Πολυμέσα: ήχος, εικόνα, βίντεο

Από τον κόσμο στους αριθμούς

Ο ήχος μιας κιθάρας είναι μια πίεση του αέρα που αλλάζει συνεχώς. Ένα ηλιοβασίλεμα έχει άπειρες αποχρώσεις. Ο υπολογιστής όμως αποθηκεύει μόνο bit, μηδενικά και άσσους. Για να μπει μια εικόνα ή ένας ήχος σε αρχείο, πρέπει να γίνει ψηφιοποίηση (digitisation): να μετατραπεί σε μια πεπερασμένη λίστα αριθμών.

Η ψηφιοποίηση κάνει πάντα δύο πράγματα:

1. Κόβει σε κομμάτια: η εικόνα σε κουτάκια, ο ήχος σε στιγμές.
2. Στρογγυλεύει: κάθε κομμάτι παίρνει μία από έναν περιορισμένο αριθμό τιμών.

Όσο πιο μικρά τα κομμάτια και όσο περισσότερες οι τιμές, τόσο πιο πιστό το αποτέλεσμα, και τόσο μεγαλύτερο το αρχείο.

Οι μονάδες

Η εικόνα

Μια ψηφιακή φωτογραφία είναι ένα πλέγμα από μικρά τετράγωνα, τα εικονοστοιχεία (pixels). Κάθε εικονοστοιχείο έχει ένα χρώμα.

• Ανάλυση (resolution) είναι πόσα εικονοστοιχεία έχει η εικόνα: πλάτος × ύψος, π.χ. 1920 × 1080.
• Βάθος χρώματος (colour depth) είναι πόσα bit χρησιμοποιούνται για το χρώμα κάθε εικονοστοιχείου.

Με 24 bit, κάθε χρώμα φτιάχνεται από τρία κανάλια, κόκκινο, πράσινο, μπλε (RGB), με 8 bit το καθένα. Κάθε κανάλι παίρνει τιμή από 0 ως 255.

Χάρτης εικονοστοιχείων και διανυσματικά γραφικά

Όσα είπαμε ισχύουν για τις εικόνες χάρτη εικονοστοιχείων (bitmap ή raster): φωτογραφίες, σκαναρισμένα έγγραφα. Αν τις μεγεθύνεις πολύ, βλέπεις τα τετραγωνάκια.

Υπάρχουν και τα διανυσματικά γραφικά (vector), όπως τα λογότυπα και τα σχέδια σε μορφή SVG. Αυτά δεν αποθηκεύουν εικονοστοιχεία, αλλά οδηγίες: «κύκλος με κέντρο εδώ, ακτίνα τόση, κόκκινο γέμισμα». Μεγεθύνονται όσο θέλεις χωρίς να χαλάσουν, αλλά δεν ταιριάζουν σε φωτογραφίες.

Ο ήχος

Το μικρόφωνο μετατρέπει τον ήχο σε ηλεκτρικό σήμα που αλλάζει συνεχώς. Για να γίνει ψηφιακό:

• Δειγματοληψία (sampling): μετράμε το σήμα πολλές φορές το δευτερόλεπτο. Πόσες φορές, λέγεται συχνότητα δειγματοληψίας και μετριέται σε Hz. Το CD μετράει 44.100 φορές το δευτερόλεπτο (44,1 kHz).
• Bit ανά δείγμα (bit depth): πόσα bit κρατάει κάθε μέτρηση. Το CD έχει 16 bit, δηλαδή $2^{16} = 65.536$ δυνατές τιμές ανά δείγμα.
• Κανάλια: 1 για μονοφωνικό (mono), 2 για στερεοφωνικό (stereo).

Μέγεθος ασυμπίεστου ήχου = συχνότητα δειγματοληψίας × bit ανά δείγμα × κανάλια × διάρκεια σε δευτερόλεπτα. Και πάλι το αποτέλεσμα είναι σε bit.

Το βίντεο

Το βίντεο είναι μια σειρά από εικόνες, τα καρέ (frames), που δείχνονται τόσο γρήγορα ώστε το μάτι βλέπει κίνηση. Συνήθως 25 ή 30 καρέ το δευτερόλεπτο (fps), και πάνω τους ο ήχος.

Άρα ένα δευτερόλεπτο βίντεο είναι 25 ολόκληρες εικόνες. Αυτό εξηγεί γιατί το βίντεο γεμίζει τα κινητά: δες το λυμένο παράδειγμα 3.

Συμπίεση

Η συμπίεση (compression) μικραίνει ένα αρχείο. Γίνεται με δύο τρόπους:

Ένα παράδειγμα συμπίεσης χωρίς απώλειες: αντί να γράψεις «άσπρο, άσπρο, άσπρο, … » εκατό φορές για τον ουρανό, γράφεις «100 φορές άσπρο». Τίποτα δεν χάθηκε.

Το WAV και το BMP είναι συνήθως ασυμπίεστα.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση