1.1.3. Оцифровка информации мультимедиа

Чтобы речь, музыка, видеокадры и анимации могли быть использованы компьютером, они должны быть представлены в цифровой форме, допускающей компьютерную обработку. Для хранения подобной информации в цифровой форме требуется довольно много места.

Так, одна минута музыки даже при 8-битном формате занимает до 0,645 Мбайт (а в стереозвучании – 1,29 Мбайт). При переходе к 16-битному формату объемы удваиваются.

Видеоинформация требует для хранения еще больше места, чем звуковая. Специфической особенностью телевизионного (TV-) приемника является то, что при приеме изображения от передатчика он не запоминает полученного изображения, а сразу воспроизводит его на экране способом «точка за точкой». ПК же наоборот выдает на экран дисплея изображение в виде прямоугольной сетки элементов рисунка (точек), называемых пикселами (picture element – элемент картины, сокращенно – pixel). Изображение хранится в памяти ПК как яркость и цвет для каждой точки экрана. Изображение сохраняется в оцифрованном виде [5].

Подсчитаем затраты памяти для хранения одной неподвижной картинки экрана. Экран (VGA) содержит 640×480=307200 пикселов. Если используется 256 цветов, то для хранения пиксела потребуется 8 бит. Значит, всего потребуется 0,29 Мбайт. А при высококачественной передаче цветовой палитры (24-битный цвет) потребуется в 3 раза больше – 0,87 Мбайт. Данные для мониторов с разным разрешением приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Разрешение монитора, пикселов	Требуемый объем памяти, Мбайт
	8 бит/пиксел	24 бит/пиксел	32 бит/пиксел
(VGA) 640×480 = 307200	0,29 Мбайт	0,87 Мбайт	1,16 Мбайт
(SVGA) 800×600 = 480000	0,46 Мбайт	1,38 Мбайт	1,84 Мбайт
(XGA) 1024×768 = 786432	0,75 Мбайт	2,25 Мбайт	3,00 Мбайт
1280×1024 = 1310720	1,25 Мбайт	3,75 Мбайт	5,00 Мбайт

Телевизионный стандарт предполагает представление изображений последовательностью кадров, сменяющихся 25 раз в секунду. Для хранения секундного видеоролика в этом случае может потребоваться (из табл.1) при 24 бит/пиксел скорость 21,75 – 93,75 Мбайт/с, а при 32 бит/пиксел – соответственно 29 – 125 Мбайт/с.

При этом видеофильм длительностью, например, 1 час 33 мин 50 с займет, как минимум, 119,58 Гбайт при 24 бит/пиксел и частоте 25 кадров/c или 191,33 Гбайт при 32 бит/пиксел и частоте 30 кадров/c. Столько не вместит и самый емкий цифровой многофункциональный диск (Digital Versatile Disk, DVD) [9, 10], а самые быстрые каналы Internet не обеспечат передачу таких объемов информации.

Скорость передачи неподвижного изображения объемом в 1 Мб из видеопамяти ПК на экран при частоте регенерации 60-100 Гц составляет 60-100 Мбайт/c, а объемом 3,75 Мбайт (24 бит/пиксел), как следует из табл.1.1, – соответственно 225-375 Мбайт/с.

Такими объемами памяти, а также требуемыми для передачи изображений в режиме РВ высокоскоростными каналами современные ПК пока не обладают. На преодоление именно трудностей хранения и воспроизведения в режиме РВ звуковой и видеоинформации как раз и направлены в настоящее время усилия многих разработчиков средств ММ. Проанализируем типовые варианты решения этой проблемы.

Только увеличение скорости CD-ROM-дисковода в 48 раз до 7,03 Мбайт/с и даже в 96 раз до 14,06 Мбайт/с проблему не решает. Но есть еще несколько путей решения подобных проблем, когда можно уменьшить

• поток данных (26,4 Мбайт/с – из табл.1.1 для VGA, 24 бит/пиксел, 30 кадров/с). Например, уменьшить с 640×480 до 320×240, то есть в 4 раза. При этом скорость уменьшится (при скорости 30 кадров/с) до 6,6 Мбайт/с;

• скорость вывода видеокадров с 30 до 15 кадров/с. При этом скорость передачи составит уже 3,3 Мбайт/с;

• число цветов, а значит и битов на 1 пиксел с 24 до 8. Скорость передачи уменьшится до 1,1 Мбайт/с.

Но все эти пути связаны с существенным снижением качества изображения.

Осталось весьма эффективное средство – сжатие (компрессия) данных. Именно здесь и скрывается приемлемое решение проблемы. Методы сжатия аудио- и видеоинформации реализуются в настоящее время программным путем, хотя, в принципе, возможна и аппаратная реализация. К сожалению, сжатие также может привести к потерям в качестве различной степени в зависимости от степени и метода компрессии [3-8].

Полезными оказываются и программные методы редуцирования, которые позволяют разделить кадр на ряд фрагментов (подвижных и неподвижных) и для каждого фрагмента применить свой оптимальный метод кодирования. Позже мы обсудим такие подходы и методы.

Популярен и «пассивный» подход, когда видеокадры вообще не оцифровываются, а просто по мере необходимости показываются на мониторе ПК. Конечно, ни о какой обработке в данном случае говорить не приходится. Видеокадры подаются прямо на видеовход дисплея ПК, минуя процессорный блок. На экране дисплея для них выделяется некоторая зона. ПК не может управлять процессом такого вывода.

Такой подход вполне применим в ситуациях, когда необходимо показывать на экране последовательности кадров с видеомагнитофона (проигрывателя видеодисков, CD/DVD-плеера). ПК может управлять этим процессом через видеомагнитофон (плеер), выбирая нужные кадры. Соответствующие средства в виде относительно недорогих интерфейсных карт давно имеются в продаже (например, начиная с Screenmachine или David). Приобретая подобную аппаратуру, следует обращать внимание не только на возможности реализации сложных алгоритмов управления, но и на обеспечение необходимого качества воспроизведения аудио- и видеоинформации [4].

Возвращаясь к примеру с фильмом длительностью 1 час 33 мин 50 с, отметим, что его файл в формате оцифрованного видео (AVI) занимает 687 Мбайт, то есть помещается на CD, рассчитан на просмотр в окне 512×240, хотя может быть «растянут» во весь экран без особой потери качества.