Вопрос 9. Процесс сжатия mp3.Понятие биттрейта. Характеристики стандартных биттейтов при сжатии звука.

MP3 разработан FraunhoferIIS Thomson. Требует значительных затрат времени для кодирования и обеспечивает высокое качество кодирования. Используется для передачи аудио в реальном времени и для кодирования сырого звука. Высокая компактность МР3 при сохранении качества достигается путем использования дополнительного квантования.

Кодирование начинается с разделения сигнала на последовательные участки, называемые фреймами. Каждые фрейм кодируется отдельно со своими параметрами, информация о которых содержится в заголовке фрейма. Сигнал фрейма разделяется при помощи частотных фильтров на несколько сигналов относящихся к разным частотным диапазонам. Для каждого диапазона определяется величина маскирующего эффекта, создаваемого сигналами соседних диапазонов и предыдущего фрейма. Если мощность маскирующего эффекта превышает мощность полезного сигнала данного диапазона или мощность полезного сигнала оказывается ниже порога слышимости определенного опытным путем, то соответствующий диапазон сигнала не кодируется. Для оставшихся данных каждого диапазона определяется сколькими битами на семпл можно пожертвовать, чтобы потери от дополнительного квантования были ниже величины маскирующего эффекта. После завершения этих операций итоговый поток дополнительно кодируется по Хаффману.

Сжатие mp3 – всегда сжатие с потерей информации. Степень сжатия характеризует параметр биттрейт (ширина потока), показывает количество бит, используемых для хранения единицы времени звукового потока, используются биттрейты от 96 кбит/с до 320 кбит/с. Запись с низким биттрейтом приемлема только при воспроизведении на аппаратуре невысокого качества, а так же при необходимости загружать запись не с локального носителя, а по сети.

В таких случаях широко применяется биттрейт 128 кбит/с, дающий сжатие порядка 10-и.

Приемлемы биттрейты – 192 кбит/с и 224 кбит/с.

Частота среза – 18,5 кГц и 19,4 кГц – сжатие в 6 – 7 раз.

Запись с биттрейтом 256 кбит/с (20 кГц) и 320 кбит/с (21,5 кГц) – практически неотличимы на слух от несжатого звука и дают сжатие в 4 – 5 раз.

Вопрос 10. Кодирование стереосигнала в мр3. Форматы хранения аудиоинформации.

Кодирование стереосигнала в MP3

Методы:

1. Dual Channel – каждый сигнал получает ровно половину потока и кодируется отдельно как моносигнал. Рекомендуется в первую очередь, когда каналы содержат принципиально разный сигнал.

2. Stereo – каждый сигнал кодируется отдельно, но кодер может принять решение отдать одному каналу больше места, чем другому.

3. Joint Stereo (MS Stereo) – стереосигнал раскладывается на средний между канальным сигналом и разностным сигналом. Второй кодируется с меньший битрейтом. Для штатной ситуации кодирование сигналов, совпадающих по фазе, даёт повышенное качество кодирования.

4. Joint Stereo (MS/IS Stereo) – отличается тем, что хранится не разностный сигнал, а отношение мощностей сигнала в разных каналах.

Форматы хранения аудиоинформации:

1. MP3 (MPEG Layer 3) – разработан компанией Frankofer IIS, Thompson. Требует значительных затрат времени (высокой производительности аппаратуры) для кодирования и обеспечения высокого качества кодирования. Используется главным образом для передачи аудио в реальном времени и для кодирования «сырого» звука. Высокая компактность MP3 при сохранения качества достигается путём использования дополнительного квантования. Кодирование начинается с разделения сигнала на последовательные участки (фреймы). Каждый фрейм кодируется отдельно со своими параметрами, информация о которых содержится в заголовке фрейма. Сигнал фрейма разделяется при помощи частотных фильтров на несколько сигналов, относящихся к разным частотным диапазонам. Для каждого диапазона определяется величина маскировочного эффекта, создаваемого сигналами соседних диапазонов и предыдущими фреймами. Если мощность маскировочного эффекта превышает мощность полезного сигнала данного диапазона или мощность полезного сигнала оказывается ниже порога слышимости, то соответствующий диапазон сигнала не кодируется. Для оставшихся данных каждого диапазона определено, сколькими битами на сэмпл можно пожертвовать, чтобы потери от дополнительного квантования были ниже величины маскировочного эффекта. После завершения операций итоговый поток дополнительно кодируется по Хаффману.

2. AV – является мета-форматом для данных любого типа. Имеет стандартный заголовок и описание областей данных, которых может быть несколько. В данных могут содержаться неаудиоданные. В заголовке указываются идентификаторы методов кодирования, для которых ОС подбирает кодеки.

3. WQF – разработан компанией HTT, даёт большую величину сжатия, чем MP3.

4. WMA – разработан компанией VoxWare – обеспечивает качество MP3 сжатия с битрейтом 128 при битрейте 64.

5. OGG Vorbis – позволяет получить при битрейте в 128 звук, близкий к оригинальному. Скорость кодирования в 3 раза ниже, чем для WMA. Файл OGG может содержать до 255 каналов, а также графические изображения и тексты.

6. MP3 Pro – отличется от MP3 наличием второго потока данных, позволяет восстановить верхние частоты.

Билет 11

Растровый и векторный принципы форматирования изображений. Схемы цветоообразования . Методы сжатия изображений.

Принципы формирования изображения:

Растровый – простота формирования изображения

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

Достоинства: 1)Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

2) Распространённость

3) Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

4) Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Недостатки:1) Большой размер файлов с простыми изображениями

2) Невозможность идеального масштабирования.

Векторный – экономичность хранения информации и масштабирование

Ве́кторная гра́фика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники. Термин используется в противоположность к растровой графике, 

Процесс векторизации растрового изображения – трассировка.

Схемы цветообразования:

2 противоположных принципа формирования цвета:

Аддитивный – Цвет(oт aнгл. аdd - добавлять, складывать) получается при соединении лучей света разных цветов.в этой системе отсутствие всех цветов представляет собой черный цвет, а присутствие всех цветов- белый. Система аддитивных цветов работает с излучаемым светом, например от монитора компьютера. В этой системе используются три основных цвета: красный, зеленый и синий RGB. Если их смешать их с друг другом в равной пропорции, они образуют белый цвет, а при смешивании в разных пропорциях - любой другой

Субтрактивный – вычитание, цвет представляет собой результат вычитания некоторых цветов из луча отраженного света, отсутствие всех цветов на листе бумаги – белый, присутствие всех – черный, CMYK(голубой, пурпурный, желтый, черный). Сочетание C M Y – теоретически черный, но типографские краски поглощают свет не полностью – получается черно-коричневый и добавляют черный. . Система субтрактивных цветов работает с отраженным светом

Методы сжатия графики

RLE – Run Length Encoding

Последовательность повторяющихся величин, например, набор бит для представления пикселя заменяется парой повторяющихся значений и количество повторений.

Применяются в формате PCX

Метод эффективен для изображений содержащих большие фрагменты, закрашенные однотонно, наименее эффективен для фотографий, которые практически не содержат повторяющихся пикселей.

LZW – Lempel, Ziv, Welch

Метод основан на поиске повторяющихся узоров изображения, степень сжатия сильно насыщенных узорами изображений достигает 10, формат применения – TIFF, GIF

JPEG – Joint photographic experts group

Разработан для сжатия растровых рисунков и фотографий, коэффициент сжатия может достигать 100, выполняется сжатие с потерями, используется тот факт, что человеческий глаз гораздо менее чувствителен к изменению цвета, чем к изменению яркости. Поэтому наибольшее внимание уделяется сохранению информации о разнице между яркостями пикселей, чем о разнице между их цветами.