Лекция 2 Кодирование текстовой информации. Кодирование аудио информации. Кодирование графики. Кодирование видеоинформации.

На сегодняшний день существует пять видов передаваемой информации (сообщений): 1.Текст; 2.Звук; 3.Графика; 4.Видео; 5.Данные. Для каждого типа сообщений имеется определенная полоса пропускания. Передача всех 5-ти видов сообщений реализуется посредством различных служб телекоммуникаций.

Службы телекоммуникации Служба телеграфной связи Телема - этические службы Служба телефонной связи Служба передачи данных Служба распространения программ ТВ Служба распространения программ звукового вещания

Источником движущей силы развития телекоммуникаций является потребность человека-пользователя с помощью средств телекоммуникации получать информацию максимально приближенную к той, которую мы имеем непосредственно при общении. Информационные возможности средств телекоммуникации

Телеграфный аппарат Морзе Развитие электросвязи началось с телеграфии. Текстовые документы легче всего подвергаются кодированию в систему знаков, пригодных для передачи и приёма по линиям связи. Впервые Морзе испытал телеграф в 1832 году. В 1844 г. Сэмюэль Морзе изобрел телеграфный аппарат. 1-й телеграфный аппарат в Нью-Йорке был запатентован в 1867 г.

В 1867 году « Американ телеграф Компани » запантетовала первый биржевой телеграфный аппарат. Инвесторы получили возможность в любой момент сверяться с биржевыми котировками, печатаемыми на узкой бумажной ленте аппарата, соединенного с биржей телеграфной связью. Возможность постоянно следить за курсами акций обострила интерес к биржевым операциям Компания Вестерн Юнион представила первый биржевой телеграфный аппарат для передачи котировок ценных бумаг Нью – Йоркской биржи брокерской компании. В 1869 году Нью – Йоркская биржа отказалась от аукционов, с тех пор все акции стали продаваться и покупаться в любое время дня.

Телефонный аппарат Белла Телефония возникла с появлением возможности для превращения звуковых колебаний, создаваемых речью человека в электрические сигналы и обратного их преобразования на приёме. Телефон, запатентованный в США 7 марта 1876 году, Александром Беллом(примерно через 40 лет после телеграфии), назывался «говорящий телеграф». Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приёма человеческой речи. 25 июня 1876 года. Александр Белл впервые продемонстрировал свой телефон на первой Всемирной электротехнической выставке в Филадельфии.

Телефон 1896 года 1896 года (Швеция)Швеция Старинный телефон

Неподвижные изображения Появление факсимильной связи, значительно расширила возможности человека при передаче не только текстовых и звуковых сообщений, но и чертежей, рисунков и просто график. Появление этого вида связи стало возможным после реализации идеи последовательной передачи изображений по элементам и разработки способов и устройств, способных преобразовать неподвижные изображения в электрические сигналы. Передачу на расстояние неподвижных изображений осуществил в 1855 году итальянский физик Дж. Казелли. Сконструированный им аппарат мог передавать изображение текста, предварительно нанесенного на фольгу. В 1902 году Артур Керн (Германия) запатентовал систему фотоэлектрического сканирования изображений, а в 1910 году заработала первая международная факсимильная связь Берлин – Париж – Лондон.

Радио Теореэтические основы радиосвязи были разработаны английским учёным Д. Максвеллом. В 1864 году Д. Максвелл теоретически доказал, что вокруг проводника с переменным током должно возникать (излучаться) электромагнитное поле (волны) которые распространяются со скоростью света. В 1887 году немецкий физик Г.Герц экспериментально показал существование электромагнитных волн. С открытием электромагнитных волн Д. Максвеллом и экспериментальным установлением их существования Г. Герцем началась эпоха развития радио. А. Попов развил идеи Г. Герца и в 1895 г. сумел впервые передать по радиосвязи сообщение. Важным этапом в развитии радиосвязи является переход от радиотелеграфии к радиотелефонии. Бурное развитие радиотелефонии началась с появлением электронной вакуумной лампы, обеспечивающей возможность генерирования и усиления высокочастотных электрических колебаний. Первые радиопередатчики были построены и запатентованы Маркони.

Телевидение Первые попытки передачи и воспроизведения изображения с помощью диска Нипкова (Германия) относятся к 1884 г. В 1907 г. Розинг предложил использовать для приёма изображения электронно – лучевую трубку, а в 1911 году осуществил первую в мировой практике телевизионную передачу. Так в результате изобретения электронно – лучевых трубок – иконоскопа (передающей) и кинескопа (приёмной) появилось телевидение. Регулярные телевизионные передачи начались в середине 30 х годов в ХХ веке.

Мультимедиа Завершающим этапом развития электросвязи является создание мультимедийных видов, основанных на передаче текстовой, звуковой и видеоинформации. Этим завершился один из важных этапов приближения информационных возможностей средств электросвязи к возможностям непосредственного обмена информацией между людьми. Этот этап охватывает все виды сообщений, которые передаются и принимаются органами зрения, слуха, движения, мимики и жестов.

Осталось неохваченной только информация, получаемая и выдаваемая человеком с помощью органов осязания, обоняния и вкуса. Но эта часть информации сравнительно невелика, и есть все основания полагать, что со временем её можно будет предавать с помощью средств электросвязи.

Пять виртуальных чувств: ОБОНЯНИЕ ОБОНЯНИЕ - восприятие запахов, вид хеморецепции. У человека осуществляется посредством обонятельного анализатора (рецепторные нервные клетки слизистой оболочки носовой полости, обонятельные нервы и обонятельные центры головного мозга). Технология передачи запахов через Интернет уже в значительной мере сформировалась. Специальные устройства - рассеиватели запахов, располагая набором особых картриджей с летучими веществами, при вводе соответствующих команд комбинируют необходимые запахи. Это позволяет пользователям в режиме реального времени чувствовать ароматы, связанные, например, с мультимедийным содержанием посещаемых веб- сайтов.

Существует два типа подобных устройств. Устройства первого типа предназначены для индивидуальных пользователей ПК. С их помощью пользователи, щелкнув мышью, смогут наслаждаться всеми ароматами "пахнущих" веб-сайтов, например, запахами фруктов или цветов при посещении виртуальных садов или цветочных галерей. Устройства второго типа, предназначенные преимущественно для коллективного использования, приоткрывают огромный потенциал интерактивного телевизионного вещания с передачей запахов. Японская телекоммуникационная компания NTT Communications изобрела способ передачи запахов через интернет. Передача запахов осуществляется с помощью устройства, представляющего собой замкнутую сферу, которая подключается к компьютеру. Внутри сферы находятся компоненты 32 ароматических масел, которые и создают реальные запахи при их произвольной компоновке. Генерация запахов производится программой, которая позволяет создавать множество разнообразных запахов.

ВКУС, ощущение, возникающее при воздействии различных растворимых веществ на вкусовые рецепторы, расположенные главным образом в языке. Основные вкусовые ощущения: горькое, сладкое, кислое, соленое. Компания Trisenx, базирующаяся в штате Джорджия (США), разработала технологию, позволяющую оценить вкус объекта. К компьютеру подключается устройство, которое располагает набором веществ, создающих в различных комбинациях разнообразные вкусовые гаммы. Принтеры в качестве носителя используют бумагу, генераторы запаха - воздух, а для данных устройств идея достойного носителя вкуса возникла далеко

С точки зрения техники текст состоит из отдельных символов. К числу символов принадлежат не только буквы (заглавные или строчные, латинские или русские), но и цифры, знаки препинания, спецсимволы типа "=", "(", "&" и т.п. и даже пробелы между словами. Кодирование текстовой информации

Множество символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом. Число символов в алфавите – это его мощность. Формула определения количества информации: N = 2 b, где N – мощность алфавита (количество символов), b – количество бит (информационный вес символа). В алфавит мощностью 256 символов можно поместить практически все необходимые символы. Такой алфавит называется достаточным. Т.к. 256 = 2 8, то вес 1 символа – 8 бит. Единице измерения 8 бит присвоили название 1 байт: 1 байт = 8 бит.

Тексты вводятся в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные нам буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память они попадают в двоичном коде. Это значит, что каждый символ представляется 8- разрядным двоичным кодом. Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от до Таким образом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер - по их коду.

Удобство побайтового кодирования символов очевидно, поскольку байт - наименьшая адресуемая часть памяти и, следовательно, процессор может обратиться к каждому символу отдельно, выполняя обработку текста. С другой стороны, 256 символов – это вполне достаточное количество для представления самой разнообразной символьной информации.

Все символы компьютерного алфавита пронумерованы от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от до Этот код просто порядковый номер символа в двоичной системе счисления. Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные таблицы кодировки. Международным стандартом для ПК стала таблица ASCII (читается аски) (Американский стандартный код для информационного обмена). Таблица кодов ASCII делится на две части.

Порядковый номер КодСимвол Символы с номерами от 0 до 31 принято называть управляющими. Их функция – управление процессом вывода текста на экран или печать, подача звукового сигнала, разметка текста и т.п Стандартная часть таблицы (английский). Сюда входят строчные и прописные буквы латинского алфавита, десятичные цифры, знаки препинания, всевозможные скобки, коммерческие и другие символы. Символ 32 - пробел, т.е. пустая позиция в тексте. Все остальные отражаются определенными знаками Альтернативная часть таблицы (русская). Вторая половина кодовой таблицы ASCII, называемая кодовой страницей (128 кодов, начиная с и кончая ), может иметь различные варианты, каждый вариант имеет свой номер. Кодовая страница в первую очередь используется для размещения национальных алфавитов, отличных от латинского. В русских национальных кодировках в этой части таблицы размещаются символы русского алфавита.

В настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO). Из-за этого часто возникают проблемы с переносом русского текста с одного компьютера на другой, из одной программной системы в другую. Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 ("Код обмена информацией, 8-битный"). Эта кодировка применялась еще в 70- ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX. От начала 90-х годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница").Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку Mac.

Кроме того, Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251. С конца 90-х годов проблема стандартизации символьного кодирования решается введением нового международного стандарта, который называется Unicode. Это 16-разрядная кодировка, т.е. в ней на каждый символ отводится 2 байта памяти. Конечно, при этом объем занимаемой памяти увеличивается в 2 раза. Но зато такая кодовая таблица допускает включение до символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Кодирование и обработка звуковой информации Звуковая информация. Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Преобразование речевого сигнала Дискретизация Квантование амплитуды Кодирование квантованных амплитуд

Дискретизация аналоговый сигнал превращается в последовательность импульсов (отсчетов), величина которых равна амплитуде аналогового сигнала в определенные моменты времени Теорема Котельникова: Аналоговый сигнал может быть восстановлен из последовательности отсчетов с частотой f, которая больше или равна умноженной на 2 максимальной частоте, используемой в спектре сигнала F:

Теорема Котельникова

Квантование непрерывная величина амплитуды сигнала накладывается на дискретную шкалу квантования и округляется до ближайшего меньшего значения используется нелинейная (логарифмическая) шкала квантования, то есть квантованию подвергается не амплитуда сигнала, а ее логарифм 2 закона квантования: А-закон (применяется в европейских странах и России) -закон (применяется в Северной Америке)

Квантование Оба закона позволяют закодировать каждый отсчет сигнала 8 битами. Дискретизация по времени происходит с частотой 8 к Гц, то есть отсчеты генерируются каждые 125 мкс, пропускная способность, необходимая для передачи речи в цифровом виде равна:

Формирование речевого сигнала в кодеке

Кодирование Сжатие оцифрованных отсчетов до минимально возможного числа двоичных битов в секунду Выполняется после дискретизации и квантования сигнала Существенно снижает нагрузку на сеть

Кодирование Значения соседних отсчетов как правило мало отличаются одно от другого, что позволяет с довольно высокой точностью предсказывать значение любого отсчета на основе значений нескольких предшествующих ему отсчетов. Эта закономерность используется двумя способами: – Изменение параметров квантования в зависимости от характера сигнала – Линейное предсказание (дифференциальное кодирование)

Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" (рис.).

Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и г го преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за I секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала. Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до измерений громкости звука за одну секунду. Глубина кодирования звука. Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука. Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I. Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 I = 2 16 = В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16- битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код , а наибольшему

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео"). Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду й умножить на 2 (стереозвук): 16 бит × × 2 = бит = байт = 93,75 Кбайт.

Кодирование графики Под графической информацией можно понимать рисунок, чертеж, фотографию, картинку в книге, изображения на экране телевизора или в кинозале и т. д. Для обсуждения общих принципов кодирования графической информации в качестве конкретного, достаточно общего случая графического объекта выберем изображение на экране телевизора. Это изображение состоит из некоторого количества горизонтальных линий – строк. А каждая строка в свою очередь состоит из элементарных мельчайших единиц изображения – точек, которые принято называть пикселами (picsel – PICture'S ELement – элемент картинки). Весь массив элементарных единиц изображения называют растром. Степень четкости изображения зависит от количества строк на весь экран и количества точек в строке, которые представляют разрешающую способность экрана или просто разрешение. Чем больше строк и точек, тем четче и лучше изображение. Достаточно хорошим считается разрешение 640x480, то есть 640 точек на строку и 480 строчек на экран.

Строки, из которых состоит изображение, можно просматривать сверху вниз друг за другом, как бы составив из них одну сплошную линию. После полного просмотра первой строки просматривается вторая, за ней третья, потом четвертая и т. д. до последней строки экрана. Так как каждая из строк представляет собой последовательность пикселов, то все изображение, вытянутое в линию, также можно считать линейной последовательностью элементарных точек. В рассматриваемом случае эта последовательность состоит из 640x480= пикселов. Вначале рассмотрим принципы кодирования монохромного изображения, то есть изображения, состоящего из любых двух контрастных цветов – черного и белого, зеленого и белого, коричневого и белого и т. д. Для простоты обсуждения будем считать, что один из цветов – черный, а второй – белый. Тогда каждый пиксел изображения может иметь либо черный, либо белый цвет. Поставив в соответствие черному цвету двоичный код 0, а белому – код 1 (либо наоборот), мы сможем закодировать в одном бите состояние одного пикселя монохромного изображения. А так как байт состоит из 8 бит, то на строчку, состоящую из 640 точек, потребуется 80 байтов памяти, а на все изображение – байтов.

Цветное изображение может формироваться различными способами. Один из них – метод RGB (от слов Red, Green, Blue – красный, зеленый, синий), который опирается на то, что глаз человека воспринимает все цвета как сумму трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Например, сиреневый цвет – это сумма красного и синего, желтый цвет – сумма красного и зеленого и т. д. Для получения цветного пикселя в одно и то же место экрана направляется не один, а сразу три цветных луча. Опять упрощая ситуацию, будем считать, что для кодирования каждого из цветов достаточно одного бита. Нуль в бите будет означать, что в суммарном цвете данный основной отсутствует, а единица – присутствует. Следовательно, для кодирования одного цветного пиксела потребуется 3 бита – по одному на каждый цвет. Пусть первый бит соответствует красному цвету, второй – зеленому и третий – синему. Тогда код 101(2) обозначает сиреневый цвет – красный есть, зеленого нет, синий есть, а код 110(2) – желтый цвет – красный есть, зеленый есть, синего нет. При такой схеме кодирования каждый пиксел может иметь один из восьми возможных цветов. Если же каждый из цветов кодировать с помощью одного байта, как это принято для реалистического монохромного изображения, то появится возможность передавать по 256 оттенков каждого из основных цветов. А всего в этом случае обеспечивается передача 256x256x256= различных цветов, что достаточно близко к реальной чувствительности человеческого глаза. Таким образом, при данной схеме кодирования цвета на изображение одного пикселя требуется 3 байта, или 24 бита, памяти. Этот способ представления цветной графики принято называть режимом True Color (true color – истинный цвет) или полноцветным режимом.

Следует упомянуть еще один часто используемый метод представления цвета, в котором вместо основного цвета используется его дополнение до белого. Если три цвета: красный, зеленый и синий вместе дают белый, то дополнением для красного, очевидно, является сочетание зеленого и синего, то есть голубой цвет. Аналогичным образом дополнением для зеленого является сочетание красного и синего, то есть пурпурный, а для синего – сочетание красного и зеленого, то есть желтый цвет. Эти три цвета – голубой, пурпурный и желтый с добавлением черного образуют основные цвета в системе кодирования, которая называется CMYK (от Cyan – голубой, Magenta – пурпурный, Yellow – желтый и blacK – черный). Этот режим также относится к полноцветным, но для передачи состояния одного пикселя в этом случае требуется 32 бита, или четыре байта, памяти, и может быть передано различных цветов. Полноцветные режимы требуют очень много памяти. Так, для обсуждавшегося выше растра 640x480 при использовании метода RGB требуется , а для режима CMYK – байтов памяти. В целях экономии памяти разрабатываются различные режимы и графические форматы, которые немного хуже передают цвет, но требуют гораздо меньше памяти. В частности, можно упомянуть режим High Color (high color – богатый цвет), в котором для передачи цвета одного пикселя используется 16 битов и, следовательно, можно передать цветовых оттенков, а также индексный режим, который базируется на заранее созданной таблице цветовых оттенков. Нужный цвет выбирается из этой таблицы с помощью номера – индекса, который занимает всего один байт памяти.

Наиболее известными растровыми форматами являются BMP, GIF и JPEG форматы. В формате BMP (от BitMaP) задается цветность всех пикселов изображения. При этом можно выбрать монохромный режим с 256 градациями или цветной с или цветами. Этот формат требует много памяти. В формате GIF (Graphics Interchange Format – графический формат обмена) используются специальные методы сжатия кода, причем поддерживается только 256 цветов. Качество изображения немного хуже, чем в формате BMP, зато код занимает в десятки раз меньше памяти. Формат JPEG (Goint Photographic Experts Group -Уединенная группа экспертов по фотографии) использует методы сжатия, приводящие к потерям некоторых деталей. Однако поддержка цветов все-таки обеспечивает высокое качество изображения. По требованиям к памяти формат JPEG занимает промежуточное положение между форматами BMP и GIF.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависти от прикладной среды. Растровая графика обладает существенным недостатком – изображение, закодированное в одном из растровых форматов, очень плохо переносит увеличение или уменьшение его размеров – масштабирование. Для решения задач, в которых приходится часто выполнять эту операцию, были разработаны методы так называемой векторной графики. В векторной графике, в отличие от основанной на точке – пикселе – растровой графики, базовым объектом является линия. При этом изображение формируется из описываемых математическим, векторным способом отдельных отрезков прямых или кривых линий, а также геометрических фигур – прямоугольников, окружностей и т. д., которые могут быть из них получены. Фирма Adobe разработала специальный язык PostScript (от poster script – сценарий плакатов, объявлений, афиш), служащий для описания изображений на базе указанных методов. Этот язык является основой для нескольких векторных графических форматов. В частности, можно указать форматы PS (PostScript) и EPS, которые используются для описания как векторных, так и растровых изображений, а также разнообразных текстовых шрифтов. Изображения и тексты, записанные в этих форматах, большинством популярных программ не воспринимаются, они могут просматриваться и печататься только с помощью специализированных аппаратных и программных средств.

Кроме растровой и векторной графики существует еще и фрактальная графика, в которой формирование изображений целиком основано на математических формулах, уравнениях, описывающих те или иные фигуры, поверхности, тела. При этом само изображение в памяти компьютера фактически не хранится – оно получается как результат обработки некоторых данных. Таким способом могут быть получены даже довольно реалистичные изображения природных ландшафтов.

КОДИРОВАНИЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ Чтобы хранить и обрабатывать видео на компьютере, необходимо закодировать его особым образом. При этом кодирование звукового сопровождения ничем не отличается от кодирования звука, описанного в предыдущей теме. Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, то есть разбивается на множество пикселей. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, мы сможем описать все видео. Видеоданные характеризуются частотой кадров и экранным разрешением. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 на 484 точек, а для PAL и SECAM – 768 на 576 точек. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране телевизора отображается всего 704 на 540 пикселей. Поэтому для хранения видеоинформации в компьютере или цифровой видеокамере, размер кадра может отличаться от телевизионного. Например, в формате Digital Video или, как его еще называют DV, размер кадра составляет 720 на 576 пикселей. Такое же разрешение имеет кадр стандарта DVD Video. Размер кадра формата Video-CD составляет 352 на 288 пикселей.

В основе кодирования цветного видео лежит известная модель RGB. В телевидении же используется другая модель представления цвета изображения, а именно модельYUV. В такой модели цвет кодируется с помощью яркости Y и двух цветоразностных компонент U и V, определяющих цветность. Цветоразностная компонента образуется путем вычитания из яркостной компоненты красного и зеленого цвета. Обычно используется один байт для каждой компоненты цвета, то есть всего для обозначения цвета используется три байта информации. При этом яркость и сигналы цветности имеют равное число независимых значений. Такая модель имеет обозначение 4:4:4. Опытным путем установлено, что человеческий глаз менее чувствителен к цветовым изменениям, чем к яркостным. Без видимой потери качества изображения можно уменьшить количество цветовых оттенков в два раза. Такая модель обозначается как 4:2:2 и принята в телевидении. Для бытового видео допускается еще большее уменьшении размерности цветовых составляющих, до 4:2:0.

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок указанного выше размера, то видеоизображение будет занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута – уже 1,5 Гбайт. Поэтому на практике используются различные алгоритмы сжатия для уменьшения скорости и объема потока видеоинформации. Если использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для более существенного снижения объемов видеоинформации используют сжатие с потерями. Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров. При кодировании видео принято, что качеству VHS соответствует кодирование MJPEG с потоком около 2 Мбит/с, S-VHS – 4 Мбит/с. Свое развитие алгоритм MJPEG получил в алгоритме DV, который обеспечивает лучшее качество при таком же потоке данных. Это объясняется тем, что алгоритм DVиспользует более гибкую схему компрессии, основанную на адаптивном подборе коэффициента сжатия для различных кадров видео и различных частей одного кадра. Для малоинформативных частей кадра, например, краев изображения, сжатие увеличивается, а для блоков с большим количеством мелких деталей уменьшается.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами. Считается, что за кадров картинка изменится настолько, что необходим новый исходный кадр. В результате при использовании MPEG можно добиться уменьшения объема информации более чем в двести раз, хотя это и приводит к некоторой потере качества. В настоящее время используются алгоритм сжатия MPEG-1, разработанный для хранения видео на компакт-дисках с качеством VHS, MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и DVD, а также алгоритм MPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для домашнего хранения видеофильмов.