Форматы мультимедиа информации

Полученный в результате оцифровки звука или видео 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.

Сжатием мультимедиа информации занимаются особые программы – кодеки, являющиеся важнейшим программным элементом компьютера как мультмедийного центра.

Именно благодаря кодекам возможно прослушивание и просмотр аудио и видео соответственно, при приемлемых размерах файлов. Итак, кодек – программа, сжимающая цифровой поток (кодирование) и также с помощью которой он воспроизводится (декодирование). По первым слогам этих функций образовано название Кодек (Codec). Кодеки бывают аудио и видео и являются важной частью формата медиа файла. Главная задача и суть кодека - это уменьшить размер файла. При этом существуют разные алгоритмы выполнения этой задачи, справляющиеся с ней с различной эффективностью.

Не стоит путать понятия кодек и формат файла. Формат - это определённая структура представления оцифрованного звука или изображения. А кодек - это программный алгоритм, сжимающий в определённый формат. То есть цель кодека - сжать, а сделать это можно по разному, поэтому для одного формата могут использоваться разные кодеки (с разной степенью качества). Естественно, не обходится здесь без потерь в качестве. Однако алгоритмы настолько хорошо справляются с задачей, что потери часто бывают не заметны. Примером простого алгоритма сжатия аудиоданных может служить, например, вырезание диапазона частот не слышимого для человеческого уха, или, к примеру, если раздаются 2 звука, первый громкий, второй тихий, при этом получается, что ухо не слышит второго звука, логично, что можно обойтись без второго звука. В изображении, если имеется преимущество одного цвета в кадре, то достаточно лишь описать одну точку с этим цветом, и указать места где он повторяется. Это конечно простые примеры, на деле всё гораздо сложней. Сейчас существуют кодеки, сжимающие без потерь.

Еще раз отметим, что кодеки выполняют и обратную операцию - раскодирования, в этом случае их называют декодерами.

Кодеки преобразуют данные в особый файл, который называют контейнером.

Контейнер - это специальная оболочка, в которой хранится зашифрованная с помощью кодеков информация. По сути, медиаконтейнеры - это и есть форматы видеофайлов, которые содержат данные о своей внутренней структуре. Первый медиаконтейнер был создан в 1985 году. В контейнере может храниться информация разного качества, в частности, изображения, аудио, видео и субтитры. Разные виды контейнеров определяют объем и качество информации, которая может быть в нем сохранена, но при этом не влияют на способы кодирования данных.

Наиболее популярными видео кодеками являются DivX, XviD, H.261, H.263, H.264 и следующие:

MPEG-2 – группа стандартов цифрового кодирования видео и аудио сигналов. MPEG-2 в основном используется для кодирования видео и аудио при вещании, включая спутниковое вещание и кабельное телевидение. С некоторыми модификациями этот формат также используется как стандарт для сжатия DVD.

MPEG-4 – новый международный стандарт сжатия цифрового видео и аудио, появившийся в 1998 году. Используется для вещания (потоковое видео), записи дисков с фильмами, видеотелефонии и широковещания. Включает в себя многие функции MPEG-2 и других стандартов, добавляя такие функции, как поддержка языка виртуальной разметки VRML для показа 3D-объектов, объектно-ориентированные файлы, поддержка управления правами и разные типы интерактивного медиа.

Ogg Theora – видеокодек, разработанный Фондом Xiph.Org как часть их проекта «Ogg» (целью этого проекта является интеграция видеокодека On2 VP3, аудиокодека Ogg Vorbis и мультимедиа-контейнера Ogg в одно мультимедийное решение, наподобие MPEG-4). Полностью открытый, свободный в лицензионном отношении мультимедиа-формат.

Любая операционная система изначально содержит некий набор кодеков, но, как правило, их недостаточно для воспроизведения определенных форматов видеофайлов.

Видеоформаты напрямую на качество не влияют, лишь обеспечивая поддержку кодеков и «технологичность» фильма:

AVI - очень древний стандарт, которому уже более десяти лет. Не соответствует современным требованиям качества и не поддерживает некоторые кодеки (в частности звуковой кодек Vorbis), а также переменный битрейт в кодировании. Существует и проблема с синхронизацией потоков.

MKV – «молодой» тип контейнеров, характеристикой которому станет предыдущий абзац без слов «не». Если перед вами файл с фильмом *.mkv, то, как правило, сам фильм будет высокого качества.

ASF - формат, разработанный в недрах всеми любимой фирмы Microsoft и ими же запатентованный. По непонятным причинам очень бережно ими оберегается, даже законом запрещено использование этого стандарта для видеокодирования и редактирования ASF-фильмов третьими сторонами, то есть пользователями, чтобы его попробовать в кодировке, придётся найти софт, который этот закон не уважил. Сам по себе стандарт очень старый, поэтому вряд ли обеспечивает совместимость с современными кодеками.

VOB - контейнер DVD фильмов. На DVD-диске с фильмом выкладываются несколько VOB-файлов ~ по 1Гб каждый вместе с разными системными файлами (IFO, BUP...). Скинув VOB-файлы на жёсткий диск компьютера, можно их просмотреть с помощью какого-либо видео-плеера. Внутрь VOB-файла зашиваются собственно видео, одна или несколько звуковых дорожек и субтитры.

На практике возникает огромное количество случаев, когда необходимо преобразовать видео из одного формата в другой. Основная проблема заключается в том, что различные устройства накладывают особые требования к качеству загружаемого видео, в частности к его формату. В этой ситуации на помощь приходят специальные программы - конвертеры, которые позволяют переделать видео в нужный формат. Например, удобный видео конвертер на русском языке - ВидеоМАСТЕР.

Аудиоформаты

Среди звуковых носителей информации выделяют аналоговые и цифровые носители. Для целей мультимедиа-технологий наибольшее значение имеют последние, причем преимущественно это аудио-файлы, значительное количество которых было разработано в последние годы. В классификации форматов аудио-файлов выделяют форматы без потерь и форматы с потерями.

Аудиоформаты без потерь предназначены для точного (с точности до частоты дискретизации) представления звука. В свою очередь они делятся на несжатые и сжатые форматы.

Примеры несжатых форматов:

· RAW – сырые замеры без какого-либо заголовка или синхронизации.

· WAV (Waveform audio format) –разработан Microsoft совместно с IBM, распространенная форма представления звуковых данных небольшой продолжительности.

· CDDA – стандарт для аудио-CD. Первая редакция стандарта издана в июне 1980 года компаниями Philips и Sony, затем была доработана организацией Digital Audio Disc Committee.

Примеры сжатых форматов:

· WMA (Windows Media Audio 9 Lossless) – лицензируемый формат аудио-файлов, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции. В рамках формата есть возможность кодирования звука как с потерей, так и без потери качества.

· FLAC (Free Audio Lossles Audio Codec) – популярный формат для сжатия аудиоданных. Поддерживается многими аудио-приложениями, а также устройствами воспроизведения звука.

Аудиоформаты с потерями ориентированы в первую очередь на по возможности компактное хранение звуковых данных: при этом идеально точное воспроизведение записанного звука не гарантируется. Примеры таких форматов:

· MP3 –лицензируемый формат файла для хранения аудиоинформации, разработанный рабочей группой института Фраунхофера MPEG в 1994 году. На данный момент MP3 является самым известным и популярным из распространенных форматов цифрового кодирования звуковой информации с потерями. Он широко используется в файлообменных сетях для передачи музыкальных произведений. Формат может проигрываться в любой современной операционной системе, на практически любом портативном аудио-плеере, а также поддерживается всеми современными моделями музыкальных центров и DVD-плееров.

· Vorbis –свободный формат сжатия звука с потерями, появившийся летом 2002 года. Психоакустическая модель, используемая в Vorbis, по принципам действия близка к MP3. По всевозможным оценкам этот формат является вторым по популярности после MP3 форматом компрессии звука с потерями. Широко используется в компьютерных играх и в файлообменных сетях для передачи музыкальных произведений.

· AAC (Advanced Audio Coding) –формат аудио-файла с меньшей потерей качества при кодировании, чем MP3 при одинаковых размерах. Изначально создавался как преемник MP3 с улучшенным качеством кодирования, но в настоящий момент распространен существенно меньше, чем MP3.

· WMA –см. выше.

Следует отметить, что кроме описания звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на различных электронных музыкальных инструментах, ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Интерфейс MIDI позволяет единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др., с точной привязкой во времени. В системе кодировок присутствует множество свободных команд, которые производители, программисты и пользователи могут использовать по своему усмотрению. Поэтому интерфейс MIDI позволяет, помимо исполнения музыки, синхронизировать управление другим оборудованием, например, осветительным, пиротехническим и т.п.

Последовательность MIDI-команд может быть записана на любой цифровой носитель в виде файла, передана по любым каналам связи. Воспроизводящее устройство или программа называется синтезатором (секвенсором) MIDI и фактически является автоматическим музыкальным инструментом.

В качестве контейнера для обмена и передачи видео- и звуковых данных в сфере профессионального производства и вещания применяется формат MXF (от англ. The Material eXchange Format), однако, не исключается возможность записи в контейнеры AVI, MOV и прочие.