на практике? По каким признакам оценивается качество графического формата?
14.Что вы можете сказать про формат TIFF? Где и когда он используется? Каковы его достоинства и недостатки?
15.Какое представление цвета (цветовое пространство) используется в формате TIFF? Какое максимальное число битов на пиксел возможно в этом формате?
16.Что вы можете сказать про представление данных изображения в форме полос? Что такое полоса как структура данных? Какова ее размерность?
17.Чем отличается фрагмент как структура представления данных от полосы? В чем удобство применения фрагмента? Какова его размерность?
18.Где чаще всего используется формат GIF? В чем он превосходит большинство других форматов? Вы работали с графикой в этом формате?
19.Каким образом представляется цвет в этом формате? Какова максимальная глубина цвета?
20.В чем преимущества формата PNG по сравнению с GIF? По каким характеристикам GIF предпочтительнее?
21.Чем отличается формат JPEG от всех ранее рассмотренных графических форматов? Какая цветовая модель в нем используется? Какой вариант сжатия графических данных? Какова максимальная величина коэффициента сжатия (компрессии) в этом формате?
22.Как изменяется характер изображения в формате JPEG вследствие потери качества?
23.Попробуйте сформулировать, почему наша речь является аналоговым сигналом? В чем различие между дискретной величиной и аналоговой?
24.Что такое дискретизация и каким образом она реализуется? С какой частотой следует производить замеры аналоговой величины, чтобы не возникали погрешности дискретизации?
25.Что такое квантование и как искажения сигнала при квантовании связаны с разрядностью цифровых данных?
26.На каких принципах основано сжатие аудиоданных? Данных при стереозвучании?
27.Какие форматы аудиофайлов вам известны? Какие из них вы воспроизводили (прослушивали) на компьютере?
