Kompresja danych

Kompresja danych

Czym jest KOMPRESJA DANYCH? Jest sztuką, czy też nauką, reprezentowania informacji w zwięzłej postaci, w taki sposób, aby można ja było odzyskać w pełni lub nieznacznie zmianą

Co poddajemy kompresji? Pliki tekstowe Pliki wykonywalne Muzykę Głos Wideo Obraz Bazy danych

Rodzaje kompresji • Kompresja stratna • Kompresja bezstratna

Kompresja bezstratna • Zachowuje całą informację o oryginalnych danych • W zależności od rodzaju danych wejściowych potrafi zmniejszyć je o 20-50% • z postaci skompresowanej można odzyskać identyczną postać pierwotną, np. pliki rar, zip. • Osiąga stosunkowo niskie wartości kompresji, mieszczące się na ogół w zakresie 2 : 1 do 8 : 1

Kompresja stratna • Powoduje utratę pewnej liczby informacji z oryginału • Może kompresować dane ze współczynnikami rzędu 100 : 1 (czyli tworzyć pliki o wielkości 1% w stosunku do rozmiaru oryginalnego) • odzyskanie pełni danych jest niemożliwe, np. pliki mp3, mpg, jpg.

Kompresja bezstratna Kompresja stratna Teksty Programy komputerowe Bazy danych Arkusze kalkulacyjne Pliki konfiguracyjne Dane przesyłane w sieciach komputerowych Niektóre rodzaje grafiki ( format GIF, TIFF, RAW) Dźwięk (kompresja GSM wykorzystywana w telefonii komórkowej) Muzyka (format MP3, ogg, AC3) Obraz (format JPEG, WMV) Filmy (format MPEG, DivX , RMVB, H.264, AVI) Zastosowanie kompresji danych

Wybór metody kompresji • Mając dany plik graficzny, musimy określić jakiego typu kompresję zastosujemy. Jeżeli jest to złożona fotografia z dużą ilością kolorów, najlepsze efekty uzyskamy stosując kompresję do formatu JPG.

Fotografia w formacie BMP, czyli plik nieskompresowany Wielkość: 440 KB (100%) Fotografia w formacie JPG, z kompresją 65% Wielkość: 16 KB (3,6%). Widzimy tutaj bardzo wyraźnie, że taka kompresja doskonale się sprawdza. Stwierdzić możemy jedynie niewielką utratę jakości, przy ponad 27-krotnym zmniejszeniu rozmiaru pliku.

Wnioski Mimo wciąż wzrastających prędkości łączy dobrych zwyczajem jest kompresowanie przesyłanych plików, NIGDY nie przesyłaj grafiki w formacie BMP. Duże, skomplikowane grafiki z dużą ilością kolorów kompresuj do formatu JPG, najlepszy efekt uzyskasz używając stopnia kompresji z przedziału 60-80%.

Kompresja stratna • Kompresja JPG dzieli obraz na kwadraty różnej wielkości i układu -zależnie od lokalnego zróżnicowania pikseli. W ich ramach dokonuje redukcji do pasm tonalnych lub do jednej barwy. Natężenie tych przekształceń jest regulowane.

Kompresja stratna JPG Różne stopnie kompresji JPG oryginału o objętości 47 KB Powiększenie twarzy 99% 50% 95% 99% 85% 3,96 KB 1,23 KB 0,96 KB 2,17 KB

Przykłady algorytmów bezstratnych • Kompresja LZW(Lemple-Zif-Welch) • wykorzystywana m.in. przez formaty TIFF, PDF, PostScript, GIF • jest efektywna w przypadku obrazów zawierających duże obszary o jednakowych barwach

Kompresja LZW • Polega na eliminowaniu powtarzających się ciągów danych W definicji palety zawarte są dane o tym, ile kolorów jest wykorzystywanych przez obrazek. Jeśli jest ich np. 256, to każdy z tych kolorów otrzymuje swój numer od 1 do 256 - to są numery indeksu palety obrazka. Numerowanie tych kolorów (przez program) to indeksowanie palety.

Kompresja LZW • Przypuśćmy, ze blok obrazka zawiera następujący ciąg numerów indeksu palety: 1 1 1 2 3 2 1 2 3 19 19 1 1 1 19 19 2 3 2 1 19 19 1 1 1 • Najpierw zaznaczymy powtarzające się ciągi trzech lub więcej numerów: 1 1 1 2 3 2 1 2 3 19 19 1 1 1 19 19 2 3 2 1 19 19 1 1 1

Kompresja LZW 1 1 1 2 3 2 1 2 3 19 19 1 1 1 19 19 2 3 2 1 19 19 1 1 1 • Następnie zastępujemy powtórzone ciągi wskaźnikami, które odsyłają do wcześniejszego wystąpienia ciągu. Otrzymujemy zapis: 1 1 1 2 3 2 [3, 3] 19 19 [1, 3] 19 19 [4, 4][10, 5] • Wskaźnik [3, 3] odsyła do ciągu zaczynającego się od trzeciego numeru [1] i mającego łączną długość 3 [1 2 3].

Kompresja LZW 1 1 1 2 3 2 [3, 3] 19 19 [1, 3] 19 19 [4, 4][10, 5] • Taki zapis pozwala odtworzyć oryginalny ciąg danych poprzez zastąpienie wskaźnika numerami, do których on odsyła • uzyskujemy w ten sposób dekompresje pliku i żadne dane nie ulegają zagubieniu. • metoda kompresji LZW nazywana jest ilościową, czyli bezstratną.

Kompresja ZIP • wykorzystywana przez formaty PDF, TIFF oraz programy (WinZip) • Efektywna w przypadku obrazów o dużych obszarach jednakowych barw (j.w.)

Kompresja RLE (Run Lenght Encoding) • Wykorzystywana przez program Photoshop i niektóre programy Windows (dostępna np. dla formatu BMP) • Efektywność: j.w.

Kompresja CCITT (Consulative Committee on International Telegraphy and Telephony) • Wykorzystywana w formatach PDF, PS, TIFF • Do pakowania obrazów 1-bitowych (czarno-białych)

Kompresja stratna • JPEG • wykorzystywana przez formaty JPEG, PDF, PostScript • Obrazy JPEG mogą być drukowane na urządzeniach PostScript Level 2 lub 3

Zastosowanie formatów graficznych (internet)

GIF – kompresja stratna czy bezstratna? • 1987: 1 wersja (GIF87a) – bez możliwości animacji • 1989: 2 wersja – poszerzona o możliwość zapisu klatek animacyjnych • BUDOWA FORMATU GIF • 1. Nagłówek – określa ogólne parametry pliku • 2. Bloki kontrolne - określają czas wyświetlania obrazka • oraz to, co nastąpi po upływie tego czasu • 3. Bloki obrazka • 4. Bloki dodatkowe

GIF – kompresja stratna czy bezstratna? • Ad. 3. BLOK OBRAZKA • Budowa bloku obrazka • Opis obrazka • Definicja palety obrazka (jeśli różni się od palety ogólnej) • Skompresowane dane obrazka • Ad.4. BLOKI DODATKOWE • Nie wyświetlane komentarze • Tekst i inne informacje

GIF – kompresja stratna czy bezstratna? GIF, 256 barw, 2,41 KB GIF, 16 barw, 0,98 KB JPG, 50%, 2,24 KB JPG, 10%, 4,07 KB

PNG – następca GIFa • może przechowywać grafikę truecolor (aż do 48 bitów na piksel); • może przechowywać grafikę grayscale (aż do 16 bitów na piksel); • uwzględnia współczynnikprzezroczystości (alpha channel); • oferuje korekcję gamma; • zapewnia szybkie wyświetlanie grafiki w trybie progresywnym; • zapewnia efektywną, bezstratną kompresję (o ok. 10 30 proc. bardziej wydajną niż stosowana w GIF-ie); • łatwy do rozbudowy bez utraty zgodności ze standardem

Kompresja danych