Multimediální systémy. 08 Zvuk



Podobné dokumenty
Zpracování zvuku v prezentacích

Multimediální formáty

Charakteristiky zvuk. záznamů

Komprese zvuku. Ing. Jan Přichystal, Ph.D. 14. března PEF MZLU v Brně

Převody datových formátů

OSNOVA. 1. Definice zvuku a popis jeho šíření. 2. Rozdělení zvukových záznamů (komprese) 3. Vlastnosti jednotlivých formátů

Výukový materiál KA č.4 Spolupráce se ZŠ

Počítačová gramotnost II Mgr. Jiří Rozsypal aktualizace

Počítačová gramotnost II Mgr. Jiří Rozsypal aktualizace

Název školy: Základní škola a Mateřská škola Žalany

Datové formáty videa, jejich specifikace a možnost využití. Petr Halama

Digitální video, formáty a kódování. Jan Vrzal, verze 0.8

Zvuk a jeho vlastnosti

Projekt: 1.5, Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Komprese videa

Grafické formáty. Grafika

Vlastnosti zvuku. O dřej Pavlas, To áš Karhut

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Digitalizace signálu (obraz, zvuk)

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

Princip digitalizace vstupních multimediálních dat Klasifikace Zpracování Využití

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Počítačová grafika a vizualizace I

Princip digitalizace vstupních multimediálních dat Klasifikace Zpracování Využití

Práce s obrazovým materiálem CENTRUM MEDIÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ. Akreditované středisko dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků

Multimediální systémy. 10 Komprese videa, formáty

Základní pojmy. Multimédia. Multimédia a interaktivita

nutné zachovat schopnost reprodukovat zvukovou vlnu

Digitální video v teorii

Pociťte vibrace senzačního zvuku

Moderní multimediální elektronika (U3V)

Základy informatiky část 10

Ceník platný: od

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA KATEDRA ELEKTROTECHNIKY, ELEKTRONIKY A ZABEZPEČOVACÍ TECHNIKY V DOPRAVĚ ZVUKOVÝ FORMÁT MP3

Moderní digitální vícestopý záznam a produkce zvuku

Reprodukce a digitalizace zvuku

Digitální telefonní signály

Obsah. Úvod 15. Vše potřebné o psaní a plánování 27. Oddíl I Preprodukce

Digitální magnetický záznam obrazového signálu

Příloha č. 3 k č. j. Č.j. PPR /ČJ EC Počet listů: 6. Technické podmínky

IIS Media Services. David Gešvindr MSP MCT MCITP

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Zvukové jevy. Abychom slyšeli jakýkoli zvuk, musí být splněny tři základní podmínky: 1. musí existovat zdroj zvuku

VLASTNOSTI ZVUKU A ZVUKOVÝCH ZÁZNAMŮ

Moderní multimediální elektronika (U3V)

Karel Johanovský Michal Bílek. Rozšiřující karty PC. Zvukové, síťové a ty další

Zvuková karta. Zvuk a zvuková zařízení. Vývoj, typy, vlastnosti

DIGITÁLNÍ KOMUNIKACE S OPTICKÝMI VLÁKNY. Digitální signál bude rekonstruován přijímačem a přiváděn do audio zesilovače.

Zvuky můžeme také dělit na: ustálené (syčení): periodické; nepravidelné (hluky) neustálené = přechodné (tlesknutí)

Domácí kino v přehledu 11 Domácí kino, k čemu je dobré? 12 Bačkorové kino bylo včera 12 dnes je v kurzu domácí kino! 13

Maturitní otázka z POS - č. 6. Optické nosiče dat

Streaming multimediálního obsahu s

Videoformáty na internetu Ing. Jakub Vaněk KIT digital Czech a.s. Situation: Q4 09 and 2010 Budget

Kamera - základní pojmy. Připravil: Jiří Mühlfait, DiS.

SC Surround Sound Card (714DX 7.1 SOUND EXPERT)...

BEZDRÁTOVÝ MODULÁRNÍ AUDIO VIDEO SYSTÉM

Obsah OBSAH. Export videa 19. Jak číst tuto knihu 11. Album 16 Okno Film 16

čtvrtek, 18. března 2010 Digitální zpracování zvuku a videa 1

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Zvukové rozhraní. Základní pojmy

DIDAKTICKÉ VYUŽITÍ VIDEA A ZVUKU VE VÝUCE

ednáš áška

Zásady prezentace CENTRUM MEDIÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ. Akreditované středisko dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků

Videosekvence. vznik, úpravy, konverze formátů, zachytávání videa...

Charakteristika CDX-GT929U. 2

Kapitola 1 Základy MIDI a digitálního zvuku 11 Co je MIDI?...11 Co je Digitální Audio?...12 Takže v čem je vlastně rozdíl?...14

DUM č. 15 v sadě. 31. Inf-7 Technické vybavení počítačů

Zobrazovací a zvuková soustava počítače

VINCENT - HIGH END KOMPONENTY

AV RECEIVER YAMAHA RX-A1050

Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Vyšší odborná škola informačních služeb v Praze. Bakalářská práce.

Měření zvuku. Judita Hyklová. První soukromé jazykové gymnázium Hradec Králové, s r.o. Brandlova 875, Hradec Králové

Současné formáty pro záznam zvuku

C3: Přední reproduktory -> Zástrčka pro přední reproduktory (5.1), stereofonní reproduktory (systém se 2 rep.) nebo sluchátka.

Hardwarová akcelerace HD videa v návaznosti na architektury čipu grafických karet

Z V U K 1 ANALOGOVÝ ZÁZNAM ZVUKU

Multimediální systémy

Algoritmy komprese dat

OBSAH CO JE CO ANEB 0 DIGITÁLNÍ MAGII 1 OBRAZ A ZVUK V ŘEČI JEDNIČEK A NUL 7

Standardizace ICT výuky CHARAKTERISTKA MODULU číslo snímku 1 MODUL. Multimédia. Studijní text. Multimédia

VIDEO DATOVÉ FORMÁTY, JEJICH SPECIFIKACE A MOŽNOSTI VYUŽITÍ SMOLOVÁ BÁRA

GPS systémy a navigace

Název projektu: EU peníze školám. Základní škola, Hradec Králové, M. Horákové 258

Obrázek 1 Ukázka závislosti Dopplerovy frekvence na C/N

Architektura počítačů. Zvukové karty

Přijímače RX-DP20V Audio/Video přijímače

AIRCAST MP4 pøehrávaè Uživatelská pøíruèka

Zvuk Přehrávání záznamů zvukových obrazových Informační dálnice aneb RSS čtečky

Doporučení pro nahrání zvuku

Elektronické sirény MAESTRO

Digitální audio zde se vysvětluje princip digitalizace zvukového záznamu, způsoby komprese uložení ztrátové a bezztrátové, obvyklé formáty atd.

3 Měření hlukových emisí elektrických strojů

Zpracování video a zvukových souborů na počítači

U zvuku (mechanického vlnění) nás zajímají nejvíce dvě veličiny frekvence a intenzita (hlasitost).

1. GRAFIKA. grafika vektorová - křivky grafika bitmapová (rastrová, bodová) pixely VLASTNOSTI BITMAPOVÉ GRAFIKY (FOTOGRAFIE)

24. Audio formáty moderního videa (DTS, Dolby Digital)

Digitální video, střih a využití při prezentaci informací

Multimediální systémy

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

SA011102S SA011104S SA011108S. MP3 p ehráva

Digitální učební materiály ve škole, registrační číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/

Transkript:

Multimediální systémy 08 Zvuk Michal Kačmařík Institut geoinformatiky, VŠB-TUO

Osnova přednášky Zvuk fyzikální podstata a vlastnosti Digitální zvuk Komprese, kodeky, formáty Zvuk v MMS

Přítomnost zvuku výrazně zvyšuje efekt grafické prezentace v jakékoliv podobě ALE!

Zvuk Když v lese spadne strom a není v něm nikdo, kdo by to slyšel, vznikne zvuk? Zvuk = organizovaný pohyb molekul, vyvolaný určitým objektem, pohybující se v určitém médiu (vzduch, voda, ) Zvuk = sluchový zážitek, který jsme schopni vnímat

Fyzikální podstata zvuku Pokud se objekt pohybuje sem a tam (vytváří vibrace), posunuje vzduch nacházející se přímo u něj Vytváří se tím vlna podobné soustředným kolům, které vytvoříme vhozením kamene do stojaté vody Částečky vzduchu pohybující se ve vlnách zapříčiňují kmitání ušního bubínku Kmitání je registrováno sérií kůstek (kladívko, kovadlinka, třmínek) a přenášeno do nervů vnitřního ucha To posílá impulsy do mozku, který je vnímá jako zvuk zvuk = vlnění vzduchu

Fyzikální podstata zvuku Proč vnímáme vlastní hlas jinak než jej vnímají všichni ostatní lidé?

Fyzikální vlastnosti zvuku Perioda doba celé vlny doba mezi dvěma vrcholy Frekvence počet vrcholů vlny za 1 sekundu (Hz), člověk 20 20 000 Hz (s věkem se rozsah snižuje, i na 12 khz) Amplituda udává hlasitost zvuku (decibel)

Fyzikální vlastnosti zvuku Vlnová délka vzdálenost mezi dvěma vrcholy vlny (m) Šířka pásma rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší frekvencí obsaženou v signálu Dopplerův efekt popisuje změnu frekvence a vlnové délky signálu způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí zdroje a přijímače příklad = siréna na jedoucím autě vydává tón o stále stejné výšce. Pozorovateli se jeví tón sirény auta, které se k němu blíží jako vyšší (vyšší frekvence), než je skutečný tón sirény a naopak tón sirény vzdalujícího se auta se mu jeví jako nižší (nižší frekvence)

Fyzikální vlastnosti zvuku Harmonické průběhy málokterý objekt produkuje zvuk jedné frekvence Jediný tón určitého hudebního nástroje je složen ze signálů různých frekvencí => díky tomu snadno rozlišíme jednotlivé nástroje

Zvuk je analogový Digitální zvuk Pro jeho reprezentaci v PC musí být převeden do digitální podoby Mikrofon převádí zvuk na elektrický signál, který je zesílen a filtrován, následně A/D převodníkem převeden do digitální podoby a uložen Datový tok je posílán na reproduktory skrz A/D převodník, rekonstrukční filtr a zesilovač X

Zvuk je kontinuální vlnou Digitální zvuk Digitální zvuk vzniká pravidelným vzorkováním této vlny (několik tisíckrát za sekundu) Využití Pulzně kódové modulace (PCM) = metoda převodu analogového signálu na digitální Princip = pravidelné odečítání hodnoty signálu pomocí A/D převodníku a jejího záznamu v binární podobě Každý vzorek zachycuje podobu originální vlny v určitém časovém okamžiku

Digitální zvuk Analogie = vznik animace či videa Vzorkovací frekvence (sampling rate) = 5 000 90 000 vzorků/s Vzorkovací frekvence = musí být min. 2x větší než nejvyšší frekvence signálu (aby bylo možno reprezentovat signál korektně), Nyquistův-Shannonův teorém Zvuk na CD: vzorkovací frekvence 44.1 khz => nejvyšší možná korektně zachytitelná frekvence = 44.1/2 = 22 050 Hz (zcela dostačující)

Vzorkovací frekvence a kvalita

Digitální zvuk Digitalizace = proces přiřazení celého čísla z diskrétní množiny každému vzorku 8-bit => 256 hodnot (-128 až 127) 16-bit => 65 536 (-32 768 až 32 767) Proces digitalizace vnáší do signálu šum tím, že musíme zadat celé číslo na určité stupnici (ta nemá natolik jemné členění, abychom celým číslem vyjádřili skutečnou přesnou hodnotu) Vyšší bitová hloubka vede k věrnější / přesnější reprezentaci skutečného zvuku

Vliv bitové hloubky digitalizace

Věrnost digitálního zvuku Věrnost / kvalita digitálního zvuku je dána kombinací: Vzorkovací frekvence Bitová hloubka digitalizace Hi-fi zvuk (high fidelity): 44.1 khz na kanál (2 kanály = stereo) 16-bit 176.4 kb/s Většina aplikací v PC nemá tak vysoké nároky na kvalitu zvuku Mono x Stereo

Věrnost digitálního zvuku Vzorkovací f (khz) Bitová hloubka (bit) Stereo / Mono Velikost 1minutového souboru (MB) 44 16 Stereo 10.5 CD kvalita Poznámka 44 16 Mono 5.25 Dobrá kvalita pro komentáře 44 8 Stereo 5.25 Dobrá kvalita pro playback 44 8 Mono 2.6 22 16 Stereo 5.25 Dobrá, ale ne CD kvalita FM rádio 22 16 Mono 2.6 OK pro vyprávění 22 8 Stereo 2.6 22 8 Mono 1.3 AM rádio 11 16 Stereo 2.64 Žádná výhoda z použití sterea 11 16 Mono 1.32 Nejnižší standard pro použití 8 8 Mono 0.47 Telefon

Komprese, kodeky, formáty

Komprese 1 minuta záznamu v CD kvalitě = 10.5 MB/s! Historicky klasické techniky bezeztrátové komprese: Huffmanovo kódování (slovníková metoda - opakující se sekvence znaků se ukládájí kratší sekvencí znaků, kompresní poměr přibližně 1:2) Pokročilejší varianty pracující v několika sekvencích (kompresní poměry cca až 1:3) Nedostatečné! Aktuálně psychoakustické metody (ztrátové) komprese: Mpeg Ogg

Práh slyšení sluchový vjem nezávisí pouze na fyzikálních vlastnostech akustické vlny, ale také na vlastnostech sluchového orgánu Ten má pro různé kmitočty různou citlivost a dynamický rozsah

Maskování Jev, při němž některá část v signálu vjemově překryje jinou, která se tak stává neslyšitelnou Při přenosu reálných signálů dochází k maskování neustále a ve velké míře ovlivňuje naše vnímání zvuku Prvek signálu, který způsobí překrytí jiného prvku nazýváme maskující, masker Prvek překrytý, nazýváme maskovaný, maskee

Kmitočtové maskování Maskující a maskovaný prvek se vyskytují v signálu současně Silnější komponenta překryje tu slabší Překrytá komponenta tak přestane být slyšitelná Pokud přehrajeme pouze signál tvořený silnější komponentou, výsledný zvuk nezměníme

Časové maskování Maskující prvek předchází nebo následuje maskovaný prvek Následuje-li po hlasitém tónu velice podobný tón výrazně nižší hlasitosti, je jeho vnímání potlačeno => dáno automatickou ochranou sluchového ústrojí regulací citlivosti V tichém prostředí přenášejí kůstky veškerou akustickou energii z bubínku Při silnějším zvuku (větším akustickém tlaku) se do vnitřní části ucha se přenáší jen malá část akustické energie a tím je sluchový orgán chráněn před poškozením Tato vlastnost lidského sluchu maskuje tiché tóny následující po hlasitému tónu s podobnou frekvencí a může jí využít algoritmus pro kompresi

Bit rate Bit rate = počet kilobitů za sekundu, kterou může komprimovaný soubor se (zvukovým) záznamem využívat Čím vyšší bit rate, tím se bude zvukový záznam kvalitou více blížit originálu, ale tím větší bude i velikost jeho souboru Konstantní (CBR) stejný po celou dobu záznamu, snadněji realizovaný Proměnlivý (VBR) v čase proměnlivý (určité části záznamu vyžadují nižší bit rate, než jiné = ticho, jeden nástroj, apod.), obtížnější kódování i dekódování

Bit rate Nekomprimovaný zvukový záznam = 1 411 kb/s Typické bit rate: 128 kb/s (1:11) 160 kb/s (1:9) 192 kb/s (1:7)

CODEC COmpression + DECompression Zařízení či software / nástroj provádějící komprimování a dekomprimování audia (videa) podle určitého algoritmu (metody komprese) Kvalita přehrávání zvuku nezávisí jen na použité technice komprese a jejím nastavení, ale také na kvalitě její implementace = kvalitě kodeku Nezaměňovat s formátem či kontejnerem! Známé kodeky pro formát mp3 = LAME, FhG, Blade, Xing

MPEG-1 = MPEG-2 Audio Layer III = mp3 Technika ztrátové komprese digitálního audio záznamu + formát pro ukládání zvukového záznamu Definovan skupinou MPEG - Motion Pictures Experts Group Založen na nedokonalosti lidského sluchu Ze vstupního signálu odebírá informace, které člověk neslyší, nebo si je neuvědomuje na základě psychoakustického modelu Ponechány jsou pouze složky signály potřebné ke správnému vjemu reprodukovaného zvuku Velmi dobré výsledky pro hudbu, horší pro mluvené slovo

Advanced Coding Audio AAC Metoda ztrátové komprese a formát pro ukládání zvukových stop Rozvíjí mp3, umožňuje dosahovat vyšší kvality zvuku při totožných bit rate ISO standard, součást MPEG-4 Defaultní audio formát pro: YouTube Zařízení Apple Nintendo Playstation 3

Waveform audio file format WAV Kontejnerový formát pro ukládání zvuku Většinou nekomprimovaný - formát LPCM Snadné a rychlé zpracování Vytvořen společnostmi Microsoft + IBM Používán pro přenos zvukových dat mezi různými systémy, jako pracovní formát při zpracování zvuku, apod. Aktuálně je pro tyto účely lepší využívat například formát FLAC

Free Lossless Audio Codec FLAC Formát pro ukládání zvukových záznamů s využitím bezeztrátové komprese Otevřený Kompresní poměr obvykle okolo 1:2 (50 60 % velikosti původního souboru) Velmi rychlá komprese / dekomprese souboru Vhodný pro archivaci zvukových záznamů

Ogg (Vorbis Ogg) Kontejnerový formát pro multimédia (zvuk, video, titulky, metadata) Otevřený Využívaný řadou komerčních i nekomerčních zařízení / aplikací Podporuje několik typů komprese a formátů audia i videa Podporované formáty audia: Ztrátové (Speex, Vorbis, Opus) Bezeztrátové (FLAC) Nekomprimované (PCM)

WMA Windows Media Audio Kontejnerový zvukový formát pro Windows proprietární Primárně využívá ztrátovou kompresi Původně cílen jako náhrada za patentované mp3

Stejnojmenně = AC-3 Dolby Digital Technologie / formát pro ukládání prostorového zvuku (5.1, 7.1, apod.) Ztrátová komprese Vysoké bit-rate Využití pro domácí kina apod. (DVD, Blue-ray, )

Zvuk tvořící obsah Komentář Zvuk v MMS Zvuky obsažené ve videu, animaci Zvuky dávající instrukce = navigace v rámci MSS, apod. Hudba = text písně může sdělovat potřebné informace (zdvojovat psané informace, apod.) Dokreslující zvuk Hudba = pro vytvoření atmosféry a nálady uživatele Ruch, šum na pozadí = pro dokreslení atmosféry (zvuky dopravy z ulice, sportovního utkání, ) Zvukové efekty = např. stisknutí tlačítka navigace, přechod na další stránku,

Zvuk v MMS jak reprezentovat? Mluvené slovo vyžaduje potřebný (profesionální) hlas Zvuková stopa nahrání na mikrofon MIDI vygenerování v PC