Кодирование фильмов

Фильм представляет собой последовательность быстро сменяющих друг друга кадров, на которых изображены последовательные фазы движения. Поскольку известны принципы кодирования отдельных кадров, то закодировать фильм как последовательность таких кадров ничего не стоит. Звук записывают независимо от изображения. При демонстрации фильма важно только добиться синхронизации звука и изображения (в кино для этого используют хлопушку — по щелчку хлопушки совмещаются звук и изображение).

Закодированный фильм несёт в себе информацию о размере кадра в пикселях и количество используемых цветов; частоте и разрешении для звука; способе записи звука (покадровый или непрерывный для всего фильма). После этого следует последовательность закодированных картинок и звуковых фрагментов.

 

2.2. Технология упаковки информации

Упаковка нужна для сокращения длины сообщения и уменьшения времени для его передачи по каналам связи. Все используемые методы упаковки информации можно разделить на два класса: упаковка без потери информации и упаковка с потерей информации.

Упаковка без потери информации — исходное сообщение можно точно восстановить по упакованному. Первый способ такой упаковки представлен в 1952 году Хаффманом, он основан на том, что в обычном тексте частота появления разных символов различна. При стандартном кодировании “I символ = 1 байт” кодировка достаточно проста, но перед длительным хранением или при передаче по каналам связи можно использовать более сложную кодировку. По методу Хаффмана часто встречающиеся символы кодируются короткими последовательностями битов (то есть меньше 8), а редко встречающиеся — длинными (больше 8). В общей сложности, при такой кодировке в среднем требуется меньше 8 бит на символ.

Пример 2.2.1.

Пусть в тексте из 1000 символов 50% пробелов, закодируем текст по такому правилу:

если встретился пробел — допишем в конец последовательности О, если не пробел — допишем 1, за ней двоичный код этого символа.

Таким образом, для пробела нужен 1 бит, для остальных символов 8 + 1 = 9 бит. При обычной кодировке на хранение текста нужно 1000 * 8 = 8000 бит, при кодировке методом Хаффмана — 500+500х9= 5000 бит.

Второй способ — учёт повторений. Он состоит в том, что в сообщениях часто встречаются несколько подряд идущих одинаковых байтов, а некоторые последовательности байтов повторяются многократно. При упаковке такие последовательности можно заменить на специальные команды “повторить данный байт N раз” или “взять часть текста длиной К байт, которая уже встречалась М байтов назад”. Для упаковки текстов используется как раз такой способ упаковки, а для упаковки изображений — первый способ.

Упаковка с потерей информации — используется для упаковки графических изображений. Этот метод основан на особенности человеческого восприятия изображений. Для человеческого глаза яркость более существенна, чем информация о цветовом фоне или насыщенности точки. Поэтому при упаковке можно выбросить данные о цвете каждой второй точки изображения (сохранив только её яркость), а при распаковке брать вместо выброшенного цвет соседней точки. Распакованная картинка будет отличаться от исходной, но отличие будет практически незаметно. За высокое качество упаковки приходиться платить большими затратами времени на распаковку. Алгоритмы, дающие очень хорошее качество упаковки, могут оказаться неприменимыми из-за слишком большого времени, требуемого на распаковку. Например, если время распаковки одного кадра фильма равно одной секунде, то такой фильм придётся смотреть только после предварительной распаковки.

Из всех видов информации, используемых в компьютерах, хуже всего поддаётся упаковке звук. Это связано с тем, что звуковые сигналы обладают малой избыточностью (в закодированных звуковых фрагментах редко попадаются повторяющиеся последовательности байтов). Даже методы упаковки с потерей информации не позволяют упаковать звук более чем в два раза без заметного снижения качества, тогда как графические изображения можно сжимать в десятки раз без потери качества изображения. Поэтому применяется метод компандирования: если повышать громкость звука в 2, 4, 8 и так далее раз, то человеческое ухо будет воспринимать это как линейное увеличение интенсивности звука. Значит, изменение громкости от 1 до 2 столь же заметно, сколько от 100 до 200, таким образом при компандировании значение амплитуды звука заменяется на логарифм этого значения. Полученные числа округляются и записываются в ячейки меньшей длины. Такое кодирование сжимает информацию как раз вдвое.