Фиксация аудио и видеоинформации с помощью цифровых камер и устройств звукозаписи

Практическая  работа

 на тему: «Фиксация аудио и видеоинформации с помощью цифровых камер и устройств звукозаписи» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аудиоинформация.

      Так как компьютер работает с числами, звуки и музыка должны быть представлены в числовом виде, или, как принято  говорить, закодированы. Произвольная аудиоинформация при кодировании  занимает много места, поэтому часто  используют сжатые аудиоформаты. Музыка занимает меньше места, так как хорошо формализуется – ее можно записать с помощью нот.

      Звук  представляет собой волну, распространяющуюся в атмосфере, и воспринимаемую человеком  с помощью органов слуха. Громкость  звука – это его кажущаяся  сила. Измеряется громкость в децибелах (дБ). Громкость обычного разговора  около 50 дБ, шум на улице часто  превышает 70 дБ, а громкость взлетающего  самолета составляет 120 дБ. Порог чувствительности человеческого уха около 20 дБ.

      Характеризуется звуковая волна изменением во времени  частоты и амплитуды сигнала. Графически звуковая волна описывается  кривой, задающей зависимость амплитуды  от времени. Частота основных колебаний  определяет высоту звука. Но звуки одной  частоты могут иметь разный тембр.

      Чтобы закодировать звук, необходимо измерять амплитуду сигнала через определенные промежутки времени. На каждом временном  отрезке определяется средняя амплитуда  сигнала. Графически такое преобразование описывается множеством столбиков.

      При восстановлении исходной кривой ее вид  будет искажен. Искажения тем  больше, чем больше ширина столбиков, то есть чем реже мы определяем текущую  амплитуду. Чем промежутки времени  меньше, тем выше будет качество закодированного звука. Частота, с  которой определяется амплитуда  сигнала, называется частотой дискретизации.

      Амплитуда сигнала, определенная в каждый момент времени, также должна быть представлена в числовом виде. В простейшем случае можно использовать один бит –  есть звук или его нет. Но на практике такое кодирование не имеет смысла. Минимально для кодирования амплитуды  отводятся восемь бит – один байт, что позволяет описать двести пятьдесят шесть уровней громкости. Качество звука при этом получается не слишком высокое. Если и частота  дискретизации невелика, то при воспроизведении  будут присутствовать сильные искажения. Значительно лучшее качество получается при использовании двух байт, что  позволяет задать более шестидесяти  пяти тысяч разных значений амплитуды. В большинстве случаев двух байт достаточно для получения высококачественной записи звука, хотя иногда применяют 24 бита – три байта для кодирования  амплитуды сигнала.

      Для кодирования звуков следует использовать частоту вдвое большую, чем частота  кодируемого звука. Так как человек  воспринимает звуки в диапазоне  частот от 20 до 20000 Гц, то для качественного  кодирования необходимо использовать частоту вдвое большую, чем 20000, то есть 40000 Гц. Принято иметь некоторый  запас, поэтому для качественного  кодирования звука используется частота дискретизации 44100 Гц и 48000 Гц.

      Если  мы хотим записать стереозвук, то следует  одновременно кодировать два независимых  канала звука. При этом, чтобы получить хорошее качество, нужно использовать два байта для кодирования и частоту дискретизации 44100 Гц для каждого из каналов. Именно так кодируется звук на компакт-дисках. При этом одна минута закодированного звука займет более 10 Мб.

      В некоторых случаях можно обойтись более низким качеством, сравнимым  с качеством записи диктофона. Если вы хотите закодировать голос, не предъявляя повышенных требований к качеству звучания, можно использовать один байт при  кодировании и один монофонический канал. Частоту дискретизации также  можно понизить. Чтобы разбирать  отдельные слова и понимать их смысл, достаточно частоты дискретизации 8000 Гц. С такими параметрами минута закодированного звука займет менее 480 Кб.

      Для повышения качества кодирования  используют более высокие частоты  дискретизации, до 96000 Гц, однако такое  качество требуется исключительно  при работе в профессиональных звукозаписывающих  студиях. 

Видеоинформация.

      Чтобы хранить и обрабатывать видео  на компьютере, необходимо закодировать его особым образом. При этом кодирование  звукового сопровождения ничем  не отличается от кодирования звука, описанного в предыдущей теме. Изображение  в видео состоит из отдельных  кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное  растровое изображение, то есть разбивается  на множество пикселей. Закодировав  отдельные кадры и собрав их вместе, мы сможем описать все видео.

      Видеоданные характеризуются частотой кадров и  экранным разрешением. Скорость воспроизведения  видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких  стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 на 484 точек, а для PAL и SECAM – 768 на 576 точек. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране телевизора отображается всего 704 на 540 пикселей. Поэтому для хранения видеоинформации в компьютере или цифровой видеокамере, размер кадра может отличаться от телевизионного. Например, в формате Digital Video или, как его еще называют DV, размер кадра составляет 720 на 576 пикселей. Такое же разрешение имеет кадр стандарта DVD Video. Размер кадра формата Video-CD составляет 352 на 288 пикселей.

      В основе кодирования цветного видео  лежит известная модель RGB. В телевидении же используется другая модель представления цвета изображения, а именно модель YUV. В такой модели цвет кодируется с помощью яркости Y и двух цветоразностных компонент U иV, определяющих цветность. Цветоразностная компонента образуется путем вычитания из яркостной компоненты красного и зеленого цвета. Обычно используется один байт для каждой компоненты цвета, то есть всего для обозначения цвета используется три байта информации. При этом яркость и сигналы цветности имеют равное число независимых значений. Такая модель имеет обозначение 4:4:4.

      Опытным путем установлено, что человеческий глаз менее чувствителен к цветовым изменениям, чем к яркостным. Без видимой потери качества изображения можно уменьшить количество цветовых оттенков в два раза. Такая модель обозначается как 4:2:2 и принята в телевидении. Для бытового видео допускается еще большее уменьшении размерности цветовых составляющих, до 4:2:0.

      Если  представить каждый кадр изображения  как отдельный рисунок указанного выше размера, то видеоизображение будет  занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута – уже 1,5 Гбайт. Поэтому на практике используются различные алгоритмы сжатия для уменьшения скорости и объема потока видеоинформации.

      Если  использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы  позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для  более существенного снижения объемов  видеоинформации используют сжатие с потерями. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Практическое  задание.

Звукозапись  

      Существует большое количество программ для записи звука в файл и последующей обработки звука путем наложения различных эффектов и воспроизведения его через звуковую карту. Одной из таких программа является программа Звукозапись, которая входит в состав стандартных программ Windows.

      Программа Звукозапись позволяет записать звук, подаваемый на линейный вход звуковой карты, с микрофона, компакт-диска или любого другого источника. Полученную запись можно прослушать. Если качество звучания вас не удовлетворяет, можно изменить параметры записи и перезаписать звуковую информацию. Можно провести некоторые операции редактирования и наложения эффектов, а затем сохранить полученную композицию в отдельном файле, или вставить в качестве фрагмента в различные документы. 

Шаг 1. Запустить программу на компьютере. После запуска программы Звукозапись на экране появляется ее рабочее окно. Для записи звука необходимо выполнить ряд подготовительных действий. Прежде всего необходимо определить источник звука.  

Шаг 2. Открыть диалоговое окно Регулятор громкости .

Программа Регулятор громкости вызывается из группы программ Стандартные подменю Развлечения команда Громкость. В появившемся окне следует установить флажки отключения всех устройств, кроме нужного, например, микрофона. Далее следует вернуться к работе с программой звукозаписи и настроить качество записи для фонограммы. 

Шаг 3. Выберите команду Свойства меню Файл. Появится диалоговое окно настройки звуковых параметров новой фонограммы. Среди свойств объекта «Звук» содержится и информация об атрибутах создаваемой записи, влияющих на ее качество. К таким атрибутам относится частота дискретизации и число каналов. Если качество предполагаемой записи вас не устраивает, нажмите кнопку Преобразовать. Появится диалоговое окно настройки преобразования звука . 

Шаг 4. Список Формат позволяет выбрать метод кодирования звуковой информации, а список Атрибуты – качество этого кодирования. Диалоговое окно содержит также список Название, позволяющий выбрать часто используемые форматы и атрибуты записи. Выбрав в этом списке элемент Запись с компакт диска, вы увидите, что информация на музыкальных компакт-дисках записана в формате PCM и с качеством 44,1 КГц, 16 бит, стерео.

      Для возможности кодирования в формат МР3 следует установить соответствующую  программу. Чтобы использовать форматы  со сжатием музыки, следует в диалоговом окне Выбор звука выбрать соответствующий формат записи. Список Атрибуты позволяет выбрать качество фонограммы в сохраняемом файле. 

      Шаг 5. После выбора формата записи и ее качества нажмите кнопку Сохранить как чтобы открыть диалоговое окно задания имени. В поле ввода следует ввести имя сохраняемого вами формата. Затем нажмите кнопку ОК, и выбранное вами имя появится в списке форматов. После выбора формата и качества, нажмите кнопку ОК, чтобы закрыть диалоговое окно, а затем кнопку ОК еще одного диалогового окна.

      При записи фонограмма будет преобразована в выбранный формат сохранена на диске. Если используются форматы сжатия, то при воспроизведении фонограммы данные будут автоматически распаковываться, и вы можете даже не заметить, что воспроизводится сжатая фонограмма. 

Шаг 6. Чтобы сделать запись, следует нажать кнопку Запись в диалоговом окне Звук – Звукозапись, и включить источник звука. Зеленая линия в средней части окна показывает уровень записываемого звука и ее наличие говорит о том, что запись проходит успешно. Остановить запись можно, нажав кнопку Stop. Чтобы далее продолжить запись, необходимо еще раз нажать кнопку Запись. Общая продолжительность записи указывается правее графика звуковой волны. Перейти к началу звукового фрагмента можно, нажав кнопку Переход в начало, а для перехода в конец следует нажать кнопку Переход в конец.

      Можно использовать данную программу для воспроизведения как только что записанных, так и ранее записанных и находящихся в файлах звуков. Для воспроизведения используется кнопка Воспроизведение. Также программа имеет средства для простейшего редактирования звукозаписей, такие как возможность вырезания участка записи, как до, так и после текущей позиции ползунка воспроизведения. Эти средства вызываются командами меню Правка. Дополняет средства редактирования набор простейших звуковых эффектов, которые можно наложить на редактируемую запись. Вы можете изменить громкость и скорость, а также наложить эхо или обратить звуковую запись. Все эффекты можно вызвать, выбрав соответствующую команду меню Эффекты. 

Шаг 7.В заключение работы с фонограммой ее необходимо сохранить для последующего использования. Для этого выберите командуСохранить меню Файл и в появившемся диалоговом окне выберите папку для сохранения и имя сохраняемого файла, после чего нажмите кнопку Сохранить. Ваша фонограмма будет сохранена. 
 
 
 
 
 
 

Критерии  оценки.

«5»- полное, верное выполнение практической работы без помощи учителя.

«4»- небольшие недочеты при выполнении практического  задания, возможна помощь учителя.

«3»- работа выполнена  в основном при  помощи учителя, имеются  ошибки.

«2»- ученик не справляется  с практической работой.