ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.12.2020
Просмотров: 1682
Скачиваний: 1
362
ван
программно
или
выполнен
в
виде
специализированного
уст
-
ройства
,
возможно
совмещенного
с
АЦП
и
ЦАП
.
Сжатый
до
при
-
емлемого
битрейта
поток
далее
разбивается
на
пакеты
,
которые
обычным
порядком
передаются
по
сети
передачи
данных
получа
-
телю
,
где
происходит
его
декомпрессия
и
выходное
цифро
-
анало
-
говое
преобразование
.
Разработка
быстрых
и
эффективных
алгоритмов
сжатия
(
комп
-
рессии
)
данных
является
одним
из
важных
направлений
информа
-
тики
,
требующих
глубоких
теоретических
исследований
.
Сжатие
бывает
без
потерь
и
с
потерями
(lossy compression)
.
Сжатие
без
потерь
основано
на
формальных
методах
экономного
кодирования
,
основополагающая
идея
которых
была
предложена
еще
Клодом
Шенноном
.
Ее
суть
очень
проста
:
в
исходном
потоке
нужно
найти
часто
повторяющиеся
последовательности
символов
и
преобразовать
их
в
короткие
кодовые
комбинации
.
Классические
алгоритмы
такого
кодирования
(
например
,
коды
Шеннона
-
Фэно
и
Хаффмана
)
и
их
математическое
обоснование
изучаются
в
курсах
теоретической
информатики
.
Сжатие
с
потерями
требует
глубокого
проникновения
в
те
об
-
ласти
знаний
,
которые
исследуют
восприятие
человеком
соответ
-
ствующих
сообщений
,
то
есть
в
психофизиологию
слуха
и
зрения
.
Задача
состоит
в
том
,
чтобы
ценой
незначительных
потерь
субъек
-
тивно
воспринимаемого
качества
звука
или
изображения
добиться
существенного
снижения
объема
передаваемых
данных
.
Например
,
фундаментальные
теоретические
исследования
в
области
психо
-
акустики
позволили
установить
,
что
громкие
звуки
на
некоторой
частоте
делают
ухо
на
некоторое
время
невосприимчивым
к
близко
Сеть
пакетной
коммутации
Кодек
Источник
звука
Приемник
звука
АЦП
Кодек
ЦАП
Схема
передачи
звуковых
сообщений
в
компьютерной
сети
363
лежащим
частотам
,
поэтому
последние
можно
без
существенного
ущерба
для
восприятия
исключить
из
звукового
сигнала
.
На
этом
принципе
разработано
много
алгоритмов
аудиосжатия
,
в
частно
-
сти
,
немецкие
специалисты
из
Фраунгоферовского
института
(Fraunhofer Institute for Integrated Circuits)
предложили
эффектив
-
ный
алгоритм
Audio MPEG Layer 3,
известный
под
сокращением
MP3.
Он
обеспечивает
10-12
кратное
сжатие
аудиоданных
при
хо
-
рошем
качестве
звучания
музыкальных
программ
.
Формат
MP3
про
-
извел
переворот
в
мире
музыки
,
в
этом
формате
продаются
записи
на
компакт
-
дисках
,
транслируются
радиопрограммы
,
кодируется
звуковое
сопровождение
к
видеосюжетам
.
Еще
более
сложные
и
изощренные
алгоритмы
сжатия
изобре
-
таются
для
передачи
изображений
.
Работы
в
этом
направлении
на
-
чались
достаточно
давно
.
В
1988
году
две
самые
влиятельные
меж
-
дународные
организации
по
стандартизации
: International Standard
Organization (ISO)
и
International Telecommunication Union (ITU),
в
составе
которой
работает
неоднократно
упоминавшийся
МККТТ
,
образовали
объединенную
рабочую
группу
экспертов
в
области
фо
-
тографии
JPEG – Joint Photographic Experts Group,
которая
разрабо
-
тала
одноименный
алгоритм
сжатия
с
потерями
неподвижных
реа
-
листичных
изображений
,
обеспечивающий
компрессию
в
5-15
раз
.
В
настоящее
время
этот
формат
является
одним
из
наиболее
попу
-
лярных
в
интернете
,
в
нем
закодированы
многочисленные
фотоар
-
хивы
.
Специально
для
разработки
методов
сжатия
движущихся
изоб
-
ражений
была
создана
рабочая
группа
MPEG – Motion Picture Expert
Group,
результатом
работы
которой
стали
несколько
форматов
сжа
-
тых
видеопотоков
.
Эта
группа
использовала
принципы
JPEG
в
час
-
ти
представления
одного
неподвижного
кадра
и
дополнила
их
мно
-
жеством
новых
идей
,
касающихся
сжатия
последовательности
кад
-
ров
.
Скажем
,
зачем
каждый
раз
передавать
изображение
на
заднем
плане
,
если
оно
от
кадра
к
кадру
остается
неизменным
,
а
действие
происходит
только
на
переднем
плане
?
Формат
MPEG-1
был
разработан
в
1992
г
.,
он
предназначал
-
ся
для
передачи
изображений
относительно
невысокого
качества
,
364
такого
,
как
у
домашнего
видеомагнитофона
.
Формат
MPEG-2
предназначен
для
обработки
видеоизображения
,
соизмеримого
по
качеству
с
профессиональным
телевизионным
.
В
настоящее
время
эту
технологию
использует
цифровое
телевидение
;
сиг
-
нал
,
сжатый
в
соответствии
со
стандартом
MPEG-2,
транслиру
-
ется
через
спутники
.
Наиболее
совершенным
и
универсальным
является
формат
MPEG-4,
первая
версия
которого
принята
в
1999
году
.
Формат
воб
-
рал
в
себя
все
лучшее
,
что
было
создано
за
последние
10
лет
в
обла
-
сти
мультимедиа
.
Он
не
только
позволяет
в
сотни
раз
сжимать
ре
-
альные
видеопотоки
,
но
,
по
замыслу
разработчиков
,
должен
предо
-
ставлять
разнообразные
инструменты
и
алгоритмы
для
работы
с
виртуальными
объектами
,
сгенерированными
средствами
компью
-
терной
графики
.
Подобные
объекты
позволяют
значительно
сокра
-
тить
объем
передаваемых
данных
,
так
как
для
их
анимации
бывает
достаточно
передать
всего
несколько
параметров
–
все
остальное
будет
сделано
в
декодере
.
Например
,
среди
синтетических
объектов
виртуальной
реаль
-
ности
выделены
в
отдельный
класс
анимированные
человеческие
лица
и
фигуры
.
В
MPEG-4
определены
наборы
управляющих
пара
-
метров
для
задания
особенностей
лица
,
его
анимации
и
интерполя
-
ции
.
Лицо
может
быть
сгенерировано
в
декодере
на
базе
имеющей
-
ся
в
нем
обобщенной
модели
,
а
затем
индивидуализировано
на
ос
-
нове
конкретных
измерений
,
полученных
,
например
,
с
помощью
трехмерного
сканера
.
Более
того
,
на
построенную
трехмерную
мо
-
дель
можно
«
натянуть
»
фотографию
конкретного
человека
,
а
затем
заставить
его
произносить
нужный
текст
.
Средства
синтеза
речи
на
базе
текстов
,
предусмотренные
в
MPEG-4,
не
только
генериру
-
ют
необходимые
фонемы
,
но
могут
также
создавать
поток
данных
для
соответствующей
анимации
модели
лица
говорящего
.
Таким
образом
можно
построить
виртуального
диктора
или
изображение
удаленного
абонента
при
разговоре
в
chat.
В
части
генерирования
музыки
стандарт
MPEG-4
также
пред
-
лагает
много
нового
по
сравнению
с
сегодняшним
MIDI:
с
помо
-
щью
специальных
языков
можно
описать
виртуальный
оркестр
,
365
размещать
инструменты
в
пространстве
,
передвигать
их
во
время
исполнения
произведения
и
т
.
д
.
В
целом
стандарт
MPEG-4
является
революционным
,
его
дета
-
ли
продолжают
уточняться
,
а
реализация
в
программных
и
аппа
-
ратных
кодеках
различных
производителей
осуществлена
лишь
ча
-
стично
.
Опережая
современный
уровень
техники
,
он
определяет
пути
развития
мультимедиа
на
ближайшие
годы
.
К
современным
сетевым
мультимедиа
-
услугам
относятся
:
•
компьютерная
телефония
,
•
потоковое
радиовещание
,
•
видеоконференции
,
•
потоковое
видео
.
Компьютерная
телефония
(IP-
телефония
)
.
Как
мы
знаем
,
для
передачи
речи
в
принципе
требуется
пропускная
способность
64
кбит
/
с
,
однако
,
используя
технологии
сжатия
,
можно
уменьшить
битрейт
до
8-16
кбит
/
с
.
Эти
цифры
делают
экономически
целесо
-
образным
передавать
телефонные
сообщения
не
по
обычным
меж
-
дугородным
и
международным
телефонным
каналам
,
а
в
потоке
пакетов
по
IP-
протоколу
.
Таким
образом
,
если
оборудовать
свой
ком
-
пьютер
микрофоном
и
наушниками
,
можно
пообщаться
с
анало
-
гичным
абонентом
в
другой
стране
по
цене
,
которую
нужно
запла
-
тить
за
пользование
каналом
интернета
без
учета
дальности
або
-
нента
.
Однако
при
этом
весьма
критичным
является
время
задерж
-
ки
пакетов
,
которое
в
обычных
условиях
может
оказаться
недопус
-
тимо
большим
(
более
0,1
с
).
В
таком
простейшем
варианте
интернет
-
телефония
как
вид
биз
-
неса
бесперспективна
:
вряд
ли
найдется
много
желающих
звонить
,
сидя
у
компьютера
с
микрофоном
и
наушниками
;
проще
восполь
-
зоваться
междугородным
телефоном
.
Коммерческая
услуга
предо
-
ставляется
по
другой
схеме
.
Вызывающий
абонент
с
обычного
те
-
лефона
звонит
в
центр
IP-
телефонии
своего
города
,
где
находится
оборудование
,
преобразующее
звуковой
сигнал
в
поток
пакетов
,
а
также
шлюз
в
магистральную
сеть
,
гарантирующую
приемлемое
время
задержки
пакетов
(
например
, ATM).
Аналогичный
центр
ус
-
366
траивается
на
другом
конце
магистрали
,
в
городе
назначения
,
где
поток
пакетов
обратно
преобразуется
в
звуковой
сигнал
,
отправля
-
емый
по
телефонной
сети
общего
пользования
вызываемому
або
-
ненту
.
С
учетом
всех
затрат
тарифы
на
междугородные
и
междуна
-
родные
звонки
у
провайдеров
IP-
телефонии
оказываются
на
40-50%
ниже
,
чем
у
традиционных
операторов
связи
.
Интернет
-
радиовещание
.
Близким
родственником
IP-
телефо
-
нии
является
интернет
-
радиовещание
.
Принцип
действия
его
тот
же
самый
:
звуковой
сигнал
у
источника
преобразуется
в
непрерыв
-
ный
поток
битов
,
который
сжимается
до
приемлемого
битрейта
и
передается
сетевыми
транспортными
средствами
получателю
,
где
он
с
помощью
кодека
и
звуковой
карты
снова
превращается
в
звук
.
Для
радиовещательных
компаний
открывается
уникальная
возмож
-
ность
,
не
увеличивая
мощности
своих
передатчиков
,
распростра
-
нить
сигнал
по
всему
свету
,
а
для
пользователей
,
имеющих
выход
в
интернет
,
появляется
возможность
выбрать
любую
из
сотен
и
ты
-
сяч
интернет
-
радиостанций
,
а
не
только
ту
,
которую
можно
пой
-
мать
с
помощью
обычного
радиоприемника
.
Однако
практическая
реализация
этой
идеи
наталкивается
на
ряд
трудностей
.
Дело
в
том
,
что
скорость
передачи
данных
,
которая
требуется
для
качествен
-
ного
воспроизведения
музыкальных
программ
,
значительно
боль
-
ше
,
чем
для
телефонии
.
Как
мы
уже
отмечали
,
высокая
верность
воспроизведения
,
сравнимая
с
качеством
компакт
-
диска
,
достижи
-
ма
при
битрейте
не
менее
128
кбит
/
с
,
а
для
большинства
абонен
-
тов
,
подключенных
к
Сети
через
обычный
модем
такая
скорость
невозможна
.
В
связи
с
этим
для
сетевого
вещания
разработаны
спе
-
циальные
протоколы
прикладного
уровня
,
которые
позволяют
ав
-
томатически
подстраивать
битрейт
под
фактическую
пропускную
способность
канала
связи
.
То
есть
,
установив
на
компьютере
кли
-
ентскую
программу
сетевого
вещания
и
подключившись
к
серверу
сетевой
радиостанции
,
абонент
в
любом
случае
ее
услышит
,
одна
-
ко
качество
трансляции
будет
на
его
совести
.
Видеоконференции
и
потоковое
видео
.
Организация
видео
-
конференций
между
двумя
абонентами
в
интернете
в
принципе
не
отличается
от
компьютерной
телефонии
,
только
дополнительно
к