Цифровой формат — Карта знаний

• Цифровой формат — тип сигналов и форматов данных в электронике, использующих дискретные состояния (в отличие от аналогового сигнала, использующего непрерывные изменения сигнала).

  Цифровые сигналы существуют как последовательности чисел во времени. Обычно используются два числа, 0 и 1 (т. н. биты).

  Слово цифровой также обозначает способ сохранения данных в цифровом (двоичном) формате. Например цифровая фотография — это означает, что фотография сохранена в цифровом виде, то есть цвета описываются битами.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Цифровой аудиоформат — формат представления звуковых данных, используемый при цифровой звукозаписи, а также для дальнейшего хранения записанного материала на компьютере и других электронных носителях информации, так называемых звуковых носителях.

Подробнее: Цифровые аудиоформаты

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. Цифровая звукозапись — технология преобразования аналогового звука в цифровой с целью сохранения его на физическом носителе для возможности последующего воспроизведения записанного сигнала. Цифровое видео — совокупность технологий записи, обработки, передачи и хранения изображения и звука. Не следует путать с Композитным видеоКомпонентное видео — способ раздельной передачи цветного видео по двум и более каналам (кабелям), при котором отдельные составляющие видеосигнала несут разную информацию о цветном изображении.

Подробнее: Компонентное видео

Упоминания в литературе

В большинстве форматов цифрового видео используется компонентная палитра. Весьма популярен стандарт 4:2:2 (YUV2). Речь идет о раздельной оцифровке значений Y, U и V-каналов. Для цифрового кодирования в качестве базовой принята частота 3,375 МГц. Это значение кратно частотам основных стандартов телевизионных изображений: 625/60 и 525/50. Частота дискретизации для конкретного канала вычисляется как произведение базовой частоты на соответствующий коэффициент: 4 для канала Y и 2 для цветоразностных каналов. Таким образом, частота оцифровки яркостного сигнала равна 13,5 МГц. Эта частота соответствует рекомендациям международного стандарта ITU (бывшего CCIR) 601. Схема дискретизации при данной частоте приведена на рис. 3.4. Вместо фотопленки в цифровой фотокамере установлен светочувствительный элемент. Через объектив свет попадает на специальную микросхему – матрицу, сенсорами которой формируются электрические импульсы, то есть свет преобразовывается в электрические сигналы. На выходе сенсор выдает аналоговый сигнал, который соответствует световой картине – снимаемой сцене. Чтобы в дальнейшем электронные схемы внутри камеры могли обработать изображение, подвергнуть его различным преобразованиям и сохранить в цифровом формате – в виде двоичного кода, – существует специальный модуль, АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Его функция заключается в преобразовании аналогового сигнала, имеющего прямую зависимость уровня сигнала от падающего света, в цифровой код – язык нулей и единиц. От качества АЦП зависит многое. Прежде всего, каким будет качество изображения. Это гибридный тюнер, позволяющий просматривать телевидение в аналоговом и цифровом форматах. Устройство оборудовано мощным аппаратным декодером MPEG-2, что позволяет получить отличное изображение, не загружая центральный процессор компьютера. Имея компактные размеры, дистанционное управление и обладая мощной функциональностью, он, несомненно, является лучшим решением для просмотра телевидения и видео. Устройство для перевода аналогового аудио и видео с внешних источников (DV-камер, V8, VHS-видеомагнитофонов, DVD-плееров и т. п.) в цифровой формат. Аксессуар легко решает проблему старых архивов. В комплект входит видеоредактор CyberLink PowerDirector 7 DE. Система подключается с помощью порта USB 2.0, имеются композитный порт и S-Video, специальная кнопка для получения снимков и др. www.comprousa.com В связи с тем, что в контексте дистанционного обучения количество личного общения с педагогом ограничено и увеличивается количество электронного дидактического материала, слайд-лекции в цифровом формате можно с полным основанием признать удобным средством индивидуального обучения. Слайд-лекция – это сетевая компьютерная версия специализированной лекции преподавателя, которую студент по своему выбору извлекает из сети для просмотра в любое удобное для него время. Преимущество слайд-лекции перед видеолекцией очевидно, но преимущество существует и перед контактной лекцией преподавателя. Студент чувствует себя более свободным и раскованным. Это значит, что каждый студент может:

Связанные понятия (продолжение)

Телеви́дение повы́шенной чёткости (англ. Enhanced-Definition Television, сокр. EDTV) — стандарт телевизионного вещания повышенного качества, основанный на современных стандартах разложения изображения, обеспечивающих более высокую разрешающую способность по сравнению с телевидением стандартной чёткости. По ГОСТ 21879—88 телевидением повышенной чёткости считается система телевещания повышенного качества, достигаемого увеличением горизонтальной или вертикальной чёткости изображения. Деко́дер сигна́лов цве́тности (канал цветности) — составная часть конструкции цветного телевизора аналоговых стандартов телевидения (NTSC, PAL, SECAM), преобразующая закодированную в цветном телевизионном сигнале информацию о цвете в электрические сигналы, необходимые для воспроизведения цветного изображения. Декодер является составной частью любого цветного телевизора и позволяет декодировать одну или несколько разных систем цветного телевидения. В цифровых стандартах телевидения в кодированном… Прогресси́вная развёртка (Постро́чная развёртка) — метод телевизионной развёртки, при котором для отображения, передачи или хранения движущихся изображений все строки каждого кадра отображаются последовательно. Не следует путать с Компонентным видеоКомпози́тное ви́део — полный цветной аналоговый видеосигнал в исходной полосе видеочастот, передаваемый без звукового сопровождения по одному каналу (кабелю). По ГОСТ 21879—88 понятию англ. Composite Video Signal соответствует полный видеосигнал, содержащий сигнал синхронизации. В аналоговом цветном телевидении стандартной чёткости композитным видеосигналом называют полный цветной телевизионный сигнал (ПЦТС) стандартов PAL, SECAM или NTSC.

Подробнее: Композитное видео

Адапти́вная дифференциа́льная и́мпульсно-ко́довая модуля́ция (АДИКМ) (англ. Adaptive differential pulse-code modulation, ADPCM) — разновидность дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, алгоритм которой подразумевает изменение шага квантования, что позволяет снизить требуемую полосу пропускания для заданного отношения сигнал/шум. Обычно адаптация основывается на адаптивном коэффициенте масштабирования. Аудиокодек (англ. Audio codec; аудио кодер/декодер) — компьютерная программа или аппаратное средство, предназначенное для кодирования или декодирования аудиоданных. Цветовая субдискретизация (англ. Chroma subsampling) — технология кодирования изображений со снижением цветового разрешения, при которой частота выборки цветоразностных сигналов может быть меньше частоты выборки яркостного сигнала. Основана на особенности человеческого зрения, выраженной большей чувствительностью к перепадам яркости, чем цвета. Цветовая субдискретизация является важным способом снижения размера цифрового потока видеоданных (цифровое сжатие видеоинформации). Используется в системах… Аудиореда́ктор, или волновой редактор — программа для редактирования звуковой информации в цифровом представлении (цифровой звукозаписи). Аудиоредактор является основным программным компонентом цифровой звуковой рабочей станции. Разреша́ющая спосо́бность, Горизонта́льная чёткость в телевидении и видеозаписи — способность устройства передавать мелкие детали изображения. Цифровые технологии (англ. Digital technology) основаны на представлении сигналов дискретными полосами аналоговых уровней, а не в виде непрерывного спектра. Все уровни в пределах полосы представляют собой одинаковое состояние сигнала. Станда́рт разложе́ния, форма́т развёртки — характеристика стандарта телевизионного вещания и видеозаписи, определяющая количество строк изображения, частоту смены кадров (полей), а также режим развёртки. Телевизионная развёртка применяется не только в телевидении, но и в других областях, требующих отображения информации, в том числе в компьютерных мониторах. Поэтому, стандарты разложения относятся к компьютерной графике и цифровым видеоинтерфейсам. Видеосигна́л — основная составляющая телевизионного сигнала. Представляет собой сложный широкополосный электрический сигнал, содержащий закодированную информацию о телевизионном или факсимильном изображении. Кроме того видеосигнал используется в радиолокации. Захват видео (от англ. Video capture — захват видео) — процесс преобразования видеосигнала из внешнего источника в цифровой видеопоток при помощи персонального компьютера и запись его в видеофайл с целью последующей его обработки, хранения или воспроизведения. В основе кодирования звука с использованием ПК лежит процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала. Кодирование и воспроизведение звуковой информации осуществляется с помощью специальных программ (редактор звукозаписи). Качество воспроизведения закодированного звука зависит от частоты дискретизации и её разрешения (глубины кодирования звука — количество уровней).

Подробнее: Кодирование звуковой информации

Ви́део (от лат. video — смотрю, вижу) — электронная технология формирования, записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения подвижного изображения, основанная на принципах телевидения, а также аудиовизуальное произведение, записанное на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.). Телевизио́нный сигна́л — совокупность электрических сигналов, содержащая информацию о телевизионном изображении и звуке. Телевизионный сигнал может передаваться по радио или по кабелю. Термин употребляется в большинстве случаев применительно к аналоговому телевидению, потому что цифровое оперирует таким понятием, как поток данных. Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений. В наше время наиболее распространены двоичные цифровые сигналы (битовый поток) в связи с простотой кодирования и используемостью в двоичной электронике. Для передачи цифрового сигнала по аналоговым каналам (например, электрическим или радиоканалам) используются различные виды манипуляции (модуляции). Телевидение стандартной четкости (от англ. Standard-definition television, сокр. SDTV), иногда также расшифровывается как Standard Digital Television — стандартное цифровое телевидение) — разновидность телевизионных вещательных стандартов, параметры которых выбраны, исходя из расстояния наблюдения, равного шести высотам наблюдаемого изображения. Системы стандартной чёткости основаны на стандартах разложения 625/50 (576i) и 525/60 (480i), существующих с 1940-х годов, когда телевидение стало массовым… Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. sound card) — дополнительное оборудование персонального компьютера и ноутбука, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio). Цифровая обработка изображения — использование компьютерных алгоритмов для обработки цифровых изображений. Как область цифровой обработки сигналов, цифровая обработка изображения имеет много преимуществ перед аналоговой обработкой. Она позволяет применять гораздо более широкий ряд алгоритмов к входным данным и избежать проблем, таких как добавленные шумы и искажения в процессе обработки. Поскольку изображения определяются как двухмерные (или выше), цифровая обработка изображения может быть промоделирована… Декодер в общем случае — некоторое звено, которое преобразует информацию из одного внешнего вида в другой вид, применяемый в каком-нибудь устройстве. Видеокодек — программа/алгоритм сжатия (то есть уменьшения размера) видеоданных (видеофайла, видеопотока) и восстановления сжатых данных. Кодек — файл-формула, которая определяет, каким образом можно «упаковать» видеоконтент и, соответственно, воспроизвести видео. Также возможно кодирование кроме видео и аудиоинформации, добавления субтитров, векторных эффектов и т. п. Сжатие видео (англ. Video compression) — технология цифровой компрессии телевизионного сигнала, позволяющая сократить количество данных, используемых для представления видеопотока. Сжатие видео позволяет эффективно уменьшать поток, необходимый для передачи видео по каналам радиовещания, уменьшать пространство, необходимое для хранения данных на носителе. Недостатки: при использовании сжатия с потерями появляются характерные, иногда отчётливо видные артефакты — например, блочность (разбиение изображения… Дискре́тный сигна́л (лат. discretus — «прерывистый», «разделённый») — сигнал, который является прерывистым (в отличие от аналогового) и который изменяется во времени и принимает любое значение из списка возможных значений. Список возможных значений может быть непрерывным или квантованным. Цифрова́я фотогра́фия — технология фотографии, использующая вместо светочувствительных материалов, основанных на галогениде серебра, преобразование света светочувствительной матрицей и получение цифрового файла, используемого для дальнейшей обработки и печати. Адресно-временно́й код, временно́й код, тайм-код — цифровые данные о времени, записываемые совместно с изображением и звуком для их последующей синхронизации на отдельных носителях. Современный временной код SMPTE/EBU разработан в 1967 году. ТВ-тю́нер (англ. TV tuner) — род телевизионного приёмника (тюнера), предназначенный для приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания с показом на мониторе компьютера. Кроме того, большинство современных ТВ-тюнеров принимают FM-радиостанции и могут использоваться для захвата видео. Выпускались мониторы с встроенными ТВ-тюнерами (например, Samsung 940MW), позволяющие выводить во время работы с персональным компьютером в отдельном окне видео, как на телевизионном приёмнике (режим PiP… Ра́стровая развёртка, телевизио́нная развёртка, телевизио́нный ра́стр — перемещение развёртывающего элемента в процессе анализа или синтеза изображения по определённому периодическому закону. В процессе передачи оптическое изображение преобразуется при помощи развёртки в видеосигнал, а в процессе приёма полученный сигнал преобразуется обратно в изображение. Главная область применения растровой развёртки — телевидение, поэтому она часто называется телевизионной, хотя используется также для отображения… Метод прямой последовательности для расширения спектра (DSSS — англ. direct sequence spread spectrum) — широкополосная модуляция с прямым расширением спектра, является одним из трёх основных методов расширения спектра, используемых на сегодняшний день (см. методы расширения спектра). Это метод формирования широкополосного радиосигнала, при котором исходная последовательность битов преобразуется в псевдослучайную последовательность, используемую для модуляции несущей. Физи́ческое коди́рование (линейное кодирование, манипуляция сигнала, модуляция, импульсно-кодовая модуляция) — представления дискретных сигналов, передаваемых по цифровому каналу связи, с целью передачи данных, представленных в цифровом виде, на расстояние по физическому каналу связи (такому как оптическое волокно, витая пара, коаксиальный кабель, инфракрасному излучению). Физическое кодирование также применяется для записи данных на цифровой носитель. При физическом кодировании уделяют внимание… Видеоигры на дискретной логике — наиболее ранние видеоигры, аппаратура которых не использовала микропроцессоров и управляющих программ и была выполнена на дискретной логике, то есть на цифровых микросхемах низкой степени интеграции. Видеоигры этого типа появились в конце 1960-х годов и выпускались до середины 1970-х. Логический анализатор (англ. Logic Analyzer) — электронный прибор, который может записывать и отображать последовательности цифровых сигналов. Он используется для тестирования и отладки цифровых электронных схем, например, при проектировании компонентов компьютеров и управляющих электронных устройств. В отличие от осциллографов, логические анализаторы имеют значительно больше входов (обычно от 16 до нескольких сотен), но при этом часто способны показывать лишь два уровня сигнала («0») и («1»), к… Станда́рт телевизио́нного веща́ния — система кодирования видеосигнала для его эфирной передачи. Уже в эпоху чёрно-белого телевидения возникло несколько разных стандартов разложения изображения, отличавшихся числом строк, частотой кадров и другими параметрами. Переход к цветному телевидению умножил число систем, так как на разные стандарты разложения накладывались стандарты кодирования цвета (NTSC, PAL, SECAM). Цифровая фоторамка (digital photo frame) — это электронное устройство, предназначенное для считывания и показа изображений, записанных в цифровом виде. Цифровой проигрыватель (музыкальный плеер, от англ. player, в некоторых случаях «MP3-плеер») — устройство, которое хранит, организовывает и воспроизводит музыкальные/мультимедийные файлы, сохранённые в цифровом виде, на собственную флеш-память, карту памяти, флешку или лазерный диск, в отличие от аналоговых аудиоплееров, которые проигрывают музыку с аналоговых носителей, таких носителей, как пластинки, компакт-кассеты и т. п. Цифрово́й компара́тор или компара́тор ко́дов логическое устройство с двумя словарными входами, на которые подаются два разных двоичных слова равной в битах длины и обычно с тремя двоичными выходами, на которые выдаётся признак сравнения входных слов, — первое слово больше второго, меньше или слова равны. При этом выходы «больше», «меньше» имеют смысл, если входные слова кодируют числа в том или ином машинном представлении. Система условного доступа (англ. Conditional Access System) — программно-аппаратный механизм для доступа к платным кодированным цифровым спутниковым, эфирным и кабельным телеканалам и радиостанциям (радиоканалам). Медиаконтейнер, мультимедиаконтейнер (англ. Media container) — формат файла или потоковый формат (поток, в отличие от файла, не является предметом хранения), чьи спецификации определяют только способ представления данных (а не алгоритм кодирования) в пределах одного файла. Медиаконтейнер определяет размер и структуру представляемых данных, вместе с тем он не определяет никакую кодификацию самих данных. Медиаконтейнер фактически является метаформатом, так как он хранит данные и информацию о том, как… Цифрово́е анаморфи́рование — технология передачи и записи широкоэкранного изображения цифрового телевидения при помощи стандартов разложения, изначально рассчитанных на классическое соотношение сторон экрана 4:3. При этом информационная ёмкость такого кадра используется наиболее эффективно за счёт трансформации соотношения сторон пикселя. Кроме цифрового телевещания стандартной чёткости, технология применяется при мастеринге DVD-дисков и является цифровым аналогом оптического анаморфирования. Процессор машинного зрения (англ. Vision processing unit, VPU) — новый класс специализированных микропроцессоров являющихся разновидностью ИИ-ускорителей, предназначенных для аппаратного ускорения работы алгоритмов машинного зрения. Компандирование (от англ. companding — compression + expanding) — это метод уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. Основан на увеличении числа интервалов квантования в области малых значений входного сигнала и уменьшении в области максимальных значений. Цифрова́я ка́рта (цифрова́я ка́рта ме́стности) — цифровая модель местности, созданная путём цифрования картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации. Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу передачи данных, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, ВОЛС, беспроводные каналы передачи данных или запоминающее устройство. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) — это метод кодирования сигнала, который основывается на импульсно-кодовой модуляции (ИКМ — англ. Pulse Code Modulation (PCM)), но использует дополнительные возможности для компактного представления, основываясь на прогнозировании отсчётов сигнала. ДИКМ может применяться для аналогового сигнала или цифрового сигнала.

Что такое цифровое изображение? Форматы файлов JPEG и RAW. Какой из них выбрать?

Не так давно у нас был урок об устройстве современных фотокамер и их типах. Там мы немного коснулись темы формирования фотографического изображения. Сегодня же нам предстоит разобраться более подробно с тем, что же именно происходит после того, как свет проходит через объектив фотокамеры, как устроена матрица фотоаппарата и что из себя представляет готовая цифровая фотография.

Принцип работы матрицы цифрового фотоаппарата. Что такое разрешение?

Матрица фотоаппарата — это микросхема, на которой смонтированы миллионы светочувствительных датчиков. Каждый датчик регистрирует яркость освещения, попадающего на него. Таким образом из них составляется “мозаика” нашего изображения. Обратите внимание: датчик на матрице регистрирует только яркость падающего на него света, но не может получить никакой информации о цвете. Казалось бы, таким образом можно получить только монохромные, черно-белые изображения. Для получения цветного изображения применяется более сложное решение. Чтобы собрать информацию о цвете, необходимо как минимум три светочувствительных элемента, восприимчивых только к одному из базовых цветов спектра. Поэтому каждый элемент оснащается цветным светофильтром, который пропускает лучи только одного цвета, а остальные отсекает.

Сегодня в матрицах цветное изображение строится из трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Поэтому матрица аппарата представляет собой решетку, состоящую из “зеленых”, “красных” и “синих” датчиков. При этом разноцветные датчики на матрице могут располагаться по-разному. Например, самое широкое распространение имеет так называемый фильтр Байера, названный по фамилии его изобретателя.

Фильтр Байера или “Байеровская матрица”

Можно заметить, что зеленых элементов на нем присутствует вдвое больше, чем красных или синих. Это сделано для того, чтобы компенсировать высокую чувствительность к зеленому цвету человеческого глаза и давать цифровые изображения с привычными человеку цветами.

Матрица фотоаппарата Nikon D610

В итоге, имея данные о яркости и о цвете с каждого датчика, можно составить общее цветное изображение. Для этого в камере установлен процессор. Он анализирует поступающие с матрицы данные и составляет из них готовое изображение. Помимо этого, процессор отвечает за внесение в исходное изображение корректировок, установленных фотографом, как то выбранный им баланс белого, всевозможные эффекты обработки. Процессор отвечает и за создание конечного файла с фотографией.

Процессор фотокамеры Nikon D810 получает информацию с более чем 36 миллионов светочувствительных датчиков матрицы данного фотоаппарата, практически мгновенно выдавая результат в виде готового файла с изображением.

Мы выяснили, что и матрица фотокамеры, и цифровое изображение, получаемое с нее представляет из себя мозаику, состоящую из мельчайших точек, пикселей. Естественно, чем большее количество точек будет содержать изображение, тем детализированнее, качественнее оно получится. Сколько пикселей содержит изображение, полученное с фотоаппарата? Эта характеристика, называется разрешением. Одна и та же величина — разрешение, может выражаться несколькими способами. В случае с разрешением матрицы фотоаппарата просто измеряют число расположенных на ней пикселей. Поскольку счет пикселей, размещенных на матрице, идет на миллионы, их в этих самых миллионах и измеряют. Один миллион пикселей называется мегапикселем. В случае с разрешением готовой фотографии чаще используют другой метод. Разрешение цифровой фотографии может характеризоваться количеством точек, по горизонтали и вертикали изображения.

Разрешение этого изображения можно охарактеризовать двумя способами. Общим числом пикселей или же количеством пикселей по горизонтали и по вертикали изображения. Итак, его разрешение — 100 пикселей или же 10х10 точек. Любое цифровое фото так же как и этот “смайлик” состоит из пикселей. Но в отличие от него, цифровое фото насчитывает миллионы пикселей.

Из всей этой информации важно запомнить основное:

Матрица фотоаппарата состоит из светочувствительных элементов, каждый из которых собирает информацию о цвете и интенсивности освещения. Далее из этих данных и строится цифровое изображение, так же состоящее из точек — пикселей. Однако, между одним светочувствительным элементом на матрице и одним пикселем на готовом изображении знак равенства ставить не стоит: тут многое зависит от алгоритмов работы матрицы и процессора. Не всегда разрешение готовых снимков равно количеству датчиков на матрице. Некоторые из датчиков матрицы используются для внутренних, технологических задач. Поэтому в характеристиках многих фотокамер можно встретить две графы — “количество эффективных пикселей” и просто “количество пикселей”. Предполагается, что непосредственно в создании фотографии примут участие именно эффективные пиксели.

Важно иметь в виду, что высокое разрешение матрицы является не единственным слагаемым высокого качества итоговых снимков. На качество конечного результата будет влиять множество факторов — и правильная экспозиция и правильная фокусировка и качество оптики. Так что само по себе наличие матрицы с высоким разрешением в камере позволяет получить снимки высокого качества, но отнюдь не гарантирует это.

Сегодня наиболее распространены матрицы, сделанные по технологиям ПЗС (ССD) и КМОП (CMOS). Не погружаясь в теоретические дебри, стоит отметить лишь то, что КМОП — более перспективная технология, так как позволяет добиться большей светочувствительности, снизить цифровой шум, уменьшить энергопотребление. Практически все современные фотоаппараты сегодня имеют именно КМОП-матрицы.

Цифровой шум

Что такое цифровой шум? Наверняка все замечали, что иногда на фотографиях появляются “помехи”, “зерно”, мелкие точки разного цвета. Это и есть цифровой шум. Количество цифрового шума на фото напрямую зависит от характеристик матрицы фотоаппарата, от условий и параметров съемки.

Изображение с цифровым шумом.

Изображение без цифрового шума.

Цифровой шум больше всего проявляется при съемке на высоких значениях светочувствительности или при недостаточном освещении. Порой мелкие по размеру не слишком качественные матрицы (чаще всего матрицы в смартфонах) просто не могут дать изображение без шума. Также цифровой шум может появиться при обработке изображений.

RAW и JPEG

После того, как съемка произведена, остается не менее важная задача — сохранить полученное фото на карте памяти. Желательно сделать это с максимальным качеством, не теряя никакой информации, полученной при съемке. Сегодня большинство фотокамер позволяют сохранять снимки в двух принципиально разных форматах — RAW и JPEG. RAW — это сырая, никак не обработанная информация с матрицы, записанная в файл. Предполагается, что дальше с файлом RAW фотограф будет работать самостоятельно, конвертируя его на компьютере для получения готового фото. JPEG — это уже фактически готовая фотография.

Экран выбора формата записи в меню фотоаппарата Nikon D5300.

Разберемся, как получаются файлы RAW и JPEG.

</tr>

При съемке в JPEG, процессор фотоаппарата конвертирует в файл сырой сигнал (по сути — тот же RAW), накладывая на него настройки, выбранные фотографом. Настраивает баланс белого, проводит шумоподавление (если оно было включено на фотоаппарате), применяет различные эффекты (повышение насыщенности цветов, перевод в монохром и т.п.) и настройки цвета. Наконец, процессор сжимает файл, применяя выбранные пользователем настройки сохранения. Вся информация, которая осталась в итоге ненужной, отбрасывается, сохраняется только итоговое изображение. Для того, чтобы файл занимал меньший объем на карте памяти, он подвергается сжатию. Параметры сжатия файлов JPEG можно настроить при выборе качества снимков в фотоаппарате. При сильном сжатии возможна потеря деталей на снимке.

В случае с фотокамерами Nikon, при обработке будущего JPEG-файла процессор может расширить динамический диапазон фотографии при помощи функции D-Lightning — это поможет сохранить на фото детали в темных и в светлых участках при съемке контрастных сцен: пейзажей, портретов в контровом свете. То же самое можно сделать и при обработке RAW, однако это потребует специальных навыков, программ и времени.

</tr>

Английское слово “raw” переводится на русский язык как “сырой”, “необработанный”. Так оно и есть. При съемке в RAW cигнал, поступающий с матрицы фотоаппарата, преобразуется процессором в файл, пригодный для записи на карту памяти без каких-то коррекций самого изображения. В файл записывается вся информация, полученная с матрицы. Файлы RAW в фотокамерах разных производителей могут иметь различные расширения: NEF, CR2, ARW… Однако для фотографа сути это не меняет. Для того, чтобы из “сырого” файла в формате RAW получить готовое изображение, его придется конвертировать на компьютере при помощи специальных программ — RAW-конвертеров. В RAW-конвертере фотограф может настроить и баланс белого, и поправить экспозицию файла, и внести многие другие коррекции.

Среди известных RAW-конвертеров можно выделить программы Adobe Lightroom, Adobe Camera RAW, Capture One. Все производители выпускают специальные RAW-конвертеры для своих фотокамер. Например, Nikon выпускает целых два конвертера. Nikon Capture NX рассчитан на продвинутую, профессиональную работу, тогда как бесплатный Nikon View NX подойдет начинающим фотолюбителям. Основное достоинство формата RAW — невероятная гибкость обработки. Ведь при обработке доступна абсолютно вся информация, полученная при съемке.

Сравнение RAW и JPEG. Качество снимков

Изучим, какое качество изображения можно получить при использовании JPEG и RAW. Для начала, просто оценим качество снимков, полученных напрямую с камеры.

Фрагмент кадра, сделанный в JPEG с максимальным качеством.

Прямая конвертация (без обработки) снимка из RAW с помощью конвертера Nikon View NX.

Видно, что файл JPEG выглядит даже чуть более резким. Спасибо алгоритмам обработки и сохранения, встроенным в камеру. А вот чтобы добиться той же резкости от снимка RAW, придется прибегнуть к обработке.

Посмотрим теперь возможности обработки снимков. Оценим возможность коррекции экспозиции кадров, сделанных в JPEG или RAW.

Классическая ситуация: снимок оказался слишком темным. Попробуем осветлить кадры формата JPEG и RAW.

Это фрагмент, “вытянутый” из RAW. Кадр удалось сделать светлее. Однако можно заметить, что из-за сильного повышения яркости, появилось небольшое количество цифрового шума.

А вот файл JPEG, подвергшийся тем же манипуляциям. Качество снимка очень сильно ухудшилось. Появилось огромное количество цифрового шума, нарушилась цветопередача.

Не для кого не секрет, что при съемке на высоких значениях светочувствительности, на фотографиях появляется цифровой шум. Во всех современных фотокамерах существует опция внутрикамерного шумоподавления. Процессор обрабатывает полученный снимок таким образом, чтобы снизить количество цифрового шума на снимке. Как правило, системы шумоподавления в камере работают лучше, чем шумоподавление в RAW-конвертерах. Ведь они “заточены” под конкретный фотоаппарат со своими особенностями. Шумоподавление в камере может применяться только к файлам JPEG.

Фрагмент фотографии, снятой в JPEG при ISO3200. Опция шумоподавления при высоких ISO установлена в положение “нормально”. Можно заметить, что шумов не так уж много (особенно для столь высокого ISO!), однако и резкость изображения снизилась. Любое шумоподавление несколько снижает детализацию картинки.

Фрагмент, сконвертированный из RAW без применения какого-либо шумоподавления.
Цифровой шум вполне заметен.

Во многих RAW-конвертерах присутствуют опции шумоподавления, однако их эффективность зависит от конкретной программы и от выбранных пользователем настроек.

И еще одна классическая ситуация: ошибка с балансом белого. Попробуем ее исправить при работе с JPEG и RAW.

Изменение баланса белого при обработке RAW прошло без каких-либо потерь в качестве снимка.

Попытка изменить баланс белого в JPEG закончилась провалом. Цветопередача далека от идеала, детали в светлых участках исчезли.

Когда использовать формат RAW?

Прежде всего тогда, когда вы хотите получить фотографии высокого качества, к тому же максимального гибкие в обработке. Еще вам понадобится при этом время и возможность после съемки файлы конвертировать, обрабатывать. Чаще всего RAW используется при профессиональной съемке: портретной, пейзажной, студийной.

Многие фотолюбители-энтузиасты снимают в RAW просто для того, чтобы “выжать” из каждого фото максимум, потренироваться в обработке. А вот если вы занимаетесь репортажем — всё не так однозначно. Возможно, что пока вы будете конвертировать RAW’ы со своим репортажем, отснятые фото уже потеряет свою актуальность. Если вы делаете простое фото на память, RAW тоже не очень полезен: фотографии в этом формате не получится тут же скинуть друзьям по почте или опубликовать их в соцсетях.

При съемке в RAW фотограф может вообще не обращать внимания на настройку баланса белого, ведь поправить баланс белого без всяких потерь в качестве снимка можно при конвертации на компьютере. Так же формат RAW более “терпим” к незначительным огрехам экспозиции — их как правило тоже можно поправить при обработке. Пожалуй, чего точно нельзя поправить при обработке RAW-файла — это ошибки фокусировки и “шевелёнку”. Существуют конечно инструменты компьютерного повышения резкости, однако они не устранят проблему, не добавят на снимок отсутствующие детали, а лишь немного “замаскируют” проблему.

Плюсы формата RAW:

• позволяет сохранить абсолютно все детали, всю информацию на фото, полученную при съемке;
• невероятная гибкость в обработке. Формат RAW позволяет “спасти” многие загубленные при съемке кадры, позволяет использовать специальные приемы компьютерной обработки, немыслимые при съемке в JPEG.

Минусы формата RAW:

• сложность работы с RAW для начинающих: придется разбираться со специальными программами, изучать основы компьютерной обработки;
• для работы с RAW потребуется довольно мощный компьютер;
• работа с RAW на компьютере потребует времени;
• файлы RAW занимают гораздо больше места на карте памяти, нежели JPEG.

Когда использовать формат JPEG?

Разумеется, больше всего данный формат популярен среди фотолюбителей. Не каждый хочет изучать компьютерную обработку, иметь дело с довольно сложными программами — RAW-конвертерами. Файлы JPEG сразу после съемки можно открыть на любом электронном устройстве, послать по почте, выложить в интернет. Сегодня даже компьютер для этого не нужен, достаточно смартфона или планшета.

Однако, профессионалы тоже иногда используют JPEG. Их привлекает скорость работы, ведь время — деньги. Не всегда нужно получать изображения высочайшего качества годные к обработке, а важнее именно скорость и удобство работы. При репортажной съемке порой важно опубликовать (или отправить в редакцию, агентство) фотографии прямо сразу же после события: чем быстрее, тем лучше. Тогда на помощь фотографу-репортеру приходит JPEG.

Кстати, при съемке в JPEG доступны многие функции улучшения изображения, имеющиеся в любой современной камере: шумоподавление, улучшение цвета и контраста, функции расширения динамического диапазона и прочее. Можно добиться того, что без всякой компьютерной обработки наше фото будет выглядеть прекрасно. При этом съемка в JPEG накладывает на фотографа повышенную ответственность при: придется следить за всеми параметрами, не уповая на возможности обработки. Ошибки с балансом белого, огрехи с экспозицией после съемки поправить без серьезных потерь качества снимков не получится.

Плюсы формата JPEG:

• скорость работы с файлами: сразу после съемки мы получаем готовую фотографию;
• богатые возможности внутрикамерной обработки фото при съемке в JPEG;
• фотографию в формате JPEG можно открыть на любом электронном устройстве;
• файлы JPEG имеют гораздо меньший объем, чем RAW, на карту памяти фотографий в формате JPEG поместится гораздо больше.

Минусы формата JPEG:

• меньшая гибкость при компьютерной обработке;
• как следствие предыдущего пункта — за всеми параметрами приходится очень строго следить при съемке.

Формат TIFF

Иногда фотоаппараты позволяют снимать в еще один формат — TIFF. Не вдаваясь в лишние теоретические подробности, можно сказать, что для фотографа TIFF — это такой очень качественный JPEG. Если вы хотите получать снимки без каких-либо потерь в качестве, но и на RAW тратить время не хочется, можно выбрать TIFF. Этот формат часто используется в полиграфии и дизайне: он дает лучшее по сравнению с JPEG качество изображения и большую гибкость при обработке. При сохранении в TIFF используется сжатие изображения без потерь (как в случае с JPEG). Но все же при обработке формат TIFF не столь гибок как RAW. Ведь если RAW — это данные с матрицы, то TIFF — просто качественная картинка.

Опция сохранения файла в формате TIFF. Меню фотокамеры Nikon D810

RAW+JPEG

Пока не определились с выбором формата или хочется получить фотографию, записанную и в RAW и в JPEG? Нет ничего проще. Все современные камеры предлагают опцию съемки сразу в двух форматах. Так же это удобно, если хочется сначала быстро просмотреть отснятый материал на каком-нибудь ноутбуке, смартфоне планшете, (ведь JPEG можно открыть на любом устройстве), отобрать понравившиеся кадры, а обрабатывать уже файлы RAW на рабочем компьютере, который сможет работать с ними. Очевидный минус такого варианта лишь один: на карте памяти получится вдвое больше файлов, так что она заполняется гораздо быстрее.

Выбор опции “RAW+JPEG” в меню фотокамеры Nikon D5300. Как видно, можно выбрать какого качества файл JPEG будет сохраняться файл RAW. Это удобно: можно при желании сэкономить место на карте памяти, выбрав опцию “RAW+JPEG низкого качества”. Для просмотра такие фото вполне сгодятся, а RAW позволит иметь копию снимка в максимальном качестве.

Оцифровка — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 сентября 2015; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 сентября 2015; проверки требуют 13 правок.

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.

Иногда термин «оцифровка» используется в переносном смысле, в качестве замены для соответствующего термина^{[уточнить]}, при переводе информации из аналогового вида в цифровой. Например:

Оцифровка данных производится на специальном оборудовании, позволяющем захватить аналоговый сигнал и преобразовать его в цифровой. Оцифровкой^[2] занимаются специализированные профессиональные студии (ТВ- и звукозаписывающие) и частные компании.

При оцифровке сигнала привязанного ко времени, дискретизацию обычно характеризуют частотой дискретизации — частотой снятия замеров.

При сканировании изображения с физических объектов, дискретизация характеризуется количеством результирующих пикселов на единицу длины (например, количеством точек на дюйм — англ. dot per inch, DPI) по каждому из измерений.

В цифровой фотографии дискретизация характеризуется количеством пикселей на кадр.

Аналогово-цифровое преобразование характеризуется разрядностью преобразователя в битах.

Цифровая звукозапись — Википедия

Схема прохождения звука от источника через микрофон, АЦП, процессор, ЦАП, громкоговоритель и снова в звук

Цифрово́й звук — результат преобразования аналогового сигнала звукового диапазона в цифровой аудиоформат.

Простейший метод преобразования, импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), состоит в представлении последовательности мгновенных значений уровня сигнала, измеряемого аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через равные промежутки времени.

Разновидностью ИКМ является дельта-модуляция, где в каждый момент отсчёта сигнал сравнивается с пилообразным напряжением на каждом шаге дискретизации.

Сигма-дельта модуляция’ — способ представления сигнала на основе принципа избыточной дискретизации и формирования шума квантования, позволяет снизить уровень шума.

Современные методы используют более сложные алгоритмы преобразования. Помимо представления звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на различных электронных музыкальных инструментах. Ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Преимущества битового кода используются при передаче кодированного сигнала на расстояние, шифровании сигнала, цифровой подписи сигнала, восстановлении потерь, вызванных помехами при передаче, а также в прочих приложениях.

Цифровая звукозапись — технология преобразования аналогового звука в цифровой с целью сохранения его на физическом носителе для возможности последующего воспроизведения записанного сигнала.

Представление аудиоданных в цифровом виде позволяет очень эффективно изменять исходный материал при помощи специальных устройств или компьютерных программ — звуковых редакторов, что нашло широкое применение в промышленности, медиа-индустрии и быту.

Для воспроизведения цифрового звука применяют специальное оборудование, например музыкальные центры, цифровые плееры, компьютеры с звуковой картой и установленным программным обеспечением: аудиоплеером или медиаплеером.

• В 1928 Гарри Найквист в работе «Определённые проблемы теории телеграфной передачи» определил требуемую полосу линии связи для передачи импульсного сигнала — основа цифрового звука^[1]
• В 1933 году В. А. Котельниковым в работе «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи» предложена и доказана Теорема Котельникова, согласно которой аналоговый сигнал с ограниченным спектром может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной максимальной частоты спектра^[2]
• В 1937 году британский ученый Alec Reeves запатентовал первое описание импульсно-кодовой модуляции^[3]
• В 1948 году Клод Шеннон опубликовал «Математическую теорию связи»^[4], а в 1949 — «Передача данных при наличии шума», где независимо от Котельникова доказал теорему с аналогичными результатами теореме Котельникова, поэтому в западной литературе эту теорему часто называют теоремой Шеннона.^[5]
• В 1950 Ричард Хэмминг опубликовал работу по обнаружению и исправлению ошибок^[6]
• В 1952 Дэвид Хаффман создал алгоритм префиксного кодирования с минимальной избыточностью (известный как алгоритм или код Хаффмана)^[6]
• В 1959 Алекс Хоквингем создал код исправления ошибок, ныне известный как Код Боуза — Чоудхури — Хоквингема^[6]
• В 1960 сотрудниками лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Ирвином Ридом и Густавом Соломоном изобретён Код Рида — Соломона^[6]
• В 1967 техническим институтом исследований NHK представлен первый цифровой катушечный стереорекордер на 1-дюймовой видеоленте. В устройстве использовалась ИКМ-запись с разрядностью 12-бит и частотой дискретизации 30 кГц с применением компандера для расширения динамического диапазона^[6]
• В 1969 Sony представила 13-битный цифровой стереорекордер с частотой дискретизации 47,25 кГц, с записью на 2-х дюймовую видеоленту^[6]
• В 1972 выпущен первый альбом записанный с цифровой мастер-ленты фирмой Nippon Columbia^[7]
• В 1977 на токийской аудио выставке Mitsubishi, Sony и Hitachi продемонстрировали прототипы цифровых грампластинок или аудиодисков^[6]
• В 1979 в Европе Philips демонстрирует прототип компакт-диска диаметром 115 мм, намереваясь его сделать мировым стандартом. 14-битная запись с частотой дискретизации 44,050 кГц не устроила Sony, которые предложили 16-разрядную запись с частотой 50 кГц, но в итоге из-за ограничений формата было решено выбрать частоту дискретизации 44,1 кГц и размер диска увеличить до 120 мм. Диск способен вмещать 74 минуты записи.
• В 1980 стандарт компакт-диск был официально предложен, но на все согласования и доработки ушло два года^[6]
• В 1982 году в Европе и Японии был принят стандарт на систему компакт-диск^[6]
• Также в 1982 году представлен цифровой формат звукозаписи на катушечную ленту DASH предложенный фирмой Sony для многоканальной студийной записи
• В 1987 Sony и Philips представили формат цифровой компакт-кассеты DAT
• В 1992 Philips и Matsushita представили формат Digital Compact Cassette с применением сжатия MPEG1 layer 1
• В том же 1992 Sony представила систему персонального аудио MiniDisc и кинотеатральную систему SDDS основанные на алгоритме сжатия ATRAC
• В 1999 году компаниями Sony и Philips разработан стандарт SACD
• В 2000 году представлен формат DVD-Audio

Принцип цифровой звукозаписи методом периодической дискретизации и квантования сигнала[править | править код]

Преобразование аналогового сигнала в цифровой в АЦП и обратное восстановление его в ЦАП Структурная схема цифровой звукозаписи и воспроизведения

Принцип цифрового представления колебаний звукозаписи достаточно прост:

Принцип действия АЦП тоже достаточно прост: аналоговый сигнал, полученный от микрофонов и электро-музыкальных инструментов, преобразовывается в цифровой. Это преобразование включает в себя следующие операции:

1. Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации.
2. Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени — отсчетов. Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП — устройства выборки-хранения.
3. Квантование по уровню представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования.
4. Кодирование или оцифровку, в результате которого значение каждого квантованного отсчета представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования.

Делается это следующим образом: непрерывный аналоговый сигнал «режется» на участки, с частотой дискретизации, получается цифровой дискретный сигнал, который проходит процесс квантования с определенной разрядностью, а затем кодируется, то есть заменяется последовательностью кодовых символов. Для качественной записи звука в полосе частот 20-20 000 Гц применяется минимальная стандартная частота дискретизации от 44,1 кГц и выше (в настоящее время появились АЦП и ЦАП c частотой дискретизации 192,3 и даже 384,6 кГц). Для получения довольно качественной записи достаточно разрядности 16 бит, однако для расширения динамического диапазона и повышения качества звукозаписи используется разрядность 24 (реже 32) бита.

Помехоустойчивое и канальное кодирование[править | править код]

Помехоустойчивое кодирование позволяет при воспроизведении сигнала выявить и устранить (или снизить частоту их появления) ошибки чтения с носителя. Для этого в процессе записи к отсчётам, полученным на выходе АЦП, добавляется искусственная избыточность (контрольные биты), которая впоследствии помогает восстановить повреждённый отсчёт. В устройствах записи звука обычно используется комбинация из двух или трех помехоустойчивых кодов. Если же выбранный уровень избыточности кодирования не позволяет восстановить правильное значение отсчёта, то производится его замена с помощью интерполяции, чтобы исключить появление скачкообразного изменения уровня сигнала (щелчка).

Для лучшей защиты от пакетных ошибок, вызванных повреждениями носителя информации (царапины на компакт-диске, загибы магнитной ленты) также применяется перемежение.

К полезному сигналу также добавляются вспомогательные данные, которые облегчают последующее декодирование. Это могут быть сигналы временного кода, служебные сигналы, сигналы синхронизации.

Канальное кодирование служит для согласования цифровых сигналов с параметрами канала передачи (записи/воспроизведения). Например, при записи цифровых сигналов на магнитный носитель необходимо исключить появление в токе записи постоянной составляющей и низкочастотных составляющих спектра (возникающих при появлении длинных последовательностей нулей или единиц). Для этого используются таблицы преобразования, по которым производится замена слов из m бит данных на слова из n канальных бит, причем всегда n > m. В устройствах воспроизведения цифровых сигналов канальный декодер выделяет из общего потока данных тактовые сигналы и выполняет обратное преобразование канальных n-битных слов в m-битные слова данных. После коррекции ошибок сигнал поступает в ЦАП.

Принцип действия ЦАП[править | править код]

Цифровой сигнал, полученный с декодера, преобразовывается в аналоговый. Это преобразование происходит следующим образом:

1. Декодер ЦАП преобразует последовательность чисел в дискретный квантованный сигнал
2. Путём сглаживания во временной области из дискретных отсчетов вырабатывается непрерывный во времени сигнал
3. Окончательное восстановление сигнала производится путём подавления побочных спектров в аналоговом фильтре нижних частот

По принципу записи выделяют следующие методы:

• Магнитная звукозапись — запись цифровых сигналов производится на магнитную ленту. Выделяют два типа записи:
  • продольно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль блока неподвижных магнитных головок записи/воспроизведения (DASH,DCC)
  • наклонно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль барабана вращающихся магнитных головок и запись осуществляется наклонно отдельными дорожками, что обеспечивает бо́льшую плотность, по сравнению с продольно-строчной системой записи. (R-DAT, ADAT, а также ранние системы, состоящие из ИКМ-приставки и видеомагнитофона)
• Магнитооптическая запись — запись ведется с помощью магнитной головки на специальный магнитооптический слой и в момент намагничивания кратковременно разогревается лазером до температуры точки Кюри. (Минидиск,Hi-MD)
• Лазерная запись — запись производится лазерным лучом, который выжигает углубления (питы) на светочувствительном слое оптического носителя. (Компакт-диск, DVD-Audio, DTS, SACD)
• Оптическая (фотографическая) запись звука — основана на воздействии светового потока на светочувствительный слой носителя (киноленты). (Dolby Digital, SDDS)
• Запись звука на электронные носители — звуковые данные при помощи персонального компьютера записываются в виде файлов на различные носители (жесткие диски, перезаписываемые оптические диски, флеш-карты, твердотельные накопители), при этом отсутствует ограничение на обязательное соответствие формата звука формату носителя.

На цифровых носителях и в персональных компьютерах для хранения звука (музыки, голоса и т. п.) применяются различные форматы, позволяющие выбрать приемлемое соотношение сжатия, качества звука и объёма данных.

Популярные форматы файлов для персональных компьютеров и соответствующих устройств:

Параметры, влияющие на качество цифровой звукозаписи[править | править код]

Основными параметрами, влияющими на качество цифровой звукозаписи, являются:

Также немаловажными остаются параметры аналогового тракта цифровых устройств звукозаписи и звуковоспроизведения:

Запись цифрового звука в настоящее время осуществляется на студиях звукозаписи, под управлением персональных компьютеров и другой дорогостоящей и качественной аппаратуры. Также довольно широко развито понятие «домашней студии», в которой применяется профессиональное и полупрофессиональное звукозаписывающее оборудование, позволяющее создавать качественные записи в домашних условиях.

Применяются звуковые карты в составе компьютеров, которые производят обработку в своих АЦП и ЦАП — чаще всего в 24 битах и 96 кГц, дальнейшее повышение битности и частоты дискретизации, практически не увеличивает качества записи.

Существует целый класс компьютерных программ — звуковых редакторов, которые позволяют работать со звуком:

• записывать входящий звуковой поток
• создавать (генерировать) звук
• изменять существующую запись (добавлять семплы, изменять тембр, скорость звука, вырезать части и т. п.)
• перезаписывать из одного формата в другой
• конвертировать разные аудиокодеки

Некоторые простые программы, позволяют осуществлять только конвертацию форматов и кодеков.

Некоторые виды цифрового звука в сравнении[править | править код]

Название формата	Разрядность, бит	Частота дискретизации, кГц	Число каналов	Величина потока данных с диска, кбит/с	Степень сжатия/упаковки
CD	16	44,1	2	1411,2	1:1 без потерь
Dolby Digital (AC3)	16-24	48	6	до 640	~12:1 с потерями
DTS	20-24	48; 96	до 8	до 1536	~3:1 с потерями
DVD-Audio	16; 20; 24	44,1; 48; 88,2; 96	6	6912	2:1 без потерь
DVD-Audio	16; 20; 24	176,4; 192	2	4608	2:1 без потерь
MP3	плавающий	до 48	2	до 320	~11:1 с потерями
AAC	плавающий	до 96	до 48	до 529	с потерями
AAC+ (SBR)	плавающий	до 48	2	до 320	с потерями
Ogg Vorbis	до 32	до 192	до 255	до 1000	с потерями
WMA	до 24	до 96	до 8	до 768	2:1, есть версия без потерь

• Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем.-М. Мир, 1991.-446 с.: ил.
• Золотухин И.П., Изюмов А.А., Райзман М.М. Цифровые звуковые магнитофоны. — Томск: «Радио и связь», 1990. — 160 с. — ISBN 5-256-00559-6.

Цифровое видео — это… Что такое Цифровое видео?

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.

Формирование цифрового видеосигнала

Компонентное видео

Основная статья: YCbCr

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

Преобразование полученных с трех ПЗС-матриц компонент RGB в Y’CrCb

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.

Уровни видео

Полученные компоненты Y’, Cr, Cb квантуются с разрядностью 8 или 10 бит. Однако не все уровни используются для передачи сигналов яркости. Например, для 8 битного кодирования из 256 доступных уровней только 220 используются для передачи сигнала яркости (диапазон 16-235), а остальные — для сигналов синхронизации. При 10-битном кодировании — используется 877 уровней. Для цветовых компонент используется только 225 уровней в 8-битной системе и только 897 дискретных уровней видео в 10-битной системе.

Цветовая субдискретизация

Форматы цветовой субдискретизации

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.

Стандарты разложения

Основные 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 кадров — 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.

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:

Для формата 4:2:2 
 BR = BD × (W + 0,5 × W × 2) × H × FR = BD × 2 × W × H × FR
Для формата 4:1:1
 BR = BD × (W + 0,25 × W × 2) × H × FR = BD × 1,5 × W × H × FR
Для формата 4:2:0
 BR = BD × (W × H + 0,5 × W × 0,5 × H × 2) × FR = BD × 1,5 × W × H × FR
Для формата 4:4:4
 BR = BD × 3 × W × H × FR 

BR - скорость передачи данных, бит/с, 
W и H - ширина и высота кадра в пикселях, 
BD - разрядность для каждой компоненты, бит на пиксель
FR - кадровая частота, кадров/с

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

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.

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)

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@h24/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

Цифровые видеоинтерфейсы

• SDI и HD-SDI
• HDMI (видео и аудио без сжатия). Обязательно HDCP.
• IEEE 1394
• DVI (только видео без сжатия). Возможно HDCP.
• DisplayPort (видео и аудио без сжатия). Поддерживает DPCP, планируется как улучшенная полная замена HDMI.
• DVB-ASI — для передачи транспортного потока MPEG-TS

Ссылки

цифровой формат — это… Что такое цифровой формат?



цифровой формат

digital format

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• цифровой фильтр
• цифровой частотный дискриминатор

Смотреть что такое «цифровой формат» в других словарях:

• Цифровой формат — Цифровой формат  тип сигналов и форматов данных в электронике, использующих дискретные состояния (в отличие от аналогового сигнала, использующего непрерывные изменения сигнала). Цифровые сигналы существуют как последовательности чисел во… …   Википедия

• цифровой формат ГИС — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN GIS digital format The digital form of data collected by remote sensing. (Source: YOUNG) [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики охрана окружающей… …   Справочник технического переводчика

• аналого-цифровой формат лазерных дисков — Он позволяет сочетать на одном диске аналоговое видео с цифровыми звуком и данными, кодами программ. [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN laser… …   Справочник технического переводчика

• Цифровой зеркальный фотоаппарат — Canon EOS 20D с объективом Canon EF 17 40 мм. Цифровой зеркальный фотоаппарат, DSLR (Digital single lens reflex camera)  цифровой …   Википедия

• Цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат — Цифровой зеркальный фотоаппарат Canon EOS 20D с объективом Canon EF 17 40 мм. Цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат, DSLR (Digital single lens reflex camera)  цифровой фотоаппарат на базе однообъективной зеркальной камеры (то есть… …   Википедия

• Цифровой избирательный вызов — (ЦИВ) (англ. Digital Selective Calling, DSC) вид связи, применяемый для первоначального вызова судовых и береговых станций с различными приоритетами с целью дальнейшей радиосвязи радиотелефоном или радиотелексом. ЦИВ предполагает передачу… …   Википедия

• формат записи — (цифровой картографической информации) Структура расположения данных в файлах цифровой картографической информации, описание вида и точности их представления. [ГОСТ 28441 99] Тематики картография цифровая Обобщающие термины формы представления… …   Справочник технического переводчика

• цифровой адресный интерфейс освещения — [Интент] Цифровой адресный интерфейс освещения (Digital Addressable Lighting Interface) — стандартный цифровой протокол управления освещением с помощью таких устройств, как электронные балласты (для люминесцентного света) и диммеры (для… …   Справочник технического переводчика

• формат AVI — Стандартный формат цифровой записи и сжатия видеоизображений с синхронным звуковым сопровождением. Мультимедийная информация передается в виде файлов, каждый из которых содержит перемежающиеся аудиои видеоданные. [Л.М. Невдяев.… …   Справочник технического переводчика

• формат — 23.02.06 формат* [format]: Определенная организация (или макет) текста в печатном виде или отображенной на экране форме, или записанного на носителе данных. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 2382 23 2004: Информационная технология. Словарь. Часть 23.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Формат кинематографа — Формат кинематографа  совокупность технических характеристик, заложенных в оборудование для производства и демонстрации кинофильма, определяющие тип применяемого носителя, соотношение сторон изображения на экране и его фотографическое… …   Википедия

Цифровой сигнал — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 мая 2017; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 мая 2017; проверки требуют 5 правок. Аналоговый (слева сверху), Цифровой (Слева снизу) и Дискретные сигналы (справа сверху и снизу)

Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений. В наше время наиболее распространены двоичные цифровые сигналы (битовый поток) в связи с простотой кодирования и используемостью в двоичной электронике. Для передачи цифрового сигнала по аналоговым каналам (например, электрическим или радиоканалам) используются различные виды манипуляции (модуляции).

Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к полной регенерации в ретрансляторе (до некоторого порогового отношения сигнал/шум). Когда в ретранслятор приходит сигнал с небольшими помехами, он преобразуется в цифровую форму, и ретранслятор заново формирует сигнал, полностью убирая искажения. Аналоговый же сигнал удаётся усилить лишь вместе с наложившимися на него шумами.

С другой стороны, если цифровой сигнал приходит с большими помехами, восстановить его невозможно (эффект крутой скалы (англ.)), в то время как из искаженного аналогового сигнала можно извлечь часть информации, хотя и с трудом. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами.

Выход из данной ситуации — чаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в разрыв линии связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции, что достигается более частым расположением базовых станций на местности).

Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.