Чем отличаются цифровые аудио и видеопотоки с точки зрения их компьютерной обработки

Обновлено: 05.02.2023

Цифровое видео — множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении. Основное отличие от аналогового видео в том, что видеосигналы кодируются и передаются в виде последовательности бит. Цифровое видео может распространяться на различных видеоносителях, посредством цифровых видеоинтерфейсов в виде потока или файлов.

Не стоит путать понятие цифровое видео с цифровым телевидением. Цифровое телевидение определяет стандарты передачи видео- и аудиосигнала от передатчика к телеприемнику, используя при этом цифровую модуляцию, то есть предполагает передачу цифрового видео на расстояние посредством спутниковых, наземных, мобильных или кабельных сетей.

Также отличается технология цифрового кинематографа, в которой используются свои стандарты разрешения, соотношения сторон кадра и кадровой частоты, заимствованные у традиционного пленочного кинематографа.

Стандарты разложения


Стандарты разложения цифрового видео определяют следующие параметры:

  • количество видимых строк. Для записи и передачи цифрового видео, также как и аналогового, применяют разложение его на отдельные строки, то есть последовательное сканирование и передача элементов каждой горизонтальной строки. Для видео и телевидения стандартной чёткости эти значения равны 480 или 576 строк, с повышенной четкостью — 720. Для видео высокой чёткости (англ.HD ) — 1080.
  • режим развёртки («p» или «i»). Для сокращения передаваемого потока вдвое применяется чересстрочная развёртка, при которой каждый кадр передается двумя последовательными полукадрами — полями. Поле состоит из телевизионных строк. Одно поле содержит чётные строки, второе - нечётные. Такой режим развёртки обозначается значком «i» от англ.interlace . Такой режим был разработан в эпоху аналогового телевидения, когда не было возможности передавать сигналы с широкой полосой пропускания. Также первые цифровые форматы и даже HD использовали этот режим для уменьшения видеопотока. Недостатком такого режима является наличие эффекта «гребёнки» на движущихся объектах при воспроизведении на устройствах отображения с прогрессивной (построчной) развёрткой, для устранения которого применяют деинтерлейсинг. При построчной передаче всего кадра таких проблем не возникает, однако ширина полосы пропускания или поток такого видеосигнала будет вдвое большими. При прогрессивной развертке частоты дискретизации для схемы 4:2:2 будут равными для Y' — 27 МГц, для Сr/Сb — 13,5 МГц. — частота смены кадров за единицу времени, как правило, за секунду. Из-за различных стандартов, принятых в разных странах, в телевизионном вещании, кино и видео производстве появилось значительное число различных стандартов, которые могут частично или полностью поддерживать различные видеоустройства. Основными являются:
    • на основе форматов семейства PAL: 25i, 25p, 50p
    • на основе форматов семейства NTSC: 29.97i, 30i, 29.97p, 30p, 59.94p, 60p
    • киноформаты: 23.98p, 24p

    Также немаловажным параметром является соотношение сторон кадра видеоизображения. Типичными форматами для видео являются стандартный 4:3 (1,33:1) или широкоэкранный — 16:9 (1,77:1). Широкоэкранный режим иногда записывается на видео со сжатием по горизонтали до 4:3, а при воспроизведении растягивается. Такая технология называется анаморфирование видеозаписи и при записи широкоформатных фильмов дает возможность полнее использовать кадр телевидения стандартной четкости.

    Как ЦАП строят волну

    ЦАП – это цифро-аналоговый преобразователь, элемент, переводящий цифровой звук в аналоговый. Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.

    Уровни видео

    Смотреть что такое "Цифровое видео" в других словарях:

    цифровое видео — формат DV цифровой видеозаписи Цифровой формат, где для сжатия используется вариант дискретного косинус преобразования, аналогичный сжатию для формата JPEG, но с несколькими таблицами дискретизации. В DV камере аналоговое видео YUV преобразуется… … Справочник технического переводчика

    мини цифровое видео — Новый формат аудио и видеозаписи для небольших камкордеров, принятый большинством производителей камкордеров. Видео и звук записываются в цифровом формате на маленькую кассету (66x48x12 мм), превосходя по качеству S VHS и Hi 8.… … Справочник технического переводчика

    интерактивное цифровое видео — Стандарт фирмы Intel на систему сжатия полноэкранных изображений с помощью аппаратных средств (коэффициент сжатия до 160:1). Вместе с видеоданными на оптический диск записываются сигналы звукового сопровождения, преобразованные в цифровую форму с … Справочник технического переводчика

    Видео — (от лат. video смотрю, вижу) электронная технология формирования, записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения сигналов изображения, основанная на принципах телевидения, а также аудиовизуальное произведение, записанное … Википедия

    Цифровое телевидение — Список стандартов цифрового телевизионного вещания Стандарты DVB (Европа) DVB S (Цифровое спутниковое ТВ) DVB S2 DVB T (Цифровое эфирное ТВ) DVB T2 DVB C (Цифровое кабельное ТВ) DVB C2 DVB H (Мобильное ТВ) DVB SH (спутниковое/м … Википедия

    цифровое декодирование телевизионного видеосигнала — цифровое декодирование Восстановление аналогового телевизионного видеосигнала из цифрового телевизионного видеосигнала. [ГОСТ 21879 88] Тематики телевидение, радиовещание, видео Обобщающие термины сигналы, их формирование и обработка Синонимы… … Справочник технического переводчика

    цифровое кодирование телевизионного видеосигнала — цифровое кодирование Преобразование входного аналогового телевизионного видеосигнала в цифровой телевизионный видеосигнал. Примечание При цифровом кодировании возможно использование методов сжатия цифрового потока. [ГОСТ 21879 88] Тематики… … Справочник технического переводчика

    цифровое радиовещание (ЦРВ) — цифровое звуковое радиовещание (ЦЗР) Является одной из новых информационных технологий, суть которого заключается в преобразовании исходных аналоговых сигналов звуковых программ в цифровую форму с компактным представлением, их помехоустойчивом… … Справочник технического переводчика

    цифровое вещательное телевидение — Вещательное телевидение, в котором используют технические средства для формирования, передачи и приема цифровых телевизионных сигналов. [ГОСТ Р 52210 2004] Тематики телевидение, радиовещание, видео EN digital broadcast television … Справочник технического переводчика


    1. Актуальность исследования

    2. Технологии обработки аудиоинформации

    3. Технологии обработки видеоинформации

    ПОСЛЕ ПРОЧТЕНИЯ ДАННОГО МАТЕРИАЛА, ПРЕДЛАГАЮ ПРОЙТИ НЕБОЛЬШОЙ СЕТЕВОЙ ОПРОС

    Одной из наиболее прогрессирующих отраслей информационных технологий является направление обработки аудио- и видеоинформации. Есть определенный набор программного обеспечения, реализующего алгоритмы обработки данных информационных потоков. Некоторые из них ориентированы на ограниченное пространство выполнения задач, другие же позволяют использовать больший спектр возможностей для решения поставленных задач, но требуют больших материальных затрат и мощных ресурсов вычислительной техники.

    Стоит отметить, что не существует универсального программного обеспечения для выполнения полного спектра возможных задач при обработке аудио-и видеоинформации. Поэтому как следствие, довольно часто встает проблема выбора конкретного программного продукта для решения поставленной специфической задачи.

    В процессе исследования этого вопроса нет смысла оценивать функциональные возможности каждого из существующих программных средств для работы с мультимедийной информацией, ведь их есть очень большое количество. Кроме того, подавляющее большинство из них являются, в той или иной степени, модификацией предыдущих разработок. Поэтому, весьма важным в рассмотрении этого вопроса является формирование репрезентативной выборки из числа списка существующего программного обеспечения.

    Технологии обработки аудиоинформации


    Звук – это распространяющаяся в воздухе, воде или другой среде волна (колебания воздуха или другой среды), с непрерывно меняющейся частотой и амплитудой. Чем больше амплитуда – тем громче звук. Чем больше частота колебаний – тем выше тон звука.


    Единица измерения громкости звука –децибел (дБ)


    Кодирование звука

    Кодирование звука – это преобразование звуковой информации из одной формы в другую.


    Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера

    Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

    • Звуковая волна
    • Микрофон
    • Переменный электрический ток
    • Аудиоадаптер
    • Двоичный код
    • Память компьютера

    Звуковая информация чрезвычайно важна для человека. Именно с помощью звука люди осуществляют коммуникации между собой, на основе человеческой речи возникла письменность и культура в целом. Особую роль речь, звуки играют в обучении и воспитании. Учебный процесс основан на речевом общении учителя и учащихся. Важную роль в культуре человечества играет музыка. Все значительные моменты человеческой жизни, важные события сопровождаются музыкой. Мы не можем обойтись без музыки длительные промежутки времени, а молодежная субкультура поистине построена на современных музыкальных течениях. Среди молодых людей есть и такие, которые с трудом могут обходиться без музыки в течении занятий. Они слушают любимые музыкальные композиции и группы при каждом удобном случае с помощью гарнитуры, мобильного телефона, плеера.

    Подготовка и прослушивание с помощью компьютера звуковых записей -- одна из важных мультимедиатехнологий.

    Большую популярность приобрели программы проигрывания и обработки звуковой информации.

    Прежде чем рассмотреть эти программы и реализуемые ими технологии обработки звуковой информации, приведем некоторые необходимые сведения относительно природы звука как физического явления.

    Звук -- это волны давления, которые распространяются в материальной среде. Мы, люди, имеем дело со звуковыми волнами, которые распространяются в воздухе. Однако звуковые волны распространяются и в жидкостях (например, в воде "переговариваются" рыбы, дельфины, киты), и в твердых телах (например, приложив ухо к рельсу, можно услышать приближение поезда на очень большом расстоянии).

    "Волны давления" означает, что звуковая волна представляет собой как бы "сгустки" молекул воздуха с повышенным давлением, чередующиеся с областями разрежения молекул, где давление пониженное. Эти сгустки и разрежения движутся в воздушной среде с определенной скоростью, зависящей только от характеристик молекул. Эта скорость и есть скорость звука в данной среде. Частота колебаний давления может быть выше или ниже. Единицей частоты является 1 Герц (Гц).

    Герц -- фамилия немецкого ученого, внесшего большой вклад в изучение колебаний.

    С точки зрения восприятия звука человеком частота колебаний определяет высоту тона. Человеческое ухо различает звук с частотой от 20 Гц (низкий рокот) до 20 000 Гц (тонкий комариный писк), чем ниже частота -- тем ниже по тону нам кажется звук, чем выше частота -- тем выше тон звука. Речь и музыка находятся в диапазоне 1000--5000 Гц.


    Звуковые волны и звуковое давление

    где p2 -- звуковое давление измеряемого звука, а p1 -- звуковое давление, соответствующее порогу слышимости.

    Болевой порог в таком случае составляет примерно 140 дБ.

    С небольшими оговорками уровень звука можно называть и просто громкостью. Слух человека устроен так, что субъективно мы оцениваем гром кость именно в логарифмическом масштабе: увеличение мощности сигнала в десять раз ощущается как увеличение громкости всего в два раза. Минимальное различие уровня двух сигналов, которое способен заметить человек, составляет 1 дБ. Отсюда вытекает понятие динамического диапазона, то есть разницы между самыми тихими и самыми громкими звуками. Человеческий слух обладает динамическим диапазоном около 120 дБ. Точно так же можно говорить о динамическом диапазоне какого-либо музыкального фрагмента. Если самые тихие звуки в нем имеют громкость 10 дБ, а самые громкие -- 60 дБ, то динамический диапазон составит 60 - 10 = 50 дБ.

    Технологии обработки видеоинформации

    Цифровая обработка видеоинформации является одним из важнейших направлений в информационных технологиях, служащая для реализации функций искусственного интеллекта, связанных с обработкой статических изображений и видеопотоков.

    Основные задачи видеомонтажа - это удаление ненужных участков сюжета, состыковка отдельных фрагментов видеоматериала, создание переходов между ними, добавление спецэффектов и поясняющих титров. Существует три вида видеомонтажа: линейный, нелинейный и гибридный.

    Линейный монтаж подразумевает перезапись видеоматериала с двух или нескольких видеоисточников на видеозаписывающее устройство с вырезанием ненужных и «склейкой» нужных видеосцен и добавлением эффектов. Этот способ применяется с самого начала видеопроизводства и подразумевает использование, по крайней мере, двух устройств -камеры или видеомагнитофона с исходным материалом и рекордера - видеомагнитофона с чистой кассетой. Посредством различных манипуляций материал переписывается в нужной последовательности с плеера на рекордер, с ленты на ленту. Записываемый видео поток может проходить через устройство наложения спецэффектов, переходов и титров, которое в реальном времени осуществляет необходимые преобразования. Линейный монтаж, как правило, выполняется в реальном времени. Видеоряд из нескольких источников (камер, видеомагнитофонов, тюнеров и т.д.) поступает на приемник (записывающее устройство и эфирный транслятор) через коммутатор. Также о линейном монтаже говорят и при урезании каких-либо сцен в видеоматериале без изменения их последовательности.

    Нелинейный монтаж видео можно охарактеризовать как сборку фильма на жестком диске персонального компьютера. После появления цифровой записи и различных программных пакетов для работы с видео появился нелинейный монтаж. Благодаря ему потери качества при редактировании, дорогие аппаратные средства и машины для редактирования, скачущие переходы стали пережитками прошлого.

    Сегодня любой желающий, обладающий познаниями в персональном компьютере или ноутбуке может с легкостью выполнить качественный монтаж видео.

    Нелинейный монтаж подразумевает мгновенный доступ к абсолютно любому сюжету из редактируемого видео и моментальное воспроизведение его фрагментов в определенном пользователем порядке. Более того все эти действия можно выполнять при помощи привычной для нас технологии MicrosoftWindows под названием «Drag-and-Drop» – перетащить и отпустить. Так, при помощи компьютерной мыши все нужные сюжеты переносятся на TimeLine (монтажную линейку) либо перемещаются по ней, а если необходимо – подрезаются.

    Так как нет нужды в физической перемотке ленты при позиционировании на начало нужного отрезка (линейный монтаж) можно легко добиться четкой покадровой стыковки фрагментов за считанные минуты. Этот принцип и является основным преимуществом рассматриваемой технологии монтажа по сравнению с линейной.

    Но мгновенный доступ к видеоматериалу – это не единственное достоинство, которым может похвастаться нелинейный монтаж. Современные видеоредакторы открывают просто безграничные возможности для реализации творческих идей видеолюбителя. Так, почти все программные пакеты для работы с видео в своих арсеналах имеют сотни различных настраиваемых эффектов переходов между фрагментами видео (перевороты страниц, растворение, шторки, смывка, свертка, прогорание и т.д.) и десятки видеофильтров (волны, вспучивание, мозаика, кристаллизация, ветер и т.д.) с возможностью добавления новых. Здесь пользователь может одновременно накладывать десятки слоев графии и видео с использованием прорезания по цвету (Chromekey), альфа-каналу или яркости (Lumakey). Все слои могут менять размеры, прозрачность, форму, пропорции, перемещаться по сложным траекториям и при этом вращаться вокруг трех осей (Х, Y, Z). Более того, одновременно здесь обеспечивается многоканальное микширование звуковых файлов.

    Благодаря постоянному совершенствованию видео редакторов, пользователь получает все новые и новые возможности, без необходимости замены аппаратного обеспечения, нужно лишь приобрести или скачать обновление к программе.

    Правильно сочетая инструменты разного программного обеспечения, можно творить чудеса на экране телевизора или монитора. Сегодня все музыкальные клипы, рекламные ролики и заставки, которые ежедневно транслируются на экранах наших телевизоров, созданы при помощи программ нелинейного монтажа видео.

    Средства воспроизведения мультимедиа, так и технология изготовления мультимедиа-продуктов, являются весьма сложными и дорогостоящими. Поэтому мультимедиа-технологии применяются либо в тех областях, где высокая стоимость продукта не является препятствием, либо там, где ожидается его массовое производ­ство. К таким областям можно отнести:

    · информационную и рекламную деятельности;

    · создание персональных фоно- и видеотек;

    Все эти области требуют комплексной формы представления выдаваемой информации, а, следовательно, мультимедиа — их естественная технология.

    Пределом развития мультимедиа является виртуальная реаль­ность — создание с помощью компьютера и специальных уст­ройств (шлемов, очков, перчаток и даже костюмов) виртуально­го (кажущегося) мира, в который «помещается» человек и живет is этом мире по его законам. Яркой иллюстрацией этой идеи явля­ется нашумевший в свое время фильм «Матрица». Надо, однако, заметить, что до реализма «Матрицы» современным системам вир­туальной реальности еще очень и очень далеко. К тому же, как с функциональной, так и с экономической точки зрения, их при­менение оправдано крайне редко.

    2 Аудио- и видеоинформация и ее особенности

    Особенностью, отличающей мультимедиа-технологии от дру­гих компьютерных технологий, является обработка аудио- и ви­деоинформации в реальном режиме времени. В узком смысле под мультимедиа в компьютерных технологиях понимают именно ра­боту с потоковой аудио- и видеоинформацией, т.е. такой формой получения, обработки и передачи информации, когда она посту­пает непрерывно, и мы не можем охватить ее целиком. Эта ин­формация носит, как правило, изначально аналоговый характер, и для компьютерной обработки должна быть переведена в цифро­вую форму (оцифрована). С другой стороны для воспроизведения она должна быть обратно переведена в аналоговую форму.

    Для преобразования аналогового звукового сигнала в цифровую форму с определенной частотой (частотой дискретизации)производятся измерения (отсчеты) амплитуды звукового сигнала. Затем непрерывные значения амплитуды тоже переводятся в дискретную форму путем разбивки интервала возможных значений амплитуды на конечное число промежутков и заменой текущего значения амплитуды на ближайшее граничное значение какого-либо интервала. Количество битов, необходимых для представле­ния получаемых таким образом дискретных значений, называется разрядностью отсчета.

    Для обеспечения достаточно хорошего качества преобразова­ния необходимо, чтобы частота дискретизации по меньшей мере вдвое превышала наивысшую частоту сигнала. Поскольку челове­ческое ухо слышит звук частотой до 20 кГц, то в свое время для компакт-дисков была выбрана частота дискретизации 44,1 кГц и разрядность отсчета 16 бит (65 536 фиксированных уровней амп­литуды). В студийной работе чаще используется та же разрядность отсчета при частоте дискретизации 48 кГц. Иногда используются и более высокие значения этих величин. Устройство, переводящее аналоговый звуковой сигнал в цифровую форму, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), а обратно — цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).




    Сочетание частоты дискретизации, разрядности отсчета и ко­личества используемых каналов называют форматом цифрового звука. Очевидно, что произведение этих величин и даст величину цифрового потока, необходимую для представления этого фор­мата. Например, для частоты дискретизации 44,1 кГц, разряднос­ти 16 бит и стереофонического звука (2 канала) величина цифро­вого потока составит немногим более 170 Кбайт/с, что заметно ниже, чем пропускная способность основных каналов передачи данных компьютера. Поэтому обработка звука в реальном времени на современных компьютерах вполне осуществима, хотя в послед­нее время наметилась тенденция к увеличению значений всех со­ставляющих формата цифрового звука (в частности, система Dolby Digital использует 6 каналов, а ее модификации — до 8).

    Несмотря на то, что компьютер «справляется» с обработкой звука в реальном времени, существует несколько причин для сжа­тия цифровых данных. Во-первых, если мы запишем на диск «сы­рой» (несжатый) звук, то нетрудно подсчитать, что минута записи однако чаще всего они используются как промежуточные. Вто­рая причина связана с передачей звуковых данных:

    если канал связи обеспечивает, например, 33,6 Кбит/с (-3,28 Кбайт/с), то 170 Кбайт/с передать по нему невозможно, и звук просто обязан быть сжат. Наконец, есть еще одна причина, носящая экономико-психологический характер. Прохождение звука по компьютерным цепям и его оцифровка вносят в него искажения, и может ока­заться так, что искажения за счет сжатия звука окажутся меньше остальных, а выигрыш в объеме данных окажется значительным. Психологической же эта причина названа потому, что оценка ис­кажений в большой степени носит субъективный характер, и ис­кажения, которые один человек может не слышать, другому мо­гут казаться неприемлемыми. Методы сжатия звуковых потоков учитывают эту особенность, и все соответствующие алгоритмы в целом основаны на свойствах восприятия звуковых сигналов слу­ховым аппаратом человека, называемых «психоакустической мо­делью». При этом из звукового сигнала удаляется информация, малозаметная для слуха, в результате чего слуховое восприятие звука практически не меняется. Такое кодирование относится к методам сжатия с потерями, когда из сжатого сигнала уже невоз­можно точно восстановить исходную волновую форму, однако степень сжатия гораздо выше. Сжатие звукового сигнала и его об­ратная распаковка осуществляются специальными программны­ми модулями, называемыми кодеками (кодерами-декодерами). Каждый из них характеризуется используемыми алгоритмами сжа­тия и используемыми форматами сжатых файлов.

    Для описания степени сжатия звукового сигнала используется битрейт (bitrate) — скорость битового потока с которой сжатая информация должна поступать в декодер при восстановлении зву­кового сигнала. Битрейт измеряется в килобитах в секунду (Кбит/ с) и если, например, он равен 128 Кбит/с, то это означает, что одна секунда звука будет занимать 128 Кбит, или 16 Кбайт. Чем выше битрейт, тем выше качество звука, получаемого при обрат­ной распаковке и, соответственно, больше размер сжатого звука. Широко распространенный формат сжатия mpЗ позволяет коди­ровать звук с битрейтом от 8 до 320 Кбит/с. Наиболее часто в mpЗ используется битрейт 128 Кбит/с, на котором достигается сжатие в 10—12 раз.

    Говоря о сжатии звука, нельзя обойти вниманием специаль­ную форму передачи сжатого звука, называемую потоковым ве­щанием. Применяется она только в компьютерных сетях (в том числе в сети Интернет) и использует систему «клиент-сервер»: звуковые файлы потокового формата хранятся на сервере и со- этом никакие промежуточные файлы на клиентском компьютере не создаются. Характерной особенностью потокового вещания яв­ляется высокая степень сжатия, которая должна обеспечить про­хождение сжатого звука через низкоскоростные каналы связи, Наиболее распространенным среди потоковых систем является' формат RealAudio.

    Преобразование аналогового видеосигнала в цифровую форму (оцифровка, или видеозахват) происходит почти по тем же принципам, что и при работе с аудиосигналами. Однако в отличие от оцифровки звука, отсчеты делаются редко (25 раз в секунду), но результатом отсчета является целый кадр. Наиболее часто приме­няется используемый в стандарте VideoCD размер кадра в 352x288 точек (телевизионный кадр, прореженный вдвое по вертикали и по горизонтали), при 24 бит цвета на каждую точку. Нетрудно подсчитать, что это даст цифровой поток около 60 Мбит/с (примерно 7,5 Мбайт/с), что значительно превышает величину аудиопотоков.

    Поэтому сжатие данных, причем с потерями (для обеспечения высокой степени сжатия вплоть до 100: 1), здесь просто необхо­димо. Существует большое количество алгоритмов сжатия (MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4 и др.), служащих различным целям и имеющим совершенно различные характеристики, но все они в той или иной степени нацелены на наиболее эффективное сжатие данных с минимальными потерями качества. В частности, битрейт сжатого видео на VideoCD (алгоритм MPEG 1), имеющего на­званные размер и частоту кадров, равен 1,1 Мбит/с.

    Аудиоконтент стал более доступным, чем когда-либо. Вы можете мгновенно воспроизвести любую песню с мобильного гаджета, и в связи с этим вдвойне удивительно, что физические аудионосители не повторили судьбу видеокассет. Но что же такого особенного в этих архаичных виниловых дисках, обладающих столь неповторимым очарованием?

    Диаграмма с результатами продаж музыки демонстрирует, что винил в последние годы рос, в то время как продажи компакт-дисков падали. По данным RIAA, продажи пластинок в 2020 году увеличились почти на 30%! Таким образом, винил может быть и аутсайдер по сравнению со стримингом, однако он опередил CD.


    Является ли возрождение винила проявлением наивной потребительской ностальгии или же в его звучании действительно есть волшебные нотки? Что ж, для начала затронем базовые вопросы.

    Как работают проигрыватели винила и цифровые аудиоплееры?


    Независимо от того, каким будет в итоге аудионоситель, первым делом необходимо сделать саму запись. Звуковые сигналы записывают с помощью микрофонов или непосредственно с электронных музыкальных инструментов, после чего они микшируются (сводятся) и подвергаются мастерингу (подробнее об этом процессе чуть позже).

    Для изготовления виниловой пластинки готовая аудиозапись передаётся на рекордер, который нарезает дорожки на специальном лаковом диске. Звуковые волны диктуют форму канавок, которые собственно и нарезает станок. Затем этот лакированный диск покрывается металлом для создания металлического слепка («мастера»), который далее используется для создания «штампа» (негативной версии «мастера»). Штамп устанавливается в гидравлический пресс и оставляет оттиск на виниловой заготовке, в результате чего и получаются привычные нам пластинки.

    Во время воспроизведения пластинки игла (стилус) проигрывателя следует за дорожкой записи и генерирует сигнал с помощью крошечного электромагнитного устройства, называемого картриджем. Он может быть выполнен по технологии подвижного магнита (Moving Magnet, ММ), либо подвижной катушки (Moving Coil, MC). После прохождения через фонокорректор и усилитель, генерируемый электрический ток приводит в движение динамики, которые воспроизводят записанный звук.


    У винила есть ряд физических ограничений. Если частота записанного звука низкая, а амплитуда (громкость) слишком высокая, игла склонна выскакивать из дорожки, что провоцирует пропуски воспроизведения. Учитывая данный факт, звукоинженеры применяют специальные техники микширования перед записью музыки на пластинки — с целью предотвратить пропуски и ошибки трекинга. Одно из распространённых решений — панорамирование баса в центре стереомикса.

    В случае с высокими частотами всё также непросто: в вытравленной на пластинке дорожке имеется несметное множество микроскопических изгибов — таким образом, игла должна следовать очень небольшим перепадам, которые не всегда возможно передать точно. В результате, может появиться неприятный шипящий призвук при воспроизведении сибилянтов и других высокочастотных звуков.


    А теперь сравним это с цифровыми форматами, где записанные аудиосигналы передаются через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в компьютер и хранятся в виде последовательности единиц и нулей. Разрешение преобразования зависит от частоты дискретизации и битности. Например, аудиозапись на CD имеет частоту дискретизации 44,1 кГц. Это означает, что звук дискретизируется 44100 раз в секунду, и на каждую выборку записывается 16 бит данных. Воспроизведение в таком случае включает в себя считывание закодированных в цифровом виде данных и их обработку в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП), с последующей передачей усиленного сигнала на наушники или колонки.

    Теперь, когда у нас есть базовое понимание того, как работают оба формата, сравним их и попробуем определить победителя.

    Чем отличается качество звучания винила и «цифры»?


    Для начала, определим основные понятия: под «винилом» подразумеваем новую, хорошо записанную пластинку, воспроизводимую с использованием лучшего доступного оборудования. Когда же мы говорим «цифровой», подразумеваем компакт-диск или 16 бит/44.1 кГц файл без потерь (lossless), также воспроизводимый с использованием лучшего доступного оборудования. Очевидно, что существуют и более продвинутые форматы цифрового аудио, однако файлы 16/44.1 более широко используются для тиражирования в коммерческих целях. Будем держать в уме, что увеличение частоты дискретизации или битовой глубины дополнительно улучшит характеристики цифрового звука.

    Частотная характеристика и искажения

    Виниловые пластинки способны охватить весь частотный диапазон человеческого слуха и даже больше: значения простираются примерно от 7 Гц до 50 кГц, в зависимости от используемого оборудования и применяемых фильтров низких частот. Вместе с тем, не всё так однозначно, ведь характеристики могут варьироваться даже у одной и той же пластинки: по мере того как игла проигрывателя перемещается от наружного края к центру записи и условная окружность становится меньше, улавливать и воспроизводить тончайшие высокочастотные детали становится всё сложнее.


    Условная точка, в которой «тёплые и ламповые» искажения становятся раздражающими, отличается для разных слушателей. В случае с винилом суммарные гармонические искажения (THD) могут варьироваться от 0,4 % до 3%. При этом у ЦАП эти значения обычно не превышают 0,001%. При воспроизведении записей на плохо настроенном виниловом проигрывателе внутренние дорожки будут производить наиболее выраженные искажения.

    Динамический диапазон

    Цифровые файлы (16/44100) обеспечивают более 90 дБ разницы между самыми громкими и самыми тихими звуками, по сравнению с динамическим диапазоном винила, который составляет порядка 70 дБ. Таким образом, динамический диапазон цифровых файлов значительно выше, чем у записей на виниле.

    Разделение каналов


    Разделение между левым и правым каналами у виниловых пластинок составляет порядка 30 дБ, а у цифровых файлов этот показатель превышает 90 дБ. Таким образом, теоретическая способность винила формировать звуковую сцену ограничена по сравнению с его цифровыми собратьями.

    Механический шум и поверхностный шум

    Проигрыватели винила генерируют низкочастотный шум, называемый «рокотом», зачастую исходящий от подшипников в приводном механизме. Даже в случае с высококлассными вертушками, рокот может быть вызван деформированными пластинками, и это становится серьезной проблемой при воспроизведении записей на аудиосистемах с хорошими низкочастотными характеристиками. И даже когда рокот незаметен на слух, он может провоцировать интермодуляционные искажения, взаимодействуя с другими звуковыми частотами.

    Вдобавок, частицы пыли, попадающие на пластинку, могут вызвать посторонние звуки при воспроизведении. Причём со временем игла может вдавливать пыль в винил, а значит, треск и хлопки вполне могут укорениться в пластинке. Цифровые файлы и компакт-диски лишены этих проблем, поскольку они считываются световыми лучами и подвергаются коррекции ошибок.

    Неравномерность скорости


    Проигрыватель может вносить небольшие изменения в скорость воспроизведения, известные как детонация («wow and flutter»). У хорошего проигрывателя винила отклонение скорости составляет менее 0,05%. Однако стоит учитывать, что неравномерность может присутствовать и в исходной записи — вследствие несовершенства аналоговых студийных устройств. Поскольку в цифровых системах используется прецизионная синхронизация времени и буферы данных, такие записи не подвержены детонации.

    Таким образом, хороший проигрыватель винила может обеспечить очень достойные характеристики, но, при сравнении с базовыми параметрами компакт-диска, разница очевидна: цифровой формат более точен и стабилен.

    Что же такого особенного в аналоговом звуке?


    У винила имеются некоторые недостатки, связанные с техническими характеристиками, однако далёкие от идеала параметры совершенно не означают, что формат уже отжил своё: некоторым слушателям очень даже нравится несовершенный звук. Цифровое аудио, напротив, порой критиковали за «холодность» и отсутствие «тепла» аналоговых систем. Правда, такое мышление не слишком хорошо согласуется с тем, как нынче создаётся музыка.

    В наши дни записи редко производятся с использованием только аналогового оборудования. К примеру, альбом может быть записан на магнитную ленту, а затем загружен в цифровой аудиоредактор (DAW) для последующего микширования и мастеринга. Другой релиз может быть полностью записан и смикширован в цифровом виде, после чего мастеринг осуществляется с использованием аналогового оборудования.

    Как мастеринг влияет на звучание записей


    Хоть у него и нет измеримых преимуществ в качестве звука, у винила есть некоторые ощутимые на слух достоинства — в случае, если исходный материал подвергся хорошему мастерингу. Мастеринг — это процесс, с помощью которого готовится финальный микс для записи на звуковой носитель. Он позволяет достичь на альбоме согласованности уровней, сформировать общий характер звучания и необходимые промежутки между треками.

    «Война громкостей» и качество звука

    В последние несколько десятилетий, в связи с преодолением ограничений, характерных для аналоговых носителей и распространением оцифрованной музыки, композиции становились всё более громкими. Заметный сдвиг произошел в середине 90-х годов, когда артисты и лейблы стремились к тому, чтобы их треки выделялись, основываясь на простой идее «громче — значит лучше». На практике это было достигнуто за счет чрезмерного использования компрессии (сжатия динамического диапазона) и лимитеров на этапе мастеринга. Таким образом, амплитуда звуковых волн уменьшается, тихие отрезки песни становятся громче, снижается динамический диапазон композиции. Средний уровень аудиосигнала повышается, при пиковых значениях около 0 dBFS — максимальном уровне для цифровых носителей.


    В результате, подавляющее большинство коммерческих музыкальных релизов оказались втянутыми в беспощадную «войну громкостей», чтобы оставаться конкурентоспособными и привлекательными для слушателей. Широкое использование компрессии и лимитеров привело к заметной потере деталей и нюансов в аудиозаписях, что спровоцировало волну критики со стороны видных звукоинженеров. Некоторые аудиофилы предпочитают винил именно по этой причине: процесс мастеринга для пластинок, как правило, невосприимчив к эффектам и последствиям «войны громкостей», а значит, правильная динамика остаётся практически нетронутой.

    Имеет ли смысл сравнивать аналог и цифру?

    Сам по себе формат не гарантирует качества: вы можете слушать самую искусно записанную виниловую пластинку в мире, однако это не играет особой роли, если вы воспроизводите её через портативный проигрыватель со встроенными динамиками. Аналогичным образом, у вас может быть доступ к первоклассным несжатым аудиофайлам, однако это не имеет большого смысла, если вы слушаете их через динамики ноутбука или Bluetooth соединение.


    Люди любят винил за уникальный опыт; многим просто нравится стирать пыль с пластинки, ставить её на проигрыватель и опускать иглу, вместо того, чтобы скроллить и нажимать на экран. К тому же, человек с большей вероятностью будет вовлечён в процесс прослушивания, что способствует восприятию альбома как цельного произведения. Вдобавок, пластинки — это просто хороший предмет для коллекционирования, даже если они просто стоят на полке.

    Но самое главное — это поддержка ваших любимых артистов. Независимо от того, предпочитаете ли вы слушать компакт-диски, MP3, FLAC, винил или аудиокассеты, в идеале всё сводится к осознанию того, что ваши с трудом заработанные деньги способствуют созданию отличного контента. Несмотря на то, что цифровые файлы по измеримым параметрам явно превосходят пластинки, многим нравятся особенности винила, и это вполне объяснимо. Современные реалии таковы, что аналоговый звук больше ценится за его несовершенство, чем за точность.


    Очень часто мы слышим такие определения, как «цифровой» или «дискретный» сигнал, в чем его отличие от «аналогового»?

    Суть различия в том, что аналоговый сигнал непрерывный во времени (голубая линия), в то время как цифровой сигнал состоит из ограниченного набора координат (красные точки). Если все сводить к координатам, то любой отрезок аналогового сигнала состоит из бесконечного количества координат.

    У цифрового сигнала координаты по горизонтальной оси расположены через равные промежутки времени, в соответствии с частотой дискретизации. В распространенном формате Audio-CD это 44100 точек в секунду. По вертикали точность высоты координаты соответствует разрядности цифрового сигнала, для 8 бит это 256 уровней, для 16 бит = 65536 и для 24 бит = 16777216 уровней. Чем выше разрядность (количество уровней), тем ближе координаты по вертикали к исходной волне.

    Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Цифровыми источниками являются: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) и файлы в WAVE и DSD форматах (включая производные APE, Flac, Mp3, Ogg и т.п.).

    Общий вывод

    Аналоговый звук – это то, что мы слышим и воспринимаем, как окружающий мир глазами. Цифровой звук, это набор координат, описывающих звуковую волну, и который мы напрямую услышать не можем без преобразования в аналоговый сигнал.

    Аналоговый сигнал, записанный напрямую на аудиокассету или винил нельзя без потери качества перезаписать, в то время как волну в цифровом представлении можно копировать бит в бит.

    Цифровые форматы записи являются постоянным компромиссом между количеством точностью координат против объема файла и любой цифровой сигнал является лишь приближением к исходному аналоговому сигналу. Однако при этом разный уровень технологий записи и воспроизведения цифрового сигнала и хранения на носителях для аналогового сигнала дают больше преимуществ цифровому представлению сигнала, аналогично цифровой фотокамере против пленочного фотоаппарата.

    Формат DSD

    После широкого распространения дельта-сигма ЦАП-ов вполне логичным было и появления формата записи двоичного кода напрямую дельта-сигма кодировке. Этот формат получил название DSD (Direct Stream Digital).

    Широкого распространения формат не получил по нескольким причинам. Редактирование файлов в этом формате оказалось излишне ограниченным: нельзя микшировать потоки, регулировать громкость и применять эквализацию. А это значит, что без потери качества можно лишь архивировать аналоговые записи и производить двухмикрофонную запись живых выступлений без последующей обработки. Одним словом – денег толком не заработать.

    В борьбе с пиратством диски формата SA-CD не поддерживались (и не поддерживаются до сих пор) компьютерами, что не позволяет делать их копии. Нет копий – нет широкой аудитории. Воспроизвести DSD аудиоконтент можно было только с отдельного SA-CD проигрывателя с фирменного диска. Если для PCM формата есть стандарт SPDIF для цифровой передачи данных от источника к отдельному ЦАП, то для DSD формата стандарта нет и первые пиратские копии SA-CD дисков были оцифровками с аналоговых выходов SA-CD проигрывателей (хоть ситуация и кажется глупой, но на деле некоторые записи выходили только на SA-CD, либо та же запись на Audio-CD специально была сделана некачественно для продвижения SA-CD).

    Переломный момент произошел с выходом игровых приставок SONY, где SA-CD диск до воспроизведения автоматически копировался на жесткий диск приставки. Этим воспользовались поклонники формата DSD. Появление пиратских записей простимулировало рынок на выпуск отдельных ЦАП для воспроизведения DSD потока. Большинство внешних ЦАП с поддержкой DSD на сегодняшний день поддерживает передачу данных по USB используя формат DoP в виде отдельного кодирования цифрового сигнала через SPDIF.

    Несущие частоты для DSD сравнительно небольшие, 2.8 и 5.6 МГц, но этот звуковой поток не требует никаких преобразований с прореживанием данных и вполне конкурентно-способен с форматами высокого разрешения, такими как DVD-Audio.

    На вопрос что лучше, DSP или PCM однозначного ответа нет. Все упирается в качество реализации конкретного ЦАП и таланта звукорежиссера при записи конечного файла.

    Содержание

    Полезное

    HD видео

    Форматы высокой чёткости (HD)
    Формат Владелец Дискретизация Глубина
    цвета
    Битрейт
    (Мбит/с)
    Тип компрессии Степень
    сжатия
    Размер кадра
    (пикселей)
    DVCPRO 100 Panasonic 4:2:2 8 бит 100 ДКП 6,7:1 1440×1080
    960×720
    HDCAM Sony 3:1:1 8 бит 144 ДКП 7:1 1440×1080
    HDCAM SR Sony 4:2:2
    4:4:4
    10 бит 440
    880
    MPEG-4 4,2:1
    2,7:1
    1920×1080
    HDV Sony JVC Canon 4:2:0 8 бит 19/25 MPEG-2 18:1 1440×1080
    1920×1080
    1280×720
    AVCHD Panasonic Sony 4:2:0 8 бит 18/24 H.264/MPEG-4 1440×1080
    1920×1080
    1280×720
    XDCAM HD Sony 4:2:0 8 бит 18/35 MPEG-2 MP@H14/HL 1440×1080
    1280×720
    XDCAM HD422 Sony 4:2:2 8 бит 50 MPEG-2 422P@HL 16,5:1 1920×1080
    1280×720
    Dirac Pro (VC-2) BBC Research 4:2:2 10 бит 50/165 Вейвлет 1920×1080
    DNxHD (VC-3) Avid 4:2:2 10 бит
    8 бит
    220
    36/145
    ДКП 1920×1080
    1280×720
    ProRes 422 Apple 4:2:2 10 бит 147/220 ДКП 1920×1080
    CineForm CineForm Inc 4:2:2
    4:4:4
    10 бит
    12 бит
    Вейвлет 10:1 - 3.5:1 1920×1080

    Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
    Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

    Цветовая субдискретизация


    При дискретизации Y', Cr, Cb компонент видеосигнала для сокращения скорости потока применяется так называемая цветовая субдискретизация. Если дискретизация каждой компоненты производится с одинаковой частотой, такая схема будет называться 4:4:4. Однако она редко применяется на практике, из-за ее избыточности. Для цифровых видеостандартов принято базовое соотношение 4:2:2, которое означает, что цветоразностные компоненты Cr, Cb передаются с пространственным разрешением, в два раза меньшим разрешения по яркостному сигналу, потому что человеческий глаз более чувствителен к изменению яркости, чем цвета. При этом частота дискретизации для яркостного сигнала Y' устанавливается равной 13,5 МГц, что в два раза больше, чем для цветоразностных сигналов Cr и Cb — 6,75 МГц.

    В целях дальнейшего сокращения избыточности сигналов цветности применяются схемы с соотношением 4:2:0 и 4:1:1. В последнем случае горизонтальное разрешение цветоразностных сигналов снижается до четверти от полного разрешения сигнала яркости. Оба варианта 4:1:1 и 4:2:0 вдвое сокращают пропускную способность по сравнению с представлением без субдискретизации.

    Для сигналов ТВЧ согласно части II Рекомендации ITU-R 709-3 установлены частоты дискретизации сигналов яркости 74,25 МГц и цветности 37,125 МГц.

    Ссылки

    Без потерь: BMP • FPX • GIF • ICO • ILBM • JBIG • PCX • PNG • PNM • PSD • RAW • TGA • WBMP • XCF • Включая сжатие с потерями: EXR • ICER • JBIG2 • JPEG / JP2 / JPEG-LS • JPEG XR (HD Photo) • PGF (англ.) • TIFF • WebP • Анимационные: APNG • GIF • MNG

    3ivx • DivX • FFmpeg • HDX4 • Nero Digital • Xvid • H.264/AVC: CoreAVC • QuickTime • x264

    Bink • Cinepak • Indeo • Pixlet • RealVideo • RTVideo • SIF1 • Smacker • Snow • Sorenson • Tarkin • VP3 (Theora) • VP6 • VP7 • VP8 • WMV

    • Технологии кино и видео
    • Цифровое видео
    • Компьютерные технологии

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Импульсные ЦАП

    В конце 70-тых широкое распространение получил альтернативный вариант ЦАП-ов, основанный на «импульсной» архитектуре – «дельта-сигма». Технология импульсных ЦАП-ов стала возможной появлению сверх-быстрых ключей и позволила использовать высокую несущую частоту.


    Амплитуда сигнала является средним значением амплитуд импульсов (зеленым показаны импульсы равной амплитуды, а белым итоговая звуковая волна).

    Например последовательность в восемь тактов пяти импульсов даст усредненную амплитуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чем выше несущая частота, тем больше импульсов попадает под сглаживание и получается более точное значение амплитуды. Это позволило представить звуковой поток в однобитном виде с широким динамическим диапазоном.

    Усреднение возможно делать обычным аналоговым фильтром и если такой набор импульсов подать напрямую на динамик, то на выходе мы получим звук, а ультра высокие частоты не будут воспроизведены из-за большой инертности излучателя. По этому принципу работают ШИМ усилители в классе D, где плотность энергии импульсов создается не их количеством, а длительностью каждого импульса (что проще в реализации, но невозможно описать простым двоичным кодом).

    Мультибитный ЦАП можно представить как принтер, способный наносить цвет пантоновыми красками. Дельта-Сигма – это струйный принтер с ограниченным набором цветов, но благодаря возможности нанесению очень мелких точек (в сравнении с пантовым принтером), за счет разной плотности точек на единицу поверхности дает больше оттенков.


    На изображении мы обычно не видим отдельных точек из-за низкой разрешающей способности глаза, а только средний тон. Аналогично и ухо не слышит импульсов по отдельности.


    В конечном итоге при текущих технологиях в импульсных ЦАП можно получить волну, близкую к той, что теоретически должна получится при аппроксимации промежуточных координат.

    Надо отметить, что после появления дельта-сигма ЦАП исчезла актуальность рисовать «цифровую волну» ступеньками, т.к. так ступеньками волну современные ЦАП не строят. Правильно дискретный сигнал строить точками соединенной плавной линией.

    Являются ли идеальными импульсные ЦАП?

    Но на практике не все безоблачно, и существует ряд проблем и ограничений.

    Т.к. подавляющее количество записей сохранено в многоразрядном сигнале, то перевод в импульсный сигнал по принципу «бит в бит» требует излишне высокую несущую частоту, которую современные ЦАП не поддерживают.

    Основной функцией современных импульсных ЦАП является перевод многоразрядного сигнала в однобитный с относительно невысокой несущей частотой с прореживанием данных. В основном именно эти алгоритмы и определяют конечное качество звучания импульсных ЦАП-ов.

    Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Такие ЦАП называются мультибитными дельта-сигма.

    Сегодня импульсные ЦАП-ы получили второе дыхание в быстродействующих микросхемах общего назначения в продуктах компаний NAD и Chord за счет возможности гибко программировать алгоритмы преобразования.

    Форматы цифрового кодирования и сжатия

    Видеопоток

    Видеопоток - это временна́я последовательность кадров определенного формата, закодированная в битовый поток. Скорость передачи несжатого видеопотока с чересстрочной разверткой разрядностью 10 бит и цветовой субдискретизацией 4:2:2 стандартной четкости будет составлять 270 Мбит/с. Такой поток получается если сложить произведения частоты дискретизации на разрядность каждой компоненты: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Мбит/с. Однако, расчет размера получаемого файла, содержащего несжатый видеопоток, производится несколько иначе. Сохраняется только активная часть строки видеосигнала. Для представления в пространстве Y', Cr, Cb расчитываются следующие составляющие:

    • количество пикселей в кадре для яркостной компоненты = 720 × 576 = 414 720
    • количество пикселей в кадре для каждой цветностной компоненты = 360 × 576 = 207 360
    • число битов в кадре = 10 × 414 720 + 10 × 207 360 × 2 = 8294400 = 8,29 Мбит
    • скорость передачи данных (BR) = 8,29 × 25 = 207,36 Мбит / сек
    • размер видео = 207,36 Мбит / сек * 3600 сек = 746 496 Мбит = 93 312 Мбайт = 93,31 Гбайт = 86,9 ГиБ

    Расчёт скорости передачи данных:

    В таблице приведены скорость передачи несжатого видеопотока и размер требуемого пространства для часовой записи наиболее распространенных стандартов.

    Скорость передачи несжатого видеопотока
    Размер кадра
    (пикселей)
    Глубина
    цвета(бит)
    Дискретизация Кадровая
    частота (Гц)
    Битрейт
    (Мбит/с)
    Требуемая
    ёмкость (ГиБ/час)
    720 × 576 10 4:2:2 25 207 86.9
    720 × 576 8 4:1:1, 4:2:0 25 124 52.1
    1280 × 720 8 4:2:2 25 369 154.5
    1280 × 720 8 4:2:2 50 737 309
    1280 × 720 10 4:2:2 25 461 193.1
    1920 × 1080 10 4:2:2 25 1037 434.5

    Компонентное видео

    Оптическое изображение формируется с помощью объектива на светочувствительной матрице современных видео- и телевизионных камер, цифровых фотоаппаратов, фотовидеокамер мобильных телефонов, смартфонов или планшетов, веб-камер, камер систем видеонаблюдения и многих других устройств. С помощью различных систем производится цветоделение светового потока для получения монохромных полутоновых компонент трех основных цветов.

    Одноматричные системы

    Видеосигнал формируется из последовательности кадров — отдельных изображений, элементы которого считываются с светочувствительного элемента камеры (ПЗС или КМОП-матрица). Для получения цветного видеоизображения применяют специальную RGB-фильтрацию элементов изображения, чтобы на каждый отдельный элемент (пиксель) приходилось по три значения цвета — красного, зеленого и синего. Такой метод применяется в недорогих одноматричных видеокамерах, во всех цифровых фотоаппаратах с поддержкой видеозаписи и других видах устройств, где к качеству видеозаписи не предъявляются повышенные требования.

    Трехматричные системы



    Как правило, для профессиональной видеосъёмки применяются более сложные трёхматричные системы, где оптическое цветоделение производится при помощи дихроичной призмы. Каждое из цветоделённых изображений попадает на отдельную матрицу, с которой считываются элементы кадра, затем формируется видеосигнал отдельной компоненты.

    После применения гамма-коррекции сигналов R, G, B производится их преобразование для получения сигнала яркости Y' и двух цветоразностных сигналов: R'-Y' и B'-Y'. В соответствии с рекомендациями ITU-R 601 применяется кодирование по следующим формулам для перевода компонентного видеосигнала в цифровую форму :

    При передаче таких сигналов, возможно восстановление исходных составляющих цветов: красной (R), синей (B) и зеленой (G), которые используются в большинстве систем отображения видеоинформации, например в мониторах.

    Преимущества и недостатки аналогового сигнала

    Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком.

    Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала. При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель (лента или винил), устройства считывания, записи и передачи сигнала.

    Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать.

    Формирование цифрового видеосигнала

    Видеокомпрессия

    Из-за относительно высокой скорости передачи несжатого видеопотока широко используются алгоритмы видеокомпрессии. Видеокомпрессия позволяет сократить избыточность видеоданных и уменьшить передаваемый поток, что позволит передавать видео по каналам связи с меньшей пропускной способностью или сохранять видеофайлы на носителях с меньшей ёмкостью.

    Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
    Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

    Форматы цифровой видеозаписи

    Следующая таблица показывает характеристики большинства видеоформатов и типов применяемой субдискретизации цветоразностных компонент, а также другие связанные с ними параметры, такие как скорость передачи данных и степень сжатия.

    Форматы стандартной чёткости (SD)
    Формат Владелец Дискретизация Глубина
    цвета
    Битрейт
    (Мбит/с)
    Тип компрессии Степень
    сжатия
    Размер кадра
    (пикселей)
    DV/MiniDV Несколько 4:2:0 (PAL)
    4:1:1 (NTSC)
    8 бит 25 ДКП 5:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    DVCPRO 25 Panasonic 4:1:1 8 бит 25 ДКП 5:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    DVCPRO 50 Panasonic 4:2:2 8 бит 50 ДКП 3,3:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    DVCAM Sony 4:2:0 (PAL)
    4:1:1 (NTSC)
    8 бит 25 ДКП 5:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    Digital Betacam Sony 4:2:2 10 бит 90 ДКП 2,3:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    Betacam SX Sony 4:2:2 10 бит 18/170 MPEG-2 10:1 720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    MPEG IMX Sony 4:2:2 8 бит 30
    40
    50
    MPEG-2 422P@ML 6:1
    4:1
    3,3:1
    720×576(PAL)
    720×480(NTSC)
    XDCAM Sony 4:2:0/4:1:1
    4:2:2
    8 бит 30
    40
    50
    MPEG-2 6:1
    4:1
    3,3:1
    720×576(PAL)
    720×480(NTSC)

    Мультибитные ЦАП

    Очень часто волну представляют в виде ступенек, что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле.


    На вход ЦАП поступает значение очередной координаты по вертикали и в каждый свой такт он переключает уровень тока (напряжения) на соответствующий уровень до следующего изменения.

    Хотя считается, что ухо человека слышит не выше 20 кГц, и по теории Найквиста можно восстановить сигнал до 22 кГц, остается вопрос качества этого сигнала после восстановления. В области высоких частот форма полученной «ступенчатой» волны обычно далека от оригинальной. Самый простой выход из ситуации – это увеличивать частоту дискретизации при записи, но это приводит к существенному и нежелательному росту объема файла.


    Альтернативный вариант – искусственно увеличить частоту дискретизации при воспроизведении в ЦАП, добавляя промежуточные значения. Т.е. мы представляем путь непрерывной волны (серая пунктирная линия), плавно соединяющий исходные координаты (красные точки) и добавляем промежуточные точки на этой линии (темно фиолетовые).

    При увеличении частоты дискретизации обычно необходимо повышать и разрядность, чтобы координаты были ближе к аппроксимированной волне.


    Благодаря промежуточным координатам удается уменьшить «ступеньки» и построить волну ближе к оригиналу.

    Когда вы видите функцию повышения частоты с 44.1 до 192 кГц в плеере или внешнем ЦАП, то это функция добавления промежуточных координат, а не восстановления или создание звука в области выше 20 кГц.

    Изначально это были отдельные SRC микросхемы до ЦАП, которые потом перекочевали непосредственно в сами микросхемы ЦАП. Сегодня можно встретить решения, где к современным ЦАП добавляется такая микросхема, это сделано для того, чтобы обеспечить альтернативу встроенным алгоритмам в ЦАП и порой получить еще более лучший звук (как например это сделано в Hidizs AP100).

    Основной отказ в индустрии от мультибитных ЦАП произошел из-за невозможности дальнейшего технологического развития качественных показателей при текущих технологиях производства и более высокой стоимости против «импульсных» ЦАП-ов с сопоставимыми характеристиками. Тем не менее, в Hi-End продуктах предпочтение отдают зачастую старым мультибитным ЦАП-ам, нежели новым решениям с технически более хорошими характеристиками.

    Цифровые видеоинтерфейсы

      и HD-SDI (видео и аудио без сжатия). Обязательно HDCP. (только видео без сжатия). Возможно HDCP. (видео и аудио без сжатия). Поддерживает DPCP, планируется как улучшенная полная замена HDMI. -ASI - для передачи транспортного потока MPEG-TS

    Преимущества и недостатки цифрового сигнала

    К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии.

    Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна. Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами.

    Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости. И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат.

    На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение.

    Читайте также: