15. Форматы графических файлов.

Графи́ческий форма́т — это способ записи графической информации. Графические форматы файлов предназначены для хранения изображений, таких как фотографии и рисунки.

Графические форматы делятся на векторные и растровые.

Растровые форматы:

• BMP

• ECW

• GIF

• ICO

• ILBM

• JPEG

• JPEG 2000

• VIL

• MrSID

• PCX

• PNG

• PSD

• TGA

• TIFF

• HD Photo

• WebP

• XBM

• XPS

• RLA

• RPF

• PNM

Векторные форматы:

• AI (Adobe Illustrator

• CDR (Computer Graphics Metafile)

• CGM (Computer Graphics Metafile)

• DXF (Drawing eXchange Format)

• EPS (Encapsulated PostScript)

• FH (FreeHand)

• PDF (Portable Document Format)

• TIFF (Tag Image File Format)

• WMF (Windows MetaFile)

16. Оцифровка звука, форматы, методы сжатия.

Оцифровка звука осуществляется при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и выполняется в три этапа: дискретизация аналогового сигнала во времени; квантование полученных импульсов по амплитуде; двоичная запись квантованного импульса.

На первом этапе (дискретизация) сигнал делится на множество элементов, количество которых в секунду зависит от частоты дискретизации и измеряется в килогерцах (кГц). Например, частота дискретизации 48 кГц означает, что каждая секунда аналогового сигнала была разделена на 48 тысяч элементов. На ПК частоту дискретизации можно установить в диапазоне от 5 до 48 кГц, и чем выше этот показатель, тем выше будет качество оцифрованного звука.

На втором этапе оцифровки (квантование) каждому элементу присваивается определенное числовое значение, соответствующее его амплитуде. В современных компьютерах при вводе звука используется 16-разрядное квантование: в этом случае уровень каждого элемента может изменяться от 0до 16535. 16-разрядный звук достаточно высококачественный, так как содержит множество информации для воссоздания полноценной звуковой картины.

Разумеется, при оцифровке сигнала часть звуковой информации теряется, но при высокой частоте дискретизации и большой разрядности квантования эти потери незаметны на слух для большинства людей. Фактически любой качественный звуковой файл на современном ПК имеет частоту дискретизации 44,1 кГц и 16-разрядный формат амплитуды.

Оцифро́вка (англ. digitization) — описание объекта, изображения или аудио- видеосигнала (в аналоговом виде) в виде набора дискретных цифровых замеров (выборок) этого сигнала/объекта, при помощи той или иной аппаратуры, т. е. перевод его в цифровой вид, пригодный для записи на электронные носители.

Для оцифровки объект подвергается дискретизации (в одном или нескольких измерениях, например, в одном измерении для звука, в двух для растрового изображения) и аналогово-цифровому преобразованию конечных уровней.

Полученный в результате оцифровки массив данных («цифровое представление» оригинального объекта) может использоваться компьютером для дальнейшей обработки, передачи по цифровым каналам, сохранению на цифровой носитель. Перед передачей или сохранением цифровое представление, как правило, подвергается фильтрации и кодированию для уменьшения объема.

Формат файла определяет структуру и особенности представления звуковых данных при хранении на запоминающем устройстве ПК. Для устранения избыточности аудио данных используются аудиокодеки, при помощи которых производится сжатие аудиоданных. Выделяют три группы звуковых форматов файлов:

• аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF

• аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)

• аудиоформаты, с применением сжатия с потерями (mp3, ogg)

Особняком стоят модульные музыкальные форматы файлов. Созданные синтетически или из сэмплов заранее записанных живых инструментов, они, в основном, служат для создания современной электронной музыки (MOD). Также сюда можно отнести формат MIDI, который не является звукозаписью, но при этом с помощью секвенсора позволяет записывать и воспроизводить музыку, используя определенный набор команд в текстовом виде.

Форматы носителей цифрового звука применяют как для массового распространения звуковых записей (CD, SACD), так и в профессиональной звукозаписи (DAT, минидиск).

Для систем пространственного звучания также можно выделить форматы звука, в основном являющиеся звуковым многоканальным сопровождением к кинофильмам. Такие системы имеют целые семейства форматов от двух крупных конкурирующих компаний Digital Theater Systems Inc. — DTS и Dolby Laboratories Inc. — Dolby Digital.

Сжатие (компрессия) аудиоданных представляет собой процесс уменьшения скорости цифрового потока за счет сокращения статистической ипсихоакустической избыточности цифрового звукового сигнала.

 Сжатие звука без потерь

Сокращение статистической избыточности основано на учете свойств самих звуковых сигналов. Она определяется наличием корреляционной связи между соседними отсчетами цифрового звукового сигнала, устранение которой позволяет сокращать объем передаваемых данных на 15...25% по сравнению с их исходной величиной. Для передачи сигнала необходимо получить более компактное его представление, что возможно осуществить с помощью ортогонального преобразования. Важными условиями применения такого метода преобразования являются:

• возможность восстанавливать исходный сигнал без искажений

• способность обеспечивать наибольшую концентрацию энергии в небольшом числе коэффициентов преобразования

• быстрый вычислительный алгоритмом

Этим требованиям отвечает модифицированное дискретно-косинусное преобразование (МДКП).

Уменьшить скорость цифрового потока позволяют методы кодирования, учитывающие статистику звуковых сигналов, например, вероятности появления уровней разной величины. Одним из таких методов является код Хаффмана, где наиболее вероятным значениям сигнала приписываются более короткие кодовые слова, а значения отсчетов, вероятность появления которых мала, кодируются кодовыми словами большей длины. Именно в силу этих двух причин в наиболее эффективных алгоритмах компрессии цифровых аудиоданныхкодированию подвергаются не сами отсчеты звукового сигнала, а коэффициенты МДКП.

Подобные методы применяются при архивации файлов.

Сжатие с потерями.

Сжатие аудиоданных с потерями основывается на несовершенстве человеческого слуха при восприятии звуковой информации. Неспособность человека в определенных случаях различать тихие звуки в присутствии более громких, называемая эффектом маскировки, была использована в алгоритмах сокращения психоакустической избыточности. Эффекты слухового маскирования зависят от спектральных и временных характеристик маскируемого и маскирующего сигналов и могут быть разделены на две основные группы:

• частотное (одновременное) маскирование

• временное (неодновременное) маскирование

Эффект маскирования в частотной области связан с тем, что в присутствии больших звуковых амплитуд человеческое ухо нечувствительно к малым амплитудам близких частот. То есть, когда два сигнала одновременно находятся в ограниченной частотной области, то более слабый сигнал становится неслышимым на фоне более сильного.

Маскирование во временной области характеризует динамические свойства слуха, показывая изменение во времени относительного порога слышимости (порог слышимости одного сигнала в присутствии другого), когда маскирующий и маскируемый сигналы звучат не одновременно. При этом следует различать явления послемаскировки (изменение порога слышимости после сигнала высокого уровня) и предмаскировки (изменение порога слышимости перед приходом сигнала максимального уровня). Более слабый сигнал становится неслышимым за 5 − 20 мс до включения сигнала маскирования и становится слышимым через 50 − 200 мс после его включения.

Наилучшим методом кодирования звука, учитывающим эффект маскирования, оказывается полосное кодирование. Сущность его заключается в следующем. Группа отсчетов входного звукового сигнала, называемая кадром, поступает на блок фильтров который разделяет сигнал на частотные поддиапазоны. На выходе каждого фильтра оказывается та часть входного сигнала, кото­рая попадает в полосу пропускания данного фильтра. Далее, в каждой полосе с помощью психоакустической модели, анализируется спектральный состав сигнала и оценивается, ка­кую часть сигнала следует передавать без сокращений, а какая лежит ниже по­рога маскирования и может быть переквантована на меньшее число бит. Для сокращения максимального динамического диапазона определяется максимальный отсчет в кадре и вычисляется масштабирующий множитель, который приводит этот отсчет к верхнему уровню квантования. Эта операция аналогична компандированию в аналоговом вещании. На этот же множитель умножаются и все остальные отсчеты. Масштабирующий множитель передается к декодеру вместе с кодированными данными для коррекции коэффициента передачи последнего. После масштабирования производится оценка порога маскирования и осуществляется перераспределение общего числа битов между всеми полосами.

Очевидно, что после устранения психоакустической избыточности звуковых сигналов их точное восстановления при декодировании оказывается уже невозможным. Методами устранения психофизической избыточности можно обеспечить сжатие цифровых аудиоданных в 10 − 12 раз без существенных потерь в качестве.