Princip digitalizace vstupních multimediálních dat Klasifikace Zpracování Využití

Transkript

1 Multimédia a data - 6 Informatika 2 Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Přednášky: středa Spojení: jan.skrbek@tul.cz tel.: Obsah: Princip digitalizace vstupních multimediálních dat Klasifikace Zpracování Využití 1

2 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

3 Multimedia jsou multidisciplinární Počítačové sítě, operační systémy Zpracování obrazu, zvuku, videa Multimedia computing Počítačové vidění, rozpoznávání Interakce člověk - počítač Počítačová grafika

4 typ obsahu (obraz, zvuk) prostředí obsahu (TV, internet) nosič obsahu (TV signál, CD nosič, jpeg) signály data informace obsah nosič (prostředí) příjemce

5 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 Nutnost digitalizace analogového (tj. kontinuálního) světa

6 Média Obraz text jazyk (strukturovaný přenos informací) fotografie vizuální vjem, reálné objekty kresba tvorba vizuálního vjemu

7 Obrázky a pixely Původní obraz Digitalizované pixely

8 Pohyblivý obraz faktor času Média animace video

9 Zvuk Média záznam zvuku (ruchy nestrukturované, řeč strukturovaná) hudba (akustické/elektronické nástroje)

10 Média Interakce aktivní prvky (hyperlink) komunikace člověka s prostředím aplikace

11 Polymédia - doplňující se média - nespojená do integrálního celku: učebnice cizího jazyka + audionahrávka výslovnosti tištěný průvodce + videokazeta

12 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)

13 Technologie Technologie v pozadí (zastoupena v nástrojích a technice) Postupné kroky: Pořízení dat (zajištění kvality, zajištění uchování) Zpracování dat (úprava kvality, kreativita, příprava pro výstup pro výsledné médium) Výstup (zajištění odpovídajícího výstupu vzhledem k účelu, zajištění zálohy pro další zpracování)

14 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)

15 Problematika technologií Kvalita věrnost obraz, zvuk, video Kvantita objemová vs. výpočetní náročnost (archivace, přenos, prohlížení) Průchodnost (propustnost) technologií (PC bus, network bandwith, wireless bandwith)

16 Výhody digitálního signálu Digitalizovaný záznam se: snadněji zálohuje snadněji přepisuje snadněji se z něj pořizují kopie digitalizovaný záznam lze dodatečně v počítači upravit.

17 Digitalizace Při získání počítačového obrazu je jednou ze základních operací 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. Proces přechodu od spojitého obrazu k diskrétnímu se nazývá digitalizace.

18 Vzorkování analogového signálu Digitalizace se odehrává se ve dvou nezávislých krocích vzorkování a kvantování Vzorkovací (Shannonův) teorém nutné vzorkovat dvojnásobnou frekvenci, než je maximální frekvence zdroje. V opačném případě dochází k výraznému zkreslení!!!

19 Vzorkování Vzorkováním (sampling) spojité funkce f(x) rozumíme zaznamenávání hodnot vzorků, v předem daných intervalech. F i =f(x 0 +iδx), i=0,1... Kvantování Kvantování probíhá v oboru hodnot obrazové funkce, které se rozdělí na intervaly, jimž je pak přidělena jediná, zástupná hodnota.

20 Vzorkování F i =f(x 0 +iδx), i=0,1... -Frekvence - Amplituda F

21 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 ignoruje. Takto vypadá analogový záznam. V kroužku je detailní průběh krátkého zvuku např. ruch

22 DIGITALIZACE ZVUKU ZVUKOVÉ POLE UCHA

23 DIGITALIZACE ZVUKU Digitalizace se skládá ze dvou kroků 1. Spojitý signál se nejprve vzorkuje, tj. stanoví jeho velikost v pravidelných časových intervalech Vzorky jsou znázorněny červenou tečkou Velikost vyjadřuje červená spojnice s bodem

24 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.

25 Komprese zvuku a kvalita? Je-li vzorkování je velmi "husté", má takový digitální signál velký datový obsah (soubor má vekou datovou kapacitu). Proto se digitalizace doplňuje o nějaký typ komprese, například nahrazením posloupnosti za sebou následujících shodných čísel údajem o jejich počtu. Viz formáty mp3, wma, a podobně

26 Komprimace (komprese) 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

27 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

28 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

29 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 Good CD quality Near CD quality Near CD quality FM quality AM quality Short-wave quality 0.120