вторник, 31 марта 2009 г.

История развития телевидения


История развития телевидения
Мысль о видении на расстоянии возникла у человечества еще в глубокой древности. Примером тому могут служить кипящие чаны жрецов и магов, хрустальные шары колдунов и предсказателей, волшебная тарелка с вращающимся яблоком и многие другие сказочно-мифические изобретения. Упоминания о передачи изображения и звука на расстоянии можно встретить в легендах, мифах, преданиях и сказках у самых различных народов мира. Однако, свое воплощение в реальность подобные представления получили лишь спустя множество лет, когда уровень научно-технического прогресса достиг необходимо высокого уровня.


Первые телевизоры, пригодные для массового производства появились в конце 30-х годов прошлого столетия. Однако этому предшествовало несколько десятилетий упорных исследований и множества гениальных открытий.


С чего все начиналось


Old TV

Впервые влияние света на электричество (это явление называется фотоэффект – вырывание электронов из вещества, при воздействии на него светом) обнаружил немецкий физик Генрих Герц в 1887 году. Он подробно описал свои наблюдения, но объяснить это явление так и не сумел. В феврале 1888, русский ученый Александр Столетов провел опыт наглядно демонстрирующий влияние света на электричество. Столетову удалось выявить несколько закономерностей этого явления. Им же был и разработан прообраз современных фотоэлементов, так называемый «электрический глаз». Позднее, подобными исследованиями занималось и множество других великих ученых, в том числе Ф. Ленард, Дж. Томпсон, О. Ричардсон, К. Комптон, Р. Милликен, Ф. Иоффе, П. Лукирский и С. Прилежаев. Но полностью объяснить природу фотоэффекта смог лишь Альберт Эйнштейн в 1905 году.

Параллельно этим исследованиям происходило и множество других, сыгравших в итоге не менее важную роль в истории создания телевизоров. К примеру в 1879 году английским физиком Уильямом Круксом были открыты вещества способные светится при воздействии на них катодными лучами – люминофоры. Позднее было установлено, что яркость свечения люминофоров напрямую зависит от силы их облучения. В 1887 году первую версию катодо-лучевой трубки (кинескопа) представляет немецкий физик Карл Браун.

Old TV

К концу 19-века сама идея телевидения не кажется уже чем-то абсурдным и фантастическим. Никто из учены
х уже не сомневается в возможности передачи изображений на расстояния. Один за другим выдвигаются проекты телевизионных систем, по большей части неосуществимые с точки зрения физики. Главные же принципы работы телевидения были созданы французским ученым Морисом Лебланом. Независимо от него, подобные труды создает и американский ученый Е. Сойер. Они описали принцип, согласно которому для передачи изображения требуется его быстрое покадровое сканирование, с дальнейшим превращением его в электрический сигнал. Ну а так как радио тогда уже существовало и успешно использовалось, то вопрос с передачей электрического сигнала решился сам собой.

В 1907 году Борису Розингу удалось теоретически обосновать возможность получения изображения посредством электронно-лучевой трубки, разработанной ранее немецким физиком К. Брауном. Розингу так же удалось осуществить это на практике. И хотя удалось получить изображение в виде одной единственной неподвижной точки, это был огромный шаг вперед. В целом, в деле развития электронных телевизионных систем, Розинг сыграл огромную роль.

В 1933 году, в США, русский эмигрант Владимир Зворыкин продемонстрировал иконоскоп – передающую электронную трубку. Принято считать, что именно В. Зворыкин является отцом электронного телевидения.

Приблизительно в то же время, независимо от Зворыкина, передающую трубку создает и советский ученый С. Катаев.

Механические телевизоры. Диск Нипкова

Первое устройство механического сканирования разработал в 1884 году немецкий инженер Пауль Нипков. Это устройство лишний раз подтвердило справедливость высказывания относительно простоты всего гениального. Его устройство являло собой вращающийся непрозрачный диск, диаметром до 50 см, с нанесенными по спирали Архимеда отверстиями – так называемый диск Нипкова (иногда в литературе приспособление Нипкова называют «электрическим телескопом»). Таким образом происходило сканирование изображения световым лучем, с последующей передачей сигнала на специальный преобразователь. Для сканирования же хватало одного (!) фотоэлемента. Количество же отверстий иногда доходило до 200 (обычно же от 30 до 100). В телевизоре процесс повторялся в обратном порядке - для получения изображения опять таки использовался вращающийся диск с отверстиями, за которым находилась неоновая лампа. При помощи столь нехитрой системы и проецировалось изображение. Так же построчно, но с достаточной скоростью, для того чтобы человеческий глаз видел уже целую картинку. Таким образом, первыми начали создаваться именно проекционные телевизоры. Качество картинки оставляло желать лучшего – лишь силуэты, да игра теней, но тем не менее, различить что именно показывают было возможно. Диск Нипкова был основным компонентов практически всех механических систем телевизоров, до их полного вымирания как вида.

Телевидение уходит в массы

В 1925 году шведскому инженеру Джону Бэрду удалось впервые добиться передачи распознаваемых человеческих лиц. Опять таки с использованием диска Нипкова. Несколько позже, им же была разработана и первая телесистема, способная передавать движущиеся изображения.

Первый же электронный телевизор, пригодный для практического применения был разработан в американской научно-исследовательской лаборатории RCA, возглавляемой Зворыкиным, в конце 1936 года. Несколько позже, в 1939 году, RCA представила и первый телевизор, разработанный специально для массового производства. Эта модель получила название RCS TT-5. Она представляла из себя массивный деревянный ящик, оснащенный экраном с диагональю в 5 дюймов.

Первое время развитие телевидения шло в двух направлениях – электронном и механическом (иногда механическое телевидение называют еще и «малострочным телевидением»). Причем развитие механических систем происходило практически до конца 40-х годов 20-го века, прежде чем было полностью вытеснено электронными устройствами. На территории СССР, механические телесистемы продержались несколько дольше.

У нас

Параллельно разработка телевизоров происходила и на территории Советского Союза. Первая опытный сеанс телевещания состоялся 29 апреля 1931 года. С 1 октября того же года телепередачи стали регулярными. Так как телевизоров еще не у кого не было, проводились коллективные просмотры, с специально отведенных для этого местах. Многие советские радиолюбители начинают собирать механические модели телевизоров своими руками (немного подробнее об этом можно узнать в статье «Самодельный телевизор»).

В 1932 году, при разработке плана на вторую пятилетку, телевидению было уделено много внимания. 15 ноября 1934 года впервые состоялась трансляция телевизионной передачи со звуком. Довольно длительное время существовал лишь один канал – Первый канал. На время Великой Отечественной Войны транслирование было прервано, и восстановлено лишь после ее окончания. А в 1960 году появился и Второй канал.

Первый советский телевизор выпущенный промышленностью назывался Б-2. Эта механическая модель появилась в апреле 32 года. Первый же электронный телевизор был создан гораздо позже - в 1949 году. Это был легендарный КВН 49. Телевизор был оснащен столь маленьким экраном, что для более-менее комфортного просмотра перед ним устанавливалась специальная линза, которую нужно было наполнять дистиллированной водой. В дальнейшем появилось и множество других, более совершенных моделей. Впрочем, качество сборки и надежность советских телевизоров (даже самых поздних моделей) были настолько низкими, что стали притчей во языцех. Производство же цветных телевизоров, в СССР началось лишь в средине 1967 года.

Цветное телевидение

Хотя систему цветного телевидения разработал еще Зворыкин в 1928 году, лишь к 1950 году стало возможна ее реализация. Да и то лишь в качестве эксперементальных разработок. Прошло много лет, прежде чем эта технология стала общедоступной повсеместно.

Первый, пригодный к продаже цветной телевизор создала в 1954 году все та же RCA. Эта модель была оснащена 15 дюймовым экраном. Несколько позже были разработаны модели с диагоналями 19 и 21 дюйм. Стоили такие системы дороже тысячи долларов США, а следовательно, были доступны далеко не всем. Впрочем, при желании, была возможность приобрести эту технику в кредит. Из-за сложностей с повсеместной организацией цветного телевещания, цветные модели телевизоров не могли быстро вытеснить черно-белые, и долгое время оба типа производились параллельно. Единые стандарты (PAL и SECAM) появились и начали внедрятся в 1967 году.

Развитие телевидения

Стремительное развитие телевидения во второй половине 20-го века привело к тому, что уже выросло несколько поколений, не представляющих себе жизни без телевизора. Качество вещания значительно возросло и стало цифровым. Сами телевизоры уже перестали восприниматься как «ящики», ибо появились плоские LCD и плазменные модели. Размеры экрана перестали измеряться парой десятков сантиметров. Телевидение стало нормой.

В начале радиолампы были вытеснены полупроводниками – первый телевизор на основе полупроводников был разработан в 1960 году фирмой Sony. В дальнейшем появились модели на основе микросхем. Теперь же существуют системы, когда вся электронная начинка телевизора заключена в одну единственную микросхему.

Но рассказывая про историю телевидения, нельзя не упомянуть и еще одно относительно простое, но очень важно изобретение. Первый пульт дистанционного управления был создан в 1950 году. Этот пульт подключался к телевизору посредством длинного провода. Несколькими годами позже Роберт Адлер предложил использовать для этой цели ультразвук. Предпринималось также попытки использования луча видимого света. Но в итоге остановились на инфракрасном излучении, которое и используется до сих пор.

Используемые интернет-ресурсы:
  1. http://www.rustrana.ru/article.php?nid=509
  2. http://www.podberi.tv/review/458
  3. http://www.mostv.su/istoria_tv.htm
  4. http://www.qrz.ru/articles/article75.html

вторник, 24 марта 2009 г.

вторник, 17 марта 2009 г.

Аудио и видео форматы

Аудио и видео форматы

Проблема "упаковки" видеопрограмм сопровождала все этапы развития цифровых систем передачи данных. Пропускная способность коммуникационных сетей, емкость цифровых носителей всегда отставали от желания, как самих вещателей, так и потребителей

Создание стандартов видео и аудио информации.

В 1998 г. группа специалистов международной организации по стандартизации (ISO) приступила к разработке международных стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоинформации.

В основу правил сжатия видеоданных была заложена идея поиска и устранения избыточной информации, не влияющей на конечное восприятие качества изображения. В первую очередь, был учтен "человеческий фактор" - психофизиологическая модель восприятия человеком видеоизображений (HVS - Human Visual Sense); в частности, тот факт, что градации яркости воспринимаются зрительным аппаратом человека значительно тоньше, чем градации цвета. Это означает, что цветовую информацию можно "загрубить" по сравнению с яркостной, при этом в субъективном восприятии качество изображения не ухудшится. То есть первоочередным направлением в построении алгоритмов всех стандартов MPEG становится отыскание и устранение информации, избыточной с точки зрения субъективного восприятия.


Аудиоформаты файлов

  • AA - закрытый формат для хранения аудиоданных, предложенный одноимённой компанией. Применяется, в основном, для записи аудиокниг, которые продаются через интернет-магазины Audible.com, iTunes Store.

    Преимущества:

  1. При прослушивании данных файлов есть возможность изменять скорость их воспроизведения, то есть земедлять или ускорять процесс прослушивания этих файлов.

  2. Есть возможность оставлять закладки при прослушивании файлов.

  3. Формат имеет средства защиты при доставке звуковых записей человеческой речи через сеть Интернет.

    Недостатки

  1. Закрытость формата

  2. Меньшая распространённость по сравнению в форматом .mp3

  • Dolby Digital (AC3) - система пространственного звуковоспроизведения, разработанная фирмой «Dolby Laboratories, Inc.» («Dolby Labs»), руководимой Реем Долби, пионером аудио- и видеопромышленности.

Современные системы Dolby Digital предоставляют шесть каналов объёмного цифрового звука. Левый, центральный и правый фронтальные каналы позволяют точно определить позицию источника звука на экране. Отдельные «разделённые» левый и правый задние боковые каналы усиливают ощущение присутствия, создавая объём. А дополнительный низкочастотный канал добавляет накал действию на экране.

В киноиндустрии звуковая дорожка Dolby Digital кодируется оптически прямо на киноленту в промежутках между перфорационными отверстиями. Размещение цифровой звуковой дорожки на том же носителе что и фильм позволяет ей сосуществовать вместе с аналоговой дорожкой без привлечения дополнительных носителей данных.

  • AAC - собственнический (патентованный) формат аудиофайла с меньшей потерей качества при кодировании, чем MP3 при одинаковых размерах. Формат также позволяет сжимать без потери качества исходника (профиль ALAC AAC).

Также AAC — это широкополосный алгоритм кодирования аудио, который использует два основных принципа кодирования для сильного уменьшения количества данных, требуемых для передачи высококачественного цифрового аудио. Данный формат является наиболее качественным сжатием с потерями, который поддерживает большинство современного оборудования, в том числе портативного.

На 2008 год распространён несколько меньше, чем MP3 и другие альтернативные решения.

AAC (Advanced Audio Coding) изначально создавался как преемник MP3 с улучшенным качеством кодирования. Формат AAC, официально известный как ISO/IEC 13818-7, вышел в свет в 1997 как новая, седьмая, часть семьи MPEG-2. Существует также формат AAC, известный как MPEG-4 Часть 3.

  • AIFF

  • APE

  • AUD

  • DMF

  • DTS - формат звука, созданный Digital Theater System, конкурирующий, но схожий с Dolby Digital. Формат DTS использует меньший уровень сжатия, чем Dolby, так что теоретически он звучит лучше, что доказывают на практике диски, на которых записаны дорожки и в DD, и в DTS. Формат DTS Stereo практически идентичен Dolby Surround. DTS поддерживает как 5.1-канальный, так и 7.1-канальный варианты звука. Также называется DTS Surround Sound.

DTS в домашних театрах допускает полный битрейт full bitrate (1,536 kbit/s) при этом эксперты отмечают большую прозрачность и естественность звука, чем у AC-3 (Dolby Digital).

DTS — алгоритм кодирования, изначально предназначенный исключительно для многоканального звука в формате 5.1. В отличие от Dolby Digital, где в потоке некоторые каналы могут отсутствовать вообще, в потоке DTS место для всех шести каналов всегда зарезервировано, и, при отсутствии реальной информации в них, это место просто пропадает. То есть при одинаковом битрейте в DTS запись 4.0 будет того же объема, как и 5.1.

  • FLAC (англ. Free Lossless Audio Codecсвободный аудио-кодек без потерь) — популярный свободный кодек для сжатия аудио. В отличие от кодеков с потерями Ogg Vorbis, MP3 и AAC, не удаляет никакой информации из аудиопотока и подходит как для прослушивания музыки на высокачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, так и для архивирования аудиоколлекции. На сегодня формат FLAC поддерживается многими аудиоприложениями.

  • MIDI (англ. Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов) — стандарт на аппаратуру и программное обеспечение, позволяющее воспроизводить (и записывать) музыку путем выполнения/записи специальных команд, а также формат файлов, содержащих такие команды. Воспроизводящее устройство или программа называется синтезатором (секвенсором) MIDI и фактически является автоматическим музыкальным инструментом.

  • MOD - формат файлов, разработанный для создания, хранения и воспроизведения музыкальных композиций на ПК Amiga. Своё название получил от того, что стал первым форматом, хранящим свои фрагменты (например, сэмплы) в других файлах (принцип модульности). Файлы этого формата имеют, как правило, расширение «.mod». Расхожее мнение о том, что на Amiga файлы имеют расширение «mod.» в начале имени, в корне не верно. В среде композиторов на Amiga существует такая традиция, но дело в том, что в AmigaOS расширения файлов абсолютно не используются, поэтому как раз на Amiga расширения (любого) может и не быть вовсе.

  • MP1 - один из трёх форматов сжатия звука, определённых в стандарте MPEG-1 [1]. Хотя MP1 поддерживается большинством современных медиаплееров, этот формат считается устаревшим. Вместо него в основном используются форматы MP2 и MP3.

Для обозначения файлов, в которых содержится только аудиоинформация формата MP1, используется расширение .mp1.

Технология сжатия MP1 использует сравнительно простую схему полосного кодирования с 32 поддиапазонами.

  • MP2

  • MP3 - ретий формат кодирования звуковой дорожки MPEG) — лицензируемый формат файла для хранения аудио-информации.

На данный момент MP3 является самым известным и популярным из распространённых форматов цифрового кодирования звуковой информации с потерями. Он широко используется в файлообменных сетях для оценочной передачи музыкальных произведений. Формат может проигрываться практически в любой популярной операционной системе, на практически любом портативном аудио-плеере, а также поддерживается всеми современными моделями музыкальных центров и DVD-плееров.

  • TTA - это свободный и бесплатный, аудио кодек, осуществляющий сжатие аудиофайлов без потерь, способный работать в режиме реального времени. Кодек основан на адаптивных предсказывающих фильтрах и обладает такими же или лучшими характеристиками, как и большинство современных кодер/декодеров без потерь.
  • VQF - формат записи звука, основывается на технологии TwinVQ (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quanization — векторное квантование с трансформными доменами и взвешенным чередованием), разработанной в Японии в лаборатории NTT Human Interface Labolatories

VQF-файлы примерно на 30-35 % меньше, чем MP3, при одинаковом качестве звука. Потоку 128 Кбит/с у файлов MP3 соответствует поток 80 Кбит/с у файлов VQF. У этих достоинств есть и обратная сторона. При декодировании загрузка процессора также на 30 % выше, чем при декодировании MP3. Это определяет повышенные требования к компьютеру, на котором планируется проигрывать такие файлы.

  • VOX

  • VOC

  • WAV - формат записи (стерео- или моно-) звука без сжатия. Так всего одна минута стереозаписи звука сделанная с CD-качеством (частота дискретизации 44,1 КГц) содержит 60 с х 44100Гц х 2 канала = 5 292 000 отсчетов. На каждый отсчет может приходиться 8 или 16 бит. Таким образом, в варианте 8 бит на отсчет, одна минута звука займет в памяти 42 336 000 бит = 5 292 000 байт (около 5 Мб).

  • WMA

  • XM

  • ADX

Аудиоформаты без потерь
Аудиоформаты с потерями

Видео формат


Видео формат - определяет структуру видео файла, то как хранится файл на носителе информации (CD, DVD, жестком диске или канале связи). Обычно разные форматы имеют различные расширения файла (*.avi, *. mpg, *.mov и др.).

Ну прежде всего следует сказать, что главное требование к форматам для интернета - компактность. Понятно, что формат DVD не пойдет. А вот практически любой видеоролик снятый на мобильный или на цифровой фотоаппарат соответствует требованиям интернета. На такие форматы и ориентировались создатели видеохостингов.

Здесь представлены не все видео форматы, их гораздо больше. Но мы поместили главное, чтобы это по-прежнему был обзор в простом изложении, а не научный справочник.
Вообще-то, если еще короче, то есть 3 основных формата: avi, mpg и mov.

  • MPG (Moving Pictures Experts Group) - Видеофайл, в котором содержится видео, закодированные:
  1. Mpeg1 - стандарт разработан в 1992 году с учетом возможностей 2-х скоростных CD-ROM и 486 компьютеров.

  2. Mpeg2 - стандарт принят в 1994 году. Первично разрабатывался для цифровой передачи видео вещательного качества. Используется в DVD, цифровом TV и HDTV.

  3. Mpeg3 - для телевидения высокой чёткости (HDTV), но позже стал частью стандарта Mpeg2 и отдельно теперь не упоминается.

  4. Mpeg4 (распространено краткое написание MP4) - стандарт рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т.п.

  • AVI (Audio-Video Interleaved) разработан Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов, представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. Он может содержать в себе потоки 4 типов - Video, Audio, MIDI, Text. Причем видеопоток может быть только один, тогда как аудио - несколько. В частности, AVI может содержать и только один поток - либо видео, либо аудио. Сам формат AVI не накладывает совершенно никаких ограничений на тип используемого кодека, ни для видео, ни для аудио - они могут быть любыми. Таким образом, в AVI файлах могут совершенно спокойно сочетаться любые видео- и аудиокодеки.
  • MOV - Формат Apple Quicktime, может содержать любой кодек, CBR или VBR. Обычно у них расширение .QT или .MOV. Заметьте, что поскольку MPEG4 Group выбрала QuickTime в качестве рекомендованного формата для MPEG4, их MOV файлы идут с расширением .MPG или .MP4 (Интересно, что видео и аудио потоки в этих файлах - настоящие MPG и AAC файлы. Вы даже можете извлечь их, используя опции -dumpvideo и -dumpaudio.).
  • RealVideo формат, созданный компанией RealNetworks. RealVideo используется для живой телевизионной трансляции в Интернете. Например, телекомпания CNN одной из первых стала вещать в Сети. Обладает небольшим размером файла и самым низким качеством, зато вы, не особенно загружая свой канал связи, сможете посмотреть последний выпуск теленовостей на сайте выбранной вами телекомпании. Расширения RM, RA, RAM.
  • ASF (Active Streaming Format) - потоковый формат от Microsoft.
    Они разработали два варианта ASF, v1.0 и v2.0. v1.0 используется их медиа средствами (Windows Media Player и Windows Media Encoder) и сильно засекречены. v2.0 опубликована и запатентована. Конечно они различаются, совсем нет никакой совместимости (это просто другая правовая игра). MPlayer поддерживает только v1.0, поскольку никто никогда не видел v2.0 файлов. Заметьте, что ASF файлы теперь появляются с расширениями .WMA или .WMV.
  • WMV (Windows Media Video) - Видеофайл, записанный в формате Windows Media.
  • DivX (Digital video express) - кодек стандарта Mpeg4. С Версии 5 стал платным (для кодирования).
  • Xvid (ранее XviD) - библиотека сжатия видео стандарта Mpeg4.
    Xvid является основным конкурентом кодека DivX Pro (Xvid это DivX наоборот). В противоположность кодеку DivX - проприетарному программному обеспечению, разработанному компанией DivX, Inc., Xvid это свободная программа, распространяемая под лицензией GNU General Public License.
  • MP4 - это короткое написание стандарта Mpeg4, рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т.п.
  • 3gp (сокращение от англ. 3rd generation (mobile) phone - (мобильные) телефоны третьего поколения);
    видеофайлы для мобильных телефонов 3-го поколения. Некоторые современные мобильные телефоны (не обязательно 3G) имеют функции записи и просмотра аудио и видео в формате .3GP.
    Этот формат - упрощённая версия ISO 14496-1 Media Format, который похож на MOV, используемый QuickTime.
    3gp сохраняет видео как Mpeg4 или H.263. Аудио сохраняется в форматах AMR-NB или AAC-LC.
    Готовые видео ролики в формате 3gp имеют малый размер по сравнению с другими форматами видео, но к сожалению это сильно отражается на качестве (оно очень низкое).
  • FLV (Flash Video) - формат файлов, используемый для передачи видео через Интернет. Используется такими сервисами, как YouTube, Google Video, RuTube, Tube.BY, Муви, Obivu и другими. Хотя описание формата контейнера было открыто, кодеки защищены патентами, и остаются собственническими.
    Файлы в формате FLV можно просматривать в большинстве операционных систем, поскольку он использует широко распространённый Adobe Flash и плагины к большинству браузеров, а также поддерживается многими программами для воспроизведения видео, например, MPlayer, VLC media player, Media Player Classic) и другими программами, работающими с помощью DirectShow. Mpeg7 - это не логическое продолжение Mpeg4, просто разработка той же группы MPEG (Moving Picture Experts Group) для интернета. Здесь вводится специализированный язык DDL (Description Definition Language - язык описания определений).
    Основная цель применения нового стандарта - эффективный поиск мультимедийной информации аналогично тому, как сейчас мы осуществляем поиск текстов по ключевым словам или фразе. Как пример:
  • музыка - сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую последовательность звуков;
  • графика - нарисовав эскиз на экране, получим набор рисунков, содержащих подобный фрагмент;
  • видео - задав соответствующий объект и его движение, получим набор видео или анимационных роликов, в которых данный объект присутствует.