Опрацювання мультимедійних об’єктів. Формати аудіо- та відеофайлів.

Комунальний заклад «Маріупольська загальноосвітня школа I-III ступенів №53 Маріупольської міської ради Донецької області» 

Вчитель інформатики Кардаш Іван Володимирович

8 клас

Тема уроку: Опрацювання мультимедійних об’єктів. Формати аудіо- та відеофайлів.

Цілі:

• навчальна: актуалізувати поняття мультимедіа; сприяти формуванню знань щодо принципів кодування аудіо- та відеоданих та їх форматів; сприяти вмінню створювати інформаційний продукт та грамотно і безпечно комунікувати з використанням сучасних технологій державною мовою;
• розвивальна: сприяти розвитку логічного, критичного мислення, естетичного смаку, творчих здібності (уміння створювати мультимедійний продукт, використовуючи онлайн-платформу https://www.renderforest.com);
• виховна: сприяти вихованню інформаційної культури та інформаційно-
  цифрової компетентності, старанності, наполегливості, бажання творчо працювати.

Міжпредметні зв’язки: фізика, біологія, музичне мистецтво.

Очікувані результати:

Тип уроку: Комбінований (інтерактивний) урок.

Обладнання та наочність: дошка, комп’ютери з підключенням до мережі Інтернет, підручник, грамплатівка, CD-диск.

Програмне забезпечення: браузер.

Методи, форми і прийоми навчання:

Чому цей урок можна вважати інноваційним? Використання інтерактивних методів навчання (QR-кодів, онлайн-платформ).  Поєднав вивчення інформатики з фізикою, біологією, музичним мистецтвом. Робота учнів спирається як на теоретичні знання, так і на їхній життєвий досвід.

Чим даний урок відрізняється від уроків, які ви проводили в школі раніше?  Урок передбачає роботу з онлайн-дошкою (https://padlet.com/),  онлайн-платформою для створення відеофрагментів (https://www.renderforest.com)

Які методики та підходи були використані під час його підготовки? Діяльнісні методи та підходи, розвивальне навчання, інтерактивні методики.

Хід уроку

І. Організаційний етап

• привітання
• перевірка присутніх
• перевірка готовності учнів до уроку

ІІ. Актуалізація опорних знань

Пригадаємо якими способами можна подавати повідомлення. (Текстом, числами, графікою, звуком, відео, умовними сигналами, спеціальними символами та комбінованим способом – шляхом поєднання кількох різних способів.)

Повідомлення, подані комбінованим способом, ще називають мультимедійними.

Мультимедіа (лат. multum – багато, medium – засоби, способи, загально-доступне) – це поєднання різних способів подання повідомлень. У сприйнятті таких повідомлень задіяні різні органи чуття.

У своїх мобільних телефонах ви, записуючи відео, наприклад в TikTok або роблячи Сторіз, потім його обробляєте. Тобто опрацьовуєте мультимедіа.

Доволі часто, коли говорять про мультимедіа, мають на увазі аудіо- та відеооб’єкти.

ІІІ. Мотивацій навчальної діяльності

https://wordwall.net/ru/resource/17065101

Звук – це хвилі, що розповсюджуються в різних середовищах (газі, рідині, твердих тілах). Органи чуття людини налаштовані на сприйняття звуку з повітря, хоча за певних умов можуть сприймати звук і у воді або під час контакту з твердими тілами.

Як і будь-яка хвиля, звук характеризується амплітудою і спектром частот. Звичайна людина здатна чути звукові коливання в діапазоні частот від 16-20 Гц до
15-20 кГц. Звук нижче діапазону чутності людини називають інфразвуком; вище: до 1 ГГц, – ультразвуком.

Як зберегти звук?

Які ви знаєте пристрої зберігання звуку?

Як опрацювати звук? За допомогою яких засобів?

IV. Вивчення нового матеріалу

Перетворення звукового сигналу в дані, що можуть бути опрацьовані пристроями комп’ютера, відбувається у два етапи:

1. перетворення звуку в неперервний (аналоговий) електричний сигнал  здійснюється, наприклад, з використанням мікрофонів тощо;
2. перетворення (оцифрування) отриманого аналогового електричного сигналу в дискретний (подільний,фрагментарний). Основним пристроєм для таких перетворень є звукова карта комп’ютера.

 А ось пристрій, що дозволяє записувати і відтворювати звук, з'явилося майже на рубежі століть.

 В кінці листопада 1877 року винахідник Томас Едісон представив свій черговий винахід. Це був ящик з пружинним механізмом всередині, довгим циліндром, покритим фольгою і рупором зовні. Коли механізм був запущений, багатьом здалося, що сталося чудо. З металевого розтруба долинали, нехай тихо і нерозбірливо, звуки дитячої пісеньки про дівчинку, яка призвела до школи свого ягняти. Причому пісеньку виконував сам винахідник.

Незабаром Едісон удосконалив свій прилад, назвавши його фонографом. Замість фольги стали використовуватися циліндрики з воску. Якість запису і відтворення покращились.

У 1887р. була винайдена грамплатівка, і на зміну фонографу прийшов грамофон. Його винайшов німецький інженер Еміль Берлинер. Йому вдалося усунути такий недолік фонографа, як неможливість тиражування записів. Він створив матрицю для штампування грамплатівок. Апарат, названий грамофоном, завоював велику популярність, адже штампувати пластинки із записами виявилося набагато швидше і дешевше, ніж записувати музику на циліндрики з м'якого воску.

В цей же час французький інженер Шарль Кро запропонував портативний варіант грамофона - патефон. Його випускала в Парижі фірма «Паті» (звідси і назва – патефон).

В кінці XIX століття почалося століття електрики, і у зв'язку з цим винахідники вели активні пошуки нових способів запису звуку.  З’явились способи запису звуку:

1. оптичний
2. фотографічний
3. магнітний
4. лазерна технологія, що реалізовує цифрову систему запису і відтворення звуку. Базова технологія «холодних лазерів», яка і зробила можливою появу лазерних дисків, була розроблена радянськими ученими Олександром Прохоровим і Миколою Басовим. За свій винахід вони були удостоєні Нобелівської премії разом з американськими фізиками Чарльзом Таунсом і Артуром Шавловим.

Уявіть, що я живу у Японії та 1 жовтня 1982 року зайшов у музичний магазин за вініловою платівкою, щоб купити мій улюблений альбом Біллі Джоэла «52nd Street», який  в 1979 році отримав «Греммі». В магазині мені  пропонують купити  цей альбом на якомусь диску,  який схожий на звичайну платівку, але меншого розміру.  Та ще цей диск сріблястий, а не чорний! Мені пояснили, що це –  оптичний носій аудіо-інформації з якістю звуку, що перевищує якість вінілових пластинок, і діаметром в 120 мм (а не 300 мм, яку платівки).  Таким чином я вперше познайомився із абсолютно новим носієм інформації - компакт-диском (CD). Звичайно я його купив!

(Хоча, треба зауважити, що випустили перший у світі компакт-диск 17 серпня 1982 року. За замовленням Philips його зробив завод звукозаписної компанії Polygram, розташований в Лангенхагене недалеко від Ганновера, Германію. Честі бути уперше виданими на CD удостоїлася група ABBA з альбомом «The Visitors».)

Історія винаходу CD далека від однозначності. Його розробка була розпочата в надрах компанії Philips . Потім Philips почала шукати контакти з іншим лідером з виробництва електроніки – японської компанії Sony – з метою об'єднання зусиль із розвитку нової технології аудіозапису.

А чи знаєте ви, що саме питанням чи «уміщатиметься 9-а симфонія Бетховена на CD?» за легендою задавалися кращі уми компаній-винахідників компакт-дисків –Sony і Philips? Питання виникло в 1979 році, коли CD були придумані, але у партнерів не було єдиної думки про технічні параметри диска. Місткість диска оцінювалася в 60 хвилин. Легенда свідчить, що віце-президент корпорації Sony Норио Ога наполіг на тому, що компакт-диск має бути в змозі вмістити 9-у симфонію Бетховена (ніби як найпопулярніший музичний твір в Японії в 1979 році згідно з опитуванням), оскільки тоді на CD можна буде записати до 95 % класичних творів. За орієнтир узяли найбільш тривале виконання симфонії(під керівництвом Вільгельма Фуртвенглера) – 74 хвилини.

Як це часто буває, цікавий факт або швидше легенда навряд чи має багато спільного з реальністю. Було і цілком прагматичне пояснення. Річ у тому, що у компанії Philips (точніше за її підрозділ PolyGram) вже в 1979 році працював великий експериментальний завод по виробництву дисків(діаметром 155 мм), який дав би Philips велику перевагу перед Sony, якій тільки належало налагодити випуск CD. Зміна тривалості звучання диска на 14 хвилин, викликало необхідність зміни діаметру – до 120 мм, що виливалося для Philips в адаптації усіх її технологічних процесів, що практично зрівнювало шанси компаній. Мабуть тому, в травні 1980 року був встановлений остаточний розмір диска в 120 мм з місткістю в 74 хвилини, що відповідала йому.

Така історія появи формату CD-DA  (Compact Disk — Digital Audio, компакт-диск — цифровий звук) – міжнародного стандарту зберігання оцифрованого звуку на компакт-дисках.

Суть цифрового запису і відтворення звуку полягає в зчитуванні мікроотворів в металізованому диску(чи зчитуванні електричних зарядів –  одиниць і нулів на поверхні диска) і перетворенні отриманих даних в електричні сигнали.

Сьогодні існує цілий ряд форматів цифрового звуку, що перевершують за якістю компакт-диск, причому доступні вони як на фізичних носіях, так і в мережі інтернет.

Типи аудіо форматів

Сьогодні настав час, коли кожному любителеві музики, не кажучи вже про професійних музикантів і аудіоредакторів, для досягнення якісного звучання необхідно розбиратися в таких поняттях як формати аудіофайлів, бітрейти, розширення, розрядність, частота дискретизації і в багатьох інших. Звук став цифровим, а це означає, що його можна використати в різних цілях, наприклад, для для презентацій, озвучування відеороликів тощо. Фактично цифровий звук, так само як і зображення є безліччю окремих пікселів і, чим їх більше, тим якісніше виходить і сама звукова картина. Такий «піксельний» звук можна редагувати і обробляти.

На малюнку представлений приклад запису звукової хвилі, де зеленою кривою позначений початковий звук, а фіолетовими стовпцями його цифровий вид. Число відрізків в одну секунду – це частота дискретизації. При цьому цифрове представлення звуку має наступний вигляд.

Важливу роль при оцінці якості аудіоформатів і, відповідно, якості звуку являється такий параметр як бітрейт, який показує, скільки біт або Кілобіт потрібно для запису однієї секунди звуку. Малі значення бітрейта – низькоякісне звучання, великі – звук вищої якості.

А ось для зберігання і подальшого використання аудіо в тому або іншому вигляді якраз і застосовуються аудіоформати – цифрові записи аудіоданих. Можна сказати, що формат є своєрідним контейнером, де зберігається звук. Фактично усі формати аудіо можна розділити на дві великі категорії: стислі без втрат і стислі з втратами.

Lossy – формати файлів з втратами

MPEG Layer-3 - один з найпоширеніших форматів, який сьогодні застосовується в файлообмінних мережах. Бітрейт в mp3 становить в середньому всього 128 кбіт/с. 

плюси:

- відмінна сумісність з різними програмами і аудіопристроями;
- невеликий розмір.

мінуси:

- низька якість;
 

Як же  кодується  звук у форматі mp3? Принцип кодування формату mp3 простий. При аналізі аудіотрека з нього видаляються деякі частини звукового потоку, які людський слух практично не розрізняє. Чим більше стискування, тим більше деталей віддаляється, і тим помітніше погіршується якість звуку. Завдяки компактності, формат mp3 став незамінний в епоху цифрових технологій.

(Пропоную подивитись фрагмент відео «Як влаштовано формат mp3»

https://youtu.be/D47AAsqZDcs)

Винахід формату mp3 вважають найуспішнішим проектом цифрової історії Німеччини. Проте фахівці упевнені, що наступником mp3 стане формат Anvanced Audio Coding – AAC.

Запатентований формат з меншим, ніж у MP3 втратою якості і з великими можливостями кодування.
плюси:

- наявність технології, що забезпечує хорошу якість при невеликому бітрейті;
- невеликий розмір.

мінуси:

- обмеженість поширення.

Відкритий формат-контейнер, що добре зарекомендував себе при передачі музики і мови, як на малих, так і на великих бітрейтах.
плюси:

- кращий формат аудіо по співвідношенню «якість-розмір»;
- невеликий розмір;

мінуси:

- невисока якість;
- обмежена підтримка плеєрами та браузерами.

Стрімінгові сервіси, де можна послухати музику в форматі Lossy

• Spotify - найбільш популярний в світі сервіс, який перетворився на своєрідну соціальну мережу, відрізняється швидкодією і наявністю величезної кількості високоякісної музики з високим бітрейтом;
• Apple Music - понад 30 мільйонів музичних композицій, зручні плейлисти, авторські збірки;
• YouTube Premium - універсальний сервіс з великою колекцією музики, кураторські плейлисти, простий доступ;
• SoundCloud - більше 125 мільйонів аудіозаписів з реальною можливістю контактувати з виконавцями та ін.;

Lossless – формати файлів без втрат

З метою максимально уникнути зниження якості звуку під час стиснення аудіофайлу розроблені спеціальні способи збереження звукової інформації, уникаючи втрат, які фактично можна порівняти з архівуванням, коли інформація просто упаковуються в файл zip, розмір якого помітно менше ніж вихідні дані. Згодом ці дані можна чітко відновити до кожного біта. Такі аудіофайли мають загальну назву Lossless – музика «як є». Подібні алгоритми дозволяють стискати файли в два-три рази. В результаті розмір виходить досить великий, але при цьому з збереженням оригінального звуку.

Абревіатура – це назва «Free Lossless Audio Codec». Він забезпечує повне збереження всіх даних з аудиопотока, здатний стискати від 1,4 до 4 разів з бітрейтом 350-1010 Кбіт/с, застосовується для створення аудіо-колекцій і використовуються для прослуховування на апаратурі преміального рівня.

плюси:

- висока якість;
мінуси:

- досить великий розмір;
- на старих ОС необхідно додатково завантажувати відповідні плеєри.

Waveform Audio Format – один зі старих форматів, який був створений Microsoft спільно з IBM. Це кращий формат аудіо для обробки і зберігання незтиснутих аудіо, які за якістю відповідають CD-дисків. Одна хвилина звуку в ньому «важить» близько 10 Мб. Саме тому зберігати в wav фонотеку або пересилати ці аудіофайли по інтернету недоцільно.

плюси:

- бездоганна якість;
- миттєва розпакування - «на льоту» при економічному використанні процесора;
- велике поширення і підтримка великою кількістю програм і аудіопристроїв.

мінуси:

- велика вага.

Для зберігання стислої інформації без втрат на пристроях Apple. Відносно ступеня стиснення він дещо поступається безкоштовному FLAC.
плюси:

- відсутні втрати в якості при копіюванні з CD;
- можливість простий конвертації в будь-які інші формати аудіофайлів з отриманням хорошої якості;
- відновлення колекції CD-дисків шляхом записів нових в тій же якості замість пошкоджених.

мінуси:

- великий розмір;
- обмеження в підтримці аудіопристроями.

Де можна знайти музику в форматах Lossless?

Прослуховування музики в форматах без втрат – це справжня насолода. Причому використовуючи звичайні настільні колонки для комп'ютера або бюджетні навушники весь потенціал lossless-форматів розкрити не вийде. Для цього потрібна аудіоапаратура високого класу: програвачі, акустичні системи, підсилювачі, преміальні навушники і навіть високоякісні кабелі. При цьому залишається одне питання, де брати музику в цих форматах?

В даний час поряд з AudioCD можна мати високоякісну музику завжди під рукою. Цьому сприяють мережеві стрімінговие музичні сервіси, популярність яких постійно зростає.

Серед них можна виділити наступні:

• Deezer - величезний вибір музики як Lossless з бітрейтом до 1411 Кбіт/с.
• Tidal - популярний сервіс з величезною музичною колекцією у високій якості.

Пропоную написати переваги та недоліки Lossy та Lossless, про які ви почули (скористаємось, наприклад, платформою Padlet).                    

https://padlet.com/kardashivan79/e4dpamp7g8ebrncm

https://padlet.com/kardashivan79/crrf3a1spivwrvzc

Як вже було зазначено раніше, до об’єктів мультимедіа часто відносять тільки аудіо- та відеооб’єкти. Поговоримо про відеоформати.

Історія створення кіно, а потім і виникнення відеоформату також доволі цікава. Зараз вже існує безліч форматів відеофайлів. Вони відрізняються, в основному, методом кодування відео. За своєю суттю відеофайл – це набір статичних зображень, що міняють один одного з певною частотою. Кожне статичне зображення є окремим кадром відео. Це дійсно так, якщо ми говоримо про нестисле відео. Проте, в такому форматі ніхто не зберігає фільми. Річ у тому, що нестисле відео займає на диску дуже багато місця. Принцип стиснення відеофайлів є аналогічними стисненню аудіофайлів.

Для стиснення цифрових мультимедіа файлів використовується спеціальні програми – кодеки. Це своєрідна формула, яка визначає, яким чином можна «упакувати» відео контент. Кодеки виконують і зворотну операцію розкодування, в цьому випадку їх називають декодерами. Найбільш популярними відео кодеками є наступні: DivX, XviD, H.261, H.263, H.264 та ін. Кодеки перетворюють дані в особливий файл, який називають контейнером.

Розглянемо найпоширеніші відеоформати або краще сказати, контейнери.

Контейнер – це файл з будь-яким розширенням, який служить для зберігання в цифровому вигляді перетвореної аналогової інформації.

Деякі контейнери можуть зберігати службову інформацію. Так, наприклад, в відеофайл можуть бути включені титри, які є не частиною відеозображення, а звичайним текстом. Ряд програвачів мають можливість включати або відключати відображення титрів в кадрі. Тобто, контейнер є файлом якогось стандарту, в якому одночасно може мати декілька різних типів інформації.

 Ось найбільш поширені контейнери для зберігання відео і звуку:

• AVI . Даний вид файлів найбільш поширений, проте, він має ряд обмежень. Наприклад, в ньому може міститися лише одна стерео доріжка звуку, що робить його непридатним для зберігання фільмів з об'ємним звуком або фільмів зі звуковим супроводом на декількох мовах. Проте, даний контейнер як і раніше залишається найпоширенішим.
• MP4 . Це контейнер розроблений групою MPEG (Moving Picture Experts Group –  група експертів по рухомому зображенню). Він призначений для зберігання відео, аудіо інформації, а також деяких видів анімації. Контейнер підтримує різні формати звукового стиснення, в тому числі і багатоканальні. Найчастіше контейнер MP4 використовується в різних портативних пристроях.
• MKV . Даний контейнер, що з'явився порівняно недавно, значно перевищує за своїми можливостями файли формату AVI. Крім відео і звукової інформації контейнер MKV може зберігати в собі інформацію про титрах, а також навігаційні меню (подібні меню DVD дисків) і посилання на розділи фільму. У контейнер MKV можуть бути упаковані відео і аудіо самих різних форматів, що, можливо, зробить даний вид контейнера поширеним. Однак в даний час відтворення файлів формату MKV підтримує невелика кількість пристроїв, а для відтворення таких файлів на комп'ютері необхідно встановлювати спеціальні програмні модулі, здатні розділити потоки інформації різних типів.
• OGG (OGM) . Спочатку контейнер розроблявся для зберігання звуку, однак пізніше виявилося, що він може містити відео та інформацію про титри. Контейнер, в основному, призначався для потокової передачі даних через Інтернет, тому не дуже добре підходить саме для зберігання аудіо та відео інформації. У ряді випадків ви не зможете перемотати відео або звуковий трек на потрібне місце.
• Quick Time . Даний контейнер, в першу чергу призначений для використання на комп'ютерних платформах Apple. Файли з розширенням MOV містять стислий відео і звук, при цьому якість і дозвіл відео може бути дуже високим. Контейнери Quick Time, звичайно, можна використовувати на комп'ютерних платформах PC, для цього потрібно встановити відповідне програмне забезпечення. Однак багато програм не підтримують роботу з файлами даного формату або некоректно з ним працюють.
• MPEG (Moving Pictures Experts Group) – відеофайли, в яких міститься відео, закодоване за допомогою стандартів MPEG. Технологія MPEG використовує потокове стиснення відео, при якому обробляється не кожен кадр окремо, а аналізуються зміни відеофрагментів і видаляється надлишкова інформація.

Програмне забезпечення для опрацювання об’єктів мультимедіа

Вам вже, мабуть, траплялися певні програми для опрацювання мультимедійних даних – аудіо- та відеопрогравачі, оскільки ви відтворювали на своїх комп’ютерах музичні композиції або відеофільми. З використанням смартфонів або планшетних комп’ютерів, можливо, здійснювали записи відео або звуку. Для цього також використовувалось певне програмне забезпечення. Більш загальну класифікацію за призначенням програм опрацювання аудіо- та відеоданих подано на малюнку.

Пропоную познайомитись із  платформою Renderforest. Вона призначена для безкоштовного створення відеороликів, слайд-шоу, сімейних, випускних відео, анімаційних відеороликів, рекламних роликів про продукти або послуги, анімаційних логотипів і багато чого іншого.

V. Фізкультхвилинка

VI. Засвоєння нових знань, формування вмінь

Практичне завдання.

Робота за комп’ютером

1. Інструктаж з БЖД.
2. Інструктаж перед виконанням роботи.

Створимо мультимедійний файл, у якому використовуються графічні, звукові, текстові дані на платформі

 https://www.renderforest.com/ru/

Завдання: створимо  рекламу професії, наприклад, однієї з професій «Метінвест».

Відомо, що для нашого міста підприємства Групи «Метінвест» відіграють важливу роль. Підприємства продовжують безперебійно працювати, забезпечуючи робочі місця. Податки і відрахування в бюджет – це істотний внесок в створення фінансової можливості для міста забезпечувати лікарні всім необхідним, виплачувати заробітну плату вчителям, лікарям, працівникам комунальних служб, проводити протиепідемічні заходи.

Хтось із ваших батьків працює на підприємствах Групи «Метінвест». Прорекламуйте, наприклад, саме їх професію! Або будь-яку іншу, яка є затребуваною .   

У пригоді стануть сторінки сайтів https://metinvestholding.com/ua/careers/vacancies та

https://careerhub.in.ua/metallurgy/

В процесі створення медіафайлу можемо використовувати звукові файли, які  є на платформі так і ті, які можна завантажити самостійно або записати, використовуючи мікрофон.

При роботі зверніть увагу: який формат аудіофайла використовується при додаванні його до медіафайлу?

Після створення та скачування файлу на свій комп’ютер, зверніть увагу, який формат має цей відеофайл. А на наступному уроці ми конвертуємо цей файл у файл іншого формату.

3. Практична робота за комп’ютерами.

 Приклади створення файлів можна подивитись за посиланням: https://drive.google.com/drive/folders/1lWxezTx_GixjOCUO_QqsWUv3iAayLI4z?usp=sharing (папка)

https://youtu.be/Sc2KmifPFac (приклад-файл)

4. Вправи для зняття зорової втоми.

VIІ. Підсумки уроку

Рефлексія

1. Що нового ви сьогодні дізналися?
2. Що сподобалось на уроці? Запам’яталось?
3. Чого навчилися? Чому б хотіли навчитись глибше?
4. В чому виникали труднощі?

VІІI. Домашнє завдання

Прочитати п.5.1 (стор.118-122)

Доопрацювати рекламу професії та надіслати результат на е-mail учителю.

ІХ Оцінювання роботи учнів

Використані ресурси:

https://uk.wikipedia.org/wiki/   Компакт-диск

https://uk.wikipedia.org/wiki/   Категорія:Відео_формати

https://ukr.kagutech.com/4000549-audio-formats-views-and-their-description

https://znaimo.com.ua

https://znaeteli.ru/2010/09/umestitsya-li-9-ya-simfoniya-betxovena-na-cd/

https://www.pult.ru/articles/interesting/audioformaty/

http://evmhistory.ru/tutorial/sound.html

https://videovegas.ru/urok-14-formaty-videofajlov.html

https://youtu.be/z2EUT4gwkr4

https://careerhub.in.ua/metallurgy/

Й.Я. Ривкінд, Т.І.Лисенко, Л.А.Чернікова, В.В.Шакотько. Інформатика 8: підручник для 8 класу закладів загальної середньої освіти, Київ: «Генеза»,2021р.