Особенности кодирования звуковой и видеоинформации

Глава 1. Кодирование звуковой и видеоинформации Глава 2. Что означает дружественный (по отношению к пользователю) интерфейс?

Глава 1. Кодирование звуковой и видеоинформации

Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Они являются алфавитным представлением информации. Основу любого языка составляет алфавит — конечный набор различных знаков (символов) любой природы, из которых складывается сообщение.

Для представления информации могут использоваться разные коды и, соответственно, надо знать определенные правила — законы записи этих кодов, т. е. уметь кодировать.

Код — набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование — процесс представления информации в виде кода.

Всем известно, что для общения друг с другом мы используем код — русский язык. При разговоре этот код передается звуками, при письме — буквами. Водитель передает сигнал с помощью гудка или миганием фар. Вы встречаетесь с кодированием информации при переходе дороги в виде сигналов светофора. Таким образом, кодирование сводиться к использованию совокупности символов по строго определенным правилам.

Нельзя не сказать о том, что одно из основных достоинств компьютера связано с тем, что это удивительно универсальная машина. Каждый, кто хоть когда-нибудь с ним сталкивался, знает, что занятие арифметическими подсчетами составляет совсем не главный метод использования компьютера. Компьютеры прекрасно воспроизводят музыку и видеофильмы, с их помощью можно организовывать речевые и видеоконференции в Интернет, создавать и обрабатывать графические изображения, а возможность использования компьютера в сфере компьютерных игр на первый взгляд выглядит совершенно несовместимой с образом суперарифмометра, перемалывающего сотни миллионов цифр в секунду.

Итак, кодирование информации — это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Интересен тот факт, что с начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме, а именно по такой схеме [4]:

Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. Но бывают случаи, когда выгодней действовать по-иному.

Издавна используется довольно компактный способ представления музыки — нотная запись. В ней специальными символами указывается, какой высоты звук, на каком инструменте и как сыграть. Фактически, ее можно считать алгоритмом для музыканта, записанным на особом формальном языке. В 1983 ведущие производители компьютеров и музыкальных синтезаторов разработали стандарт, определивший такую систему кодов. Он получил название MIDI.

Конечно, такая система кодирования позволяет записать далеко не всякий звук, она годится только для инструментальной музыки. Но есть у нее и неоспоримые преимущества: чрезвычайно компактная запись, естественность для музыканта (практически любой MIDI-редактор позволяет работать с музыкой в виде обычных нот), легкость замены инструментов, изменения темпа и тональности мелодии.

Есть и другие, чисто компьютерные, форматы записи музыки. Среди них — формат MP3, позволяющий с очень большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку, при этом вместо 18−20 музыкальных композиций на стандартном компакт-диске (CDROM) помещается около 200. Одна песня занимает, примерно, 3,5 Mбайт, что позволяет пользователям сети Интернет легко обмениваться музыкальными композициями.

Особое внимание также уделяют кодированию видеоинформации. Чтобы хранить и обрабатывать видео на компьютере, необходимо закодировать его особым образом.

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.

Отметим то, что 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. Но 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.

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок, 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.

Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров. При кодировании видео принято, что качеству VHS соответствует кодирование MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS — 4 Мбит/с.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами.

Считается, что за 10−15 кадров картинка изменится настолько, что необходим новый исходный кадр. В результате при использовании MPEG можно добиться уменьшения объема информации более чем в двести раз, хотя это и приводит к некоторой потере качества. В настоящее время используются алгоритм сжатия MPEG-1, разработанный для хранения видео на компакт-дисках с качеством VHS, MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и DVD, а также алгоритм MPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для домашнего хранения видеофильмов.

Таким образом, кодирование звуковой и видеоинформации помогли человечеству встать на ступень выше в своем развитии, помогли ускорить обмен потока информации, а всем известно, особенно в наше информационное время: тот, кто владеет информацией, владеет миром.

Глава 2. Что означает дружественный (по отношению к пользователю) интерфейс?

кодирование звуковая видеоинформация интерфейс Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта в нашем случае персонального компьютера не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.

Именно поэтому большое количество специалистов, дизайнеров и программистов заняты решением этой задачи, которая заключается в том, чтобы найти универсальный дружественный интерфейс для пользователей.

Например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют одинаковый интерфейс.

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией можно сказать, что интерфейс пользователя — это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами. Среди пользовательского интерфейса выделяют [4]:

Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд);

Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана;

Диалоговый интерфейс;

Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.

Но самое главное состоит в том, чтобы создать для пользователя удобный, так сказать дружественный интерфейс. То есть разработать его таким образом, чтобы любой человек, проведя немного времени с компьютером, мог с легкостью с ним работать без посторонней помощи.

Самая распространенная ошибка в создании интерфейса, например программы — использование изображений с множеством мелких деталей, малоконтрастных цветовых гамм, мелкокегельного текста. Соответственно и проектировать его нужно так, чтобы без усилий получить необходимую информацию. Второй бедой являются цветовые гаммы. Буйство красок обычно приводит к образованию непонятно-грязного цветового пятна при взгляде издали и просто рассеиванию внимания при более близком рассмотрении. Таким образом, мы можем сказать, что дружественный интерфейс для пользователя довольно таки сложная вещь, на которую специалисты должны обращать внимание. Интерфейс главным образом должен быть хорошо продуман и удобен, должен быть легко доступен и понятен пользователю.

Список использованной литературы

1. Гуда А. Н., Бутакова М. А., Нечитайло Н. М. Информатика. Общий курс: учебник. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К»; Ростов н/Д: Наука-Пресс, 2007. — 400с.

2. Могилев А. В. информатика: учебное пособие для студентов вузов/ А. В. Могилев, Н. И. Пан, Е. К. Хеннер. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд. центр «Академия», 2004. — 848с.

3. Степанов А. Н. Информатика: учебник для вузов. — 4-е издание. — СПб.: Питер, 2006. — 684с.

4. www. yspu.yar.ru/projects/infomet/kodir

5. www. center.fio.ru/method/Resources