Mídias Contínuas. Mídias Contínuas

Mídias Contínuas Processamento da Informação Digital Mídias Contínuas Mídias Contínuas (dinâmicas ou dependentes do tempo) Digitalização de Sinais Áudio Vídeo 1

Digitalização de Sinais Codificadores de Sinais A conversão de um sinal analógico em digital é realizado por um circuito eletrônico chamado Codificador de Sinal. Composto de dois circuitos principais Filtro Limitador de Banda Conversor Analógico Digital 2

Exemplo A - Sinal Original B - Saída do Filtro C - Relógio de Amostragem D - Amplitude das Amostras E - Valor binário da amostra depois da quantização Decodificadores Digitais É um circuito eletrônico que serve para converter um sinal digital de volta para sua forma analógica. Um alto-falante, por exemplo, é um dispositivo analógico, logo um computador, que é um dispositivo digital, precisa usar um decodificador digital para emitir som através de um alto-falante. Composto por um Conversor Digital/Analógico (DAC) e um filtro passa baixa. 3

Decodificadores Digitais Decodificadores Digitais 4

Decodificadores Digitais Normalmente o filtro passa baixa filtra as mesmas frequências do filtro de limitação de banda do codificador digital Como a maioria das aplicações multimídia implementa comunicação bidirecional, usualmente os codificadores digitais e decodificadores analógicos são construídos em um dispositivo único chamado codificador/decodificador de áudio/vídeo, ou simplesmente codec de áudio/vídeo. O Vídeo Definição - conjunto de imagens, por exemplo, bitmap (frames) passadas em seqüência a determinada velocidade, para nos transmitir a idéia de movimento. O número de imagens que são passadas em cada segundo designa-se, vulgarmente, por taxa de frames ou número de frames por segundo (nfs). 5

Número de frames/s O Vídeo Cinema: 24 frames/s Vídeo: Sistema Eletrônico (PAL, SECAM, utilizado em países da Europa): 25 frames/s Vídeo: Sistema Eletrônico NTSC (utilizado na América): 30 frames/s O Vídeo O vídeo tem a capacidade de comunicar a maior quantidade de informação, no menor espaço de tempo e com o maior impacto. O vídeo confere aos documentos a noção de tempo. Está provado que colocar movimento numa apresentação pode: manter o interesse e a atenção da audiência; comunicar conceitos e idéias abstratas; estimular respostas emocionais. 6

O Vídeo Desvantagens: Complexidade Consome quantidade elevada de memória Ex: uma seqüência de vídeo de 30 segundos sem compressão, transmitida a 30 fps e com imagens de 640x480 pixels (cada um codificado com 24 bits), atinge cerca de 1 Gb de informação. Vídeo em um Produto Multimídia: observar a relação custo x benefício. O Vídeo Formas de captura Para formato analógico Para formato digital Parâmetros importantes (captura) Taxa de transferência de dados do suporte de armazenamento; Tamanho da janela; Taxa de frames; Qualidade da imagem (paleta de cores). 7

O Vídeo Taxa de transferência de dados do suporte de armazenamento Suportes mais rápidos são:discos rígidos, DVD s e CD-ROM s Mas não oferecem a taxa de transferência desejável, ou seja, os 30 Mb/s necessários ao processamento de um segundo de vídeo digital não comprimido. O Vídeo Tamanho da janela - Quanto menor for a janela mais rapidamente a informação poderá ser processada. Valores comuns: 640x480 pixels 320x240 pixels 240x180 pixels (solução mais utilizada); 160x120 pixels 8

O Vídeo Taxa de Frames - número de imagens que passadas em cada segundo. Este valor pode ser de: 30 fps (também designado por FULL MOTION); 25 fps; 15 fps; 12 fps. Abaixo das 10 fps perde-se totalmente a noção de movimento. O melhor será entre 16 e 24. O Vídeo Qualidade da imagem (paleta de cores) - tem a ver com a quantidade de informação que será captada por cada frame. Variação: Baixa qualidade: 8 bits - apenas 25% do total da informação da imagem é armazenada; Alta qualidade: 32 bits - a informação sobre a imagem é armazenada a 100%. Uma solução poderá ser 50-75% para a qualidade da imagem (ou seja, paleta de 16 ou 24 bits). 9

Sistemas de vídeo: O Vídeo sistemas de televisão; sistemas de gravação e reprodução de vídeo - Vários sistemas atuais são ainda analógicos, na maior parte. tecnologia digital avança rapidamente: MPEG, DVD, HDTV, videoconferência. O Vídeo Sistemas de televisão: as características do sinal de vídeo são determinadas pelos padrões de televisão; principais padrões existentes: televisão em preto-e-branco; televisão colorida; televisão de alta definição - HDTV. 10

Sistemas analógicos de vídeo Televisão em preto-e-branco (padrão americano e brasileiro): freqüência vertical de 30 quadros por segundo; varredura entrelaçada (60 campos por segundo); 525 linhas por quadro, das quais aproximadamente 480 visíveis. Sistemas analógicos de vídeo Níveis de sistema de vídeo: consumidor - equipamentos domésticos; industrial - produtoras de vídeo e de multimídia; difusão - emissoras de TV; HDTV - alta definição. 11

O Vídeo Formatos mais populares: AVI (Audio-Video Interleaved) - desenvolvido pela Microsoft para ambiente Windows; MOV (QuickTime Movie Format) - desenvolvido pela Apple para ambiente Macintosh. MPEG (Moving Picture Experts Group). O Vídeo Formato AVI: Similar ao MOV, este formato combina a produção e reprodução de áudio e vídeo simultaneamente. Este formato pode ser convertido para MOV. Suporta vários tipos de compressão. 12

Formato MOV: O Vídeo MOV - é um formato de arquivo padronizado para produção e reprodução que permite que o vídeo e o áudio sejam capturados e combinados num arquivo único, para uma determinada máquina, e reproduzidos em conjunto em qualquer outra máquina que utilize o QuickTime; Suporta vários tipos de compressão. Formato MPEG: O Vídeo A maior vantagem do MPEG em relação a outros formatos para a codificação de vídeo e áudio: os arquivos MPEG são bem menores para a mesma qualidade. Utiliza técnicas de compressão muito sofisticadas atingindo taxas na ordem dos 200:1 com imagens e sons de qualidade extremamente alta. 13

O Vídeo Compressão: os algoritmos de compressão são absolutamente indispensáveis no caso do vídeo, por duas razões: 1. para que não ultrapassem a taxa de transferência de dados permitida pelo suporte em que estão armazenados (se isso acontecer não são reproduzidos de forma regular mas aos pulos ); 2. para ocuparem menos espaço pois, sem compressão, os valores são assustadores: 1 segundo de vídeo a 30 fps pode ocupar 30 Mb; 1 minuto de vídeo a 30 fps pode ocupar 1,8 Gb. O processo de compressão de vídeo é o mais complexo de todos, existindo dezenas de algoritmos de compressão diferentes. Codificação/Compressão de Vídeo Motion-JPEG O codec não normalizado mais simples. Usa o norma JPEG para imagens fixas para cada quadro individualmente. O desempenho de codificação não é muito bom Usado por muitas das primeiras aplicações de vídeo. 14

Codificação/Compressão de Vídeo Padrão MPEG MPEG-1 Qualidade de VHS Habilitado para Vídeo CD Habilitado para CD-ROM Originalmente 352x240, 30fps MPEG-2 Qualidade de DVD Habilitado para TV Digital set-top boxes Habilitado para Digital Versatile Disk (DVD) DVD - 720x480 30 fps e também possibilita 1280x720, 60fps Codificação/Compressão de Vídeo Padrão MPEG MPEG-4 Aprovado em novembro de 1998 Qualidade em evolução Baseado no formato de arquivo QuickTime Envio escalonável de telefones celulares a televisões via satélite 15

Codificação/Compressão de Vídeo Padrão MPEG O que é H.264? Tecnologia da próxima geração de compressão de vídeo no padrão MPEG-4, conhecido como MPEG-10 Parte 10. O H.264 pode unir a melhor qualidade possível do MPEG-2 com até metade da taxa de transmissão de dados. Objetiva fazer o que os outros padrões faziam mas de forma mais eficiente, robusta e prática Suporta as aplicações mais comuns do mercado: broadcast, armazenamento e streaming. Permite a utilização de metadados para descrição e busca de vídeos Codificação/Compressão de Vídeo É importante lembrar: um sistema para compressão de vídeo objetiva reduzir a taxa de transmissão e opera removendo a redundância e/ou informações de menor importância do sinal antes da transmissão. 16

Codificação/Compressão de Vídeo Divx O método de compactação DIVX funciona tornando repetitivas as imagens que não se modificam no decorrer dos frames (quadros) que formam o vídeo. Simplificando: tomando-se uma cena onde a câmera é estática e fundo não se modifica, o codec DIVX grava um único frame dessa imagem e repete-o até a imagem sofrer alguma alteração. Na mesma cena, caso haja uma pessoa andando, somente os pixels em que sua imagem se sobrepõe são modificados. O resto da cena pode ser considerado, grosseiramente, como uma foto estática ao fundo do vídeo. Desta forma, são guardados muito menos dados pelo vídeo compactado, resultando um arquivo de tamanho reduzido com uma perda de qualidade pequena. Aúdio Som Efeito audível produzido por movimentos de corpos vibratórios. Audição Resultado da percepção de flutuações periódicas da pressão em um meio (normalmente o ar). 17

Propriedades Físicas do Som As vibrações sonoras: propagam-se como ondas de pressão atmosférica; convertidas em sinais elétricos por transdutores; transdutores - elétrico para acústico altofalantes; transdutores - acústico para elétrico microfones. Propriedades Físicas do Som Representação analógica do som: propagada como sinais elétricos; armazenada como sinais magnéticos; sujeita à contaminação por ruído em todas as transformações. 18

Propriedades Físicas do Som Qualidade do Som Muito baixo Baixo Moderado Alto Muito alto Ensurdecedor Decibéis Potência de sons típicos. 0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 Tipo de Ruído farfalhar das folhas conversação silenciosa conversação normal ruído médio de fábrica ou trânsito apito de guarda e ruído de caminhão ruído de discoteca e de avião decolando Representação Digital do Som Representação digital do som: amostras de som - unidades mínimas; arquivos de áudio - seqüências de amostras de som; sistemas digitais de som - computador, telefonia digital, CD, etc. 19

Representação Digital do Som Digitalização do Som Representação Digital do Som Processo de Digitalização do som 20

Representação Digital do Som O processo de digitalização do som: filtragem - limitação da faixa de freqüências; amostragem - conversão do sinal analógico em seqüência de pulsos; quantização - conversão dos pulsos em números binários via conversores A/D; gravação dos arquivos de áudio. Representação Digital do Som Amostragem: 1,500 1,000 0,500 0,000-0,500 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31-1,000-1,500 Tempo 21

Representação Digital do Som Quantização: 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Tempo Amostrado Quantizado Representação Digital do Som Exemplo de Quantização 8 bits 7 bits 3 bits 2 bits 1 0-1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 0-1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 0-1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 0-1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 22

Representação Digital do Som O processo de reconstrução do som digital: leitura dos arquivos de áudio; conversão digital-analógica via conversores D/A; filtragem de saída para corrigir imperfeições; envio do sinal analógico resultante para amplificadores. Formatos de Áudio Tipos básicos de formatos de arquivo: Os parâmetros de dados de áudio e codificação são feitos explicitamente em alguma forma de cabeçalho; Os parâmetros de dados de áudio e codificação são fixos. 23

Formatos de Áudio Não comprimidos Amostragem quantização codificação PCM (Pulse Code Modulation). PCM - Padrão básico para conversão de sinais analógicos para armazenamento ou transmissão em dispositivos digitais. Esta codificação é feita sem uso de algoritmos de compressão. A maior parte dos formatos de arquivos não comprimidos é própria de sistemas operacionais específicos. PCM 24

Formatos de Áudio Exemplos: Waveform Audio Formato de áudio digital do Windows. Desenvolvido pela IBM para o Windows 95. Os arquivos neste formato utilizam a extensão wav. RIFF Waveform Format Formato de som Wave da Microsoft Windows. Usado para o sistema de som Windows. Arquivos Waveform RIFF têm extensão WAV. Formatos de Áudio Audio Interchange File Format (AIFF) Formato de áudio utilizado pela Apple. A extensão destes arquivos pode ser aiff ou aif. Formato de voz Creative Formato de som da Sound Blaster. Tem a extensão VOC. Formato de Amostra de 8 bits crus (RAW) o formato do som não contém codificação ou compressão. 25

Formatos de Áudio O Audio Formato de áudio digital utilizado pela Sun e pelo sistema operacional Unix. A extensão destes arquivos é au. O Sound formato semelhante ao formato au. utilizado inicialmente pela Apple. A extensão destes arquivos é snd. Formatos de Áudio O Musical Instrument Digital Interface Um padrão que permite conectar sintetizadores, teclados eletrônicos e outros instrumentos eletrônicos ao computador. Os arquivos midi não são exatamente um formato de arquivo de áudio, mas, por armazenarem notas musicais, encontram-se dentro desta categoria e têm a extensão mid ou midi. O Compact Disc Digital Audio Formato usado para codificar música em discos comerciais. Este formato não é usualmente armazenado diretamente nos computadores. A extensão destes arquivos é cda. 26

Compressão de Áudio Diferente de imagens ou vídeo, existe pouca relação entre amostras vizinhas ou quadros consecutivos para o áudio. Os níveis de compressão práticos são limitados para muito menos de 10:1 (compressão de vídeo de 25:1 pode ser produzida). Compressão de Áudio Os algoritmos de compressão funcionam de forma similar à compressão de imagens. Arquivos comprimidos ocupam menos espaço que os arquivos iniciais e resultam da eliminação de informação redundante e outras informações de áudio com pouca influência na qualidade do mesmo. 27

Compressão de Áudio Formas de compressão de um arquivo de áudio: Com perdas de informação; Sem perdas de informação. Formatos de compressão com perdas Os mais populares provêm da família dos Motion Picture Experts Group (MPEG). MPEG - refere-se a uma família de padrões para áudio e vídeo que inclui o MPEG-1, MPEG-2, MPEG-1 Layer 3 (MP3) e o MPEG-4. MPEG-1 MPEG-2 MPEG-1 Layer 3 (MP3) MPEG Layer 3 (MP3) MPEG 4 Audio AAC Compressão de Áudio Formato Descrição Padrão para vídeo e CD-ROM Padrão para DVD e TV digital Os arquivos apresentam tamanhos pequenos e com um som de qualidade. A sua característica principal é a sua universalidade. Formato muito utilizado nas transmissões de música pela Internet. O seu processo de compactação funciona através da eliminação de frequências sonoras não audíveis pelo ouvido humano. Transforma arquivos com 40MB de tamanho em 4MB, mantendo uma qualidade razoável. O MPEG-4 é o padrão que permite introduzir áudio e vídeo na Internet, em dispositivos móveis, em jogos e em aparelhos sem fios,... 28

Compressão de Áudio Outros formatos de compressão com perdas: QuickTime Audio é essencialmente a tecnologia MPEG-4, suportando áudio, vídeo e o formato MP3. A extensão dos arquivos é qt ou mov. Windows Media Audio é um formato de áudio digital da Microsoft, desenvolvido como um formato alternativo ao MP3. A extensão de arquivos é wma. Compressão de Áudio Formatos de compressão sem perdas Windows Media Audio Lossless formato da Microsoft, disponível nas versões 9 e 10 do Windows Media Player. Usa a mesma extensão do formato wma. O Apple Lossless Audio Codec Formato disponível para ser usado com o itunes e o ipod da Apple. A extensão dos arquivos é m4a. 29