Цифровая обработка аудио- и видеоинформации.

В статье рассматриваются исторические и технические аспекты развития цифровых средств обработки звуковой и видеоинформации, рассматриваются варианты обработки и использования, сравниваются форматы файлов, раскрываются их достоинства и недостатки.

 

Цифровая обработка аудио- и видеоинформации Общие сведения о цифровой обработке звука и видео

Самые первые компьютеры разрабатывались и применялись для выполнения сложных математических вычислений. За полувековую историю развития вычислительной техники производительность компьютеров увеличилась в миллионы раз, и при этом в тысячи раз уменьшились их размеры. И хотя по-прежнему любая обработка информации на компьютере сводится в конечном итоге к математическим операциям, вычислительная мощность современной техники позволяет производить цифровую обработку звуковой и визуальной информации, а малые габариты и невысокая стоимость техники (по сравнению с первыми компьютерами) делает ее применение действительно массовым.

 

Любая информация, хранимая и обрабатываемая на компьютере, независимо от ее вида (текст, таблицы, рисунки, музыка и т.п.), преобразовывается для обработки и хранения в двоичный цифровой код. Поэтому и звуковая (аудио), и визуальная (графика, видео) информация также преобразуется в цифровой код. Вся дальнейшая работа с такой информацией сводится к различным математическим преобразованиям цифровых данных, и поэтому такая обработка называется цифровой.

 

В зависимости от способов преобразования информации в цифровой код меняются способы ее дальнейшей обработки, а также ее количественные и качественные параметры. Однако в рамках данной работы мы пропустим подробное рассмотрение методов и алгоритмов преобразования и обработки данных в цифровом виде. Нас, как пользователей, больше интересует конечный результат цифровой обработки.

 

Работа с аудиоинформацией

Начнем рассмотрение со способов использования компьютеров для обработки аудиоданных. Самые первые персональные компьютеры имели лишь возможность вывода на встроенный динамик звукового тона определенной высоты и длительности. Меняя высоту и длительность тона, а также продолжительность пауз между звуками, программисты заставляли компьютер проигрывать несложные мелодии. Однако это не было полноценным воспроизведением звука.

 

Ситуация значительно поменялась в лучшую сторону после разработки технологий качественной оцифровки звуковой информации, используемой для записи звука на компакт-диски. К этому времени компьютеры уже «научились» воспроизводить звуки не через встроенный динамик, а через подключаемую акустическую стереосистему. При этом качество звука стало соответствовать требованиям самых взыскательных меломанов. Однако за качество приходилось расплачиваться большим размером оцифрованной звуковой информации. Для примера, на один компакт-диск емкостью 650 МБ можно уместить более 340 тысяч страниц несжатого неформатированного текста, и всего лишь 74 минуты звуковой записи (около 20 песен). К тому же, использование компакт-дисков для хранения музыки имеет и отрицательные стороны. Пользоваться ими невероятно просто: достаточно вставить такой диск в компьютер или CD-плейер, как тут же зазвучит музыка. Но переписать понравившуюся композицию с диска без специального программного обеспечения не удастся, равно как и записать свою сборку песен на компакт-диск. Но даже при наличии такой возможности объем одной песни будет равен примерно 50 МБ, что во времена начала развития цифровой обработки звука было очень ощутимой величиной.

 

По этой причине разрабатываются и постоянно совершенствуются технологии сжатия звука, то есть уменьшения размера звукового файла. На сегодняшний день наиболее популярным и распространенным является формат сжатия MP3. Данный формат позволяет за счет удаления практически не воспринимаемых на слух частот и дополнительной компрессии оставшейся информации уменьшать размер звуковых файлов в 10 и более раз практически без потери качества. Стандартная музыкальная композиция в этом формате занимает всего 4-5 МБ, что делает более удобным создание больших коллекций музыки и обмен музыкальными файлами между разными людьми, в том числе с помощью интернет.

 

Кроме технологии сжатия MP3 существуют и другие, позволяющие уменьшать размеры файлов без потери или с незначительной потерей качества. Однако для прослушивания любого сжатого аудиофайла необходимо наличие на компьютере специального программного модуля, реализующего распаковку и воспроизведение звука. Такие модули носят название кодеки (от слов кодер-декодер), и они используются программами воспроизведения аудиофайлов для распаковки сжатой звуковой информации. При отсутствии необходимого кодека в системе воспроизведение сжатого звукового файла будет невозможным. Стоит лишь заметить, что большинство распространенных аудиокодеков уже присутствует в операционной системе Windows.

 

Отдельным форматом аудио файлов является формат MIDI. Он представляет собой не оцифрованную запись звука, а специальный набор команд, по которым компьютер сам синтезирует мелодию, имитируя звучание реальных музыкальных инструментов. Данный формат сейчас широко используется в мобильных телефонах для задания различных мелодий звонка. Всю работу пользователя со звуковыми файлами можно разделить на три группы: воспроизведение, копирование и запись. Воспроизведение звукового файла — это наиболее типичный пример его использования. Осуществляется воспроизведение с помощью специальных программ, называемых по аналогии с бытовыми приборами «плеерами» или «проигрывателями». Плееров существует очень много, и даже в самой операционной системе Windows имеется встроенный плеер. При вставке в дисковод звукового компакт-диска его воспроизведение начинается автоматически, а пользователь при желании имеет возможность выбирать нужную композицию. Если на компакт-диске находятся записи в формате MP3, то, как правило, на этих дисках присутствует автоматически запускаемый плеер для их прослушивания. Если же его нет, можно воспользоваться другим проигрывателем. Для формата MP3 наиболее распространенным является плеер WinAmp. Большинство аудиоплееров имеют разнообразные функции для удобного и приятного прослушивания музыки.

 

Аудиофайлы в формате MP3 и MIDI без всяких проблем могут копироваться, перемещаться, удаляться, переименовываться. Другими словами, работа с ними не отличается от работы с любыми другими файлами. Если же звук записан на аудио компакт-диске, то скопировать его можно только с помощью специальных программ. При таком копировании создаются файлы формата WAV. Это стандартизированный формат для оцифрованного звука, то есть он может воспроизводиться любыми программами. Файлы такого формата можно даже встраивать в документы Word, хотя такая «удивительная» возможность вставки звука в текстовый документ по своей сути абсурдна.

 

Запись, или создание собственных аудиофайлов, также возможна лишь с применением специальных программ. В операционную систему Windows включена программа «Звукозапись», но ее возможности не выдерживают никакой критики. Рассмотрение же специализированных программ для обработки звука выходит за рамки данной работы.

 

Работа с видеоинформацией

Во многом похожей на цифровую обработку звука является цифровая обработка видеоинформации. Современные компьютеры позволяют создавать, хранить, обрабатывать и воспроизводить видеоинформацию очень высокого качества. Конечно, для этого требуются значительная вычислительная мощность и большие объемы дискового пространства. По аналогии со звуковыми файлами все видеофайлы сжимаются с помощью различных кодеков. Видеокодеков существует даже больше, чем аудиокодеков, поэтому является актуальной проблема нахождения нужного кодека для просмотра видеофайлов. Если необходимый кодек отсутствует в системе, то такое видео просмотреть не удастся. Особенностью видеофайлов является также то, что в них, как правило, включена и звуковая информация, для воспроизведения которой могут также понадобиться соответствующие аудиокодеки.

 

Кроме разнообразия кодеков немного усложняет работу с видеофайлами наличие большого числа форматов файлов. Форматы AVI, MPG, MOV, DAT — одни из самых распространенных. Файлы этих форматов могут свободно копироваться, работа с ними не отличается от работы с другими файлами. Однако существуют и другие форматы, в которые встроена защита от копирования. Такие файлы нельзя обычным способом скопировать с одного диска на другой. Их можно только просматривать на компьютере или бытовой видеоаппаратуре. Однако, несмотря на наличие вышеупомянутых проблем, на правильно настроенном компьютере воспроизведение видеофайлов не сложнее воспроизведения аудиофайлов и также осуществляется с помощью плееров. Встроенный в Windows плеер умеет воспроизводить не только музыку, но и видео, поэтому при вставке в дисковод компакт-диска с видеозаписью автоматически начинается его воспроизведение. Кроме встроенного плеера можно устанавливать и использовать другие видеопроигрыватели. Большинство из них также оснащены различными функциями для удобного просмотра фильмов. В последнее время большое количество фильмов распространяется на дисках DVD. Для их проигрывания необходима установка специализированного плеера, после чего воспроизведение DVD будет также выполняться автоматически при вставке диска в дисковод.

 

Запись видеофайлов возможна с помощью специальных устройств и соответствующих программ. Эту сторону вопроса, а также вопросы обработки видеоинформации, мы рассматривать не будем, так как это выходит за рамки знаний, необходимых рядовому пользователю компьютера.

 

Заключение

Современная компьютерная техника имеет достаточные возможности для обеспечения качественного воспроизведения аудио- и видеофайлов. Совокупность разнообразных видов информации, доступных пользователю, включая звуковую, графическую и видеоинформацию, называется общим термином мультимедиа. Вся работа с аудио- и видеоинформацией на компьютере максимально упрощена и имитирует работу привычной бытовой аудио- и видеотехники, что является очень важным для рядовых пользователей. Кроме того, компьютеры обладают значительными возможностями по созданию и обработке звуков и видео, но это уже специализированная область использования вычислительной техники.