KOMPRESJA

KOMPRESJA

KOMPRESJA

KOMPRESJA

I. Pojęcie - kompresja danych

I. Pojęcie - kompresja danych

II. Rodzaje kompresji

II. Rodzaje kompresji

III. Kompresja bezstratna

III. Kompresja bezstratna

IV. Kompresja stratna

IV. Kompresja stratna

V. Podział algorytmów kompresji

V. Podział algorytmów kompresji

VI. Kwartyzacja

VI. Kwartyzacja

(Jako przykład metody kompresji dzwięków

(Jako przykład metody kompresji dzwięków

zaliczanych do metod stratnych)

zaliczanych do metod stratnych)

VII. Kodowanie Huffman’a

VII. Kodowanie Huffman’a

(Jako przykład metody kompresji dzwięków

(Jako przykład metody kompresji dzwięków

zaliczanych do metod bezstratnej kodowania

zaliczanych do metod bezstratnej kodowania

statystycznego)

statystycznego)

I.

Kompresja danych

(ang. data compression) – polega na
zmianie sposobu zapisu

informacji

tak,

aby zmniejszyć

redundancję

i tym

samym objętość zbioru. Innymi słowy
chodzi o wyrażenie tego samego
zestawu informacji, lecz za pomocą
mniejszej liczby

bitów

.

II. Z pomocą potrzebom przesyłania muzyki

II. Z pomocą potrzebom przesyłania muzyki

przez Internet przychodzi

przez Internet przychodzi

kompresja

kompresja

, czyli

, czyli

"pakowanie" danych dźwiękowych. 

"pakowanie" danych dźwiękowych. 

Wyróżniamy  dwa rodzaje kompresji:

Wyróżniamy  dwa rodzaje kompresji:

-kompresja bezstratna

-kompresja bezstratna

-kompresja stratna

-kompresja stratna

III. Kompresja bezstratna

III. Kompresja bezstratna

→zachowuje pełną informację o przebiegu sygnału

→zachowuje pełną informację o przebiegu sygnału

dźwiękowego

dźwiękowego

→polega na sprytnej zmianie sposobu zapisu danych,

→polega na sprytnej zmianie sposobu zapisu danych,

dzięki czemu zapis jest oszczędniejszy

dzięki czemu zapis jest oszczędniejszy

→możliwość stosowania tego rodzaju kompresji

→możliwość stosowania tego rodzaju kompresji

wynika z faktu, że standardowe sposoby zapisu

wynika z faktu, że standardowe sposoby zapisu

dźwięku (np. pliki wav) są dość "rozrzutne" pod

dźwięku (np. pliki wav) są dość "rozrzutne" pod

względem wykorzystania pamięci. Dlatego

względem wykorzystania pamięci. Dlatego

zmieniając sposób zapisu da się sporo danych

zmieniając sposób zapisu da się sporo danych

"upakować".

"upakować".

Zwykle kompresja bezstratna pozwala przeciętnie w

Zwykle kompresja bezstratna pozwala przeciętnie w

np. w jednym bajcie danych skompresowanych

np. w jednym bajcie danych skompresowanych

zapisać więcej niż 1 bajt danych wyjściowych.

zapisać więcej niż 1 bajt danych wyjściowych.

Możliwe do zastosowanie metody to m.in. dlatego

Możliwe do zastosowanie metody to m.in. dlatego

że:

że:

- można np. oznaczać obszary ciszy i zapisywać je

- można np. oznaczać obszary ciszy i zapisywać je

oszczędniej niż w 16 bitach na kanał i na jedną

oszczędniej niż w 16 bitach na kanał i na jedną

próbkę sygnału (w końcu większość rozpiętości

próbkę sygnału (w końcu większość rozpiętości

przedziału od 0 do 32 768 dla cichych dźwięków się

przedziału od 0 do 32 768 dla cichych dźwięków się

"marnuje")

"marnuje")

- dla muzyki w której różnice między kanałami

- dla muzyki w której różnice między kanałami

stereo są nieznaczne można zapisywać dokładnie

stereo są nieznaczne można zapisywać dokładnie

zsumowany sygnał (mono), a różnice (które będą

zsumowany sygnał (mono), a różnice (które będą

niewielkie) kodować oszczędniejszym sposobem.

niewielkie) kodować oszczędniejszym sposobem.

- i inne, jakie tylko wymyślą mądrzy naukowcy...

- i inne, jakie tylko wymyślą mądrzy naukowcy...

Formaty kompresji bezstratnej są różne. Przykładem

Formaty kompresji bezstratnej są różne. Przykładem

może być tu np. 

może być tu np. 



monkey's audio

monkey's audio



LPAC

LPAC



RKAU

RKAU



FLAC

FLAC



WavPack

WavPack



jeden z podformatów quicktime'a

jeden z podformatów quicktime'a

Niestety, kompresja bezstratna zazwyczaj nie daje

Niestety, kompresja bezstratna zazwyczaj nie daje

dużych możliwości zmniejszenia rozmiaru plików - zysk

dużych możliwości zmniejszenia rozmiaru plików - zysk

na pojemności pamięci oscyluje w okolicy 2  razy (w

na pojemności pamięci oscyluje w okolicy 2  razy (w

najlepszych warunkach 3-4). Dlatego stosuje się nieco

najlepszych warunkach 3-4). Dlatego stosuje się nieco

gorszą jeśli chodzi o wierność zapisu, ale znacznie

gorszą jeśli chodzi o wierność zapisu, ale znacznie

wydajniejszą -

wydajniejszą -

kompresję stratną

kompresję stratną

.

.

IV. Kompresja stratna

IV. Kompresja stratna

→

→

wykorzystuje kilka uzupełniających się efektów i

wykorzystuje kilka uzupełniających się efektów i

technik:

technik:

1)

1)

ten typ kompresji może wykorzystać prawie

ten typ kompresji może wykorzystać prawie

wszystkie metody kompresji bezstratnej

wszystkie metody kompresji bezstratnej

2) ponieważ ludzki narząd słuchu nie jest

2) ponieważ ludzki narząd słuchu nie jest

stuprocentowo dokładny, to wiele dźwięków jest

stuprocentowo dokładny, to wiele dźwięków jest

przezeń "gubionych" i można ich po prostu nie

przezeń "gubionych" i można ich po prostu nie

zapisywać, oszczędzając przy tym pasmo pamięci.

zapisywać, oszczędzając przy tym pasmo pamięci.

→

→

ta druga metoda - wykorzystanie niedokładności

ta druga metoda - wykorzystanie niedokładności

słuchu jest właśnie kluczem do wydajności

słuchu jest właśnie kluczem do wydajności

kompresji stratnej.

kompresji stratnej.

W jej ramach sygnał dźwiękowy jest analizowany

W jej ramach sygnał dźwiękowy jest analizowany

pod kątem owych niedostrzeganych słuchem

pod kątem owych niedostrzeganych słuchem

elementów - np. maskowanie dźwięków cichych

elementów - np. maskowanie dźwięków cichych

przez głośne, lub maskowanie gorzej słyszalnych

przez głośne, lub maskowanie gorzej słyszalnych

dźwięków

dźwięków

→dzięki kompresji stratnej daje się (bez

→dzięki kompresji stratnej daje się (bez

wyraźnego pogorszenia jakości dźwięku)

wyraźnego pogorszenia jakości dźwięku)

upakować dane audio 10-cio, a nawet 20-to

upakować dane audio 10-cio, a nawet 20-to

krotnie.

krotnie.

→ typowe nagranie zajmuje nie kilkadziesiąt, a

→ typowe nagranie zajmuje nie kilkadziesiąt, a

kilka megabajtów pamięci

kilka megabajtów pamięci

Kompresję stratną stosuje się w następujących

Kompresję stratną stosuje się w następujących

formatach zapisu dźwięku:

formatach zapisu dźwięku:



mp3 (także mp3 pro - twórca Instytut

mp3 (także mp3 pro - twórca Instytut

Fraunhoffera)

Fraunhoffera)



wma, asf  (MICROSOFT)

wma, asf  (MICROSOFT)



mpeg

mpeg



ogg (Vorbis - projekt open source)

ogg (Vorbis - projekt open source)



atrac (SONY)

atrac (SONY)



aac, ac3 (APPLE)

aac, ac3 (APPLE)



vqf (YAMAHA)

vqf (YAMAHA)



i inne 

i inne 

V. Algorytmy kompresji dzieli się na algorytmy

V. Algorytmy kompresji dzieli się na algorytmy

zastosowania ogólnego, oraz algorytmy do danego

zastosowania ogólnego, oraz algorytmy do danego

typu danych.

typu danych.



Większość algorytmów

Większość algorytmów

bezstratnych to

bezstratnych to

algorytmy zastosowania

algorytmy zastosowania

ogólnego oraz ich

ogólnego oraz ich

drobne przeróbki, dzięki

drobne przeróbki, dzięki

którym lepiej działają z

którym lepiej działają z

określonymi typami

określonymi typami

danych. Nawet drobne

danych. Nawet drobne

poprawki mogą

poprawki mogą

znacząco polepszyć

znacząco polepszyć

wyniki dla pewnych

wyniki dla pewnych

typów danych.

typów danych.



Algorytmy kompresji

Algorytmy kompresji

stratnej często jako

stratnej często jako

ostatniej fazy używają

ostatniej fazy używają

kompresji bezstratnej.

kompresji bezstratnej.

W takim przypadku

W takim przypadku

poprzednie fazy mają

poprzednie fazy mają

za zadanie nie tyle

za zadanie nie tyle

kompresować ile

kompresować ile

przygotować dane do

przygotować dane do

łatwiejszej kompresji

łatwiejszej kompresji

.

.

VI. Kwartyzacja

VI. Kwartyzacja



to najprostsza metoda, zaliczana do metod stratnych. metoda,

to najprostsza metoda, zaliczana do metod stratnych. metoda,

zaliczana do metod stratnych.

zaliczana do metod stratnych.



błąd kwantyzacji jest łatwy do zmierzenia i zależy od liczby

błąd kwantyzacji jest łatwy do zmierzenia i zależy od liczby

poziomów kwantyzacji.

poziomów kwantyzacji.



w systemach cyfrowych kwantyzacja jest używana do konwersji

w systemach cyfrowych kwantyzacja jest używana do konwersji

sygnałów analogowych na postać cyfrową przed zasadniczym

sygnałów analogowych na postać cyfrową przed zasadniczym

procesem przetwarzania lub zastosowaniem bardziej

procesem przetwarzania lub zastosowaniem bardziej

zaawansowanych metod kompresji

zaawansowanych metod kompresji



większość przypadków kwantyzacji podlega tylko jedna próbka

większość przypadków kwantyzacji podlega tylko jedna próbka

w danej chwili czasu.

w danej chwili czasu.



Metoda ta opiera się silnie na liniowych, nieliniowych i

Metoda ta opiera się silnie na liniowych, nieliniowych i

probabilistycznych zależnościach pomiędzy kolejnymi próbkami

probabilistycznych zależnościach pomiędzy kolejnymi próbkami



W przypadku dźwięku osiąga się w ten sposób wysoki stopień

W przypadku dźwięku osiąga się w ten sposób wysoki stopień

kompresji.

kompresji.

VII.

VII.

Kodowanie Huffman'a

Kodowanie Huffman'a



to bezstratna metoda kodowania statystycznego,

to bezstratna metoda kodowania statystycznego,

przedstawiona przez Davida A. Huffman�a w roku 1952

przedstawiona przez Davida A. Huffman�a w roku 1952



wykorzystuje fakt, ze pewne wartości danych występują

wykorzystuje fakt, ze pewne wartości danych występują

częściej niż inne

częściej niż inne

Istnieją trzy możliwe warianty kodowania metodą

Istnieją trzy możliwe warianty kodowania metodą

Huffman'a:

Huffman'a:

1. statyczny- tabela częstotliwości symboli ustalana jest z góry,

1. statyczny- tabela częstotliwości symboli ustalana jest z góry,

niezależnie od tego jakie dane są kodowane.

niezależnie od tego jakie dane są kodowane.

2. dynamiczny- w celu wypełnienia tabeli częstotliwościami,

2. dynamiczny- w celu wypełnienia tabeli częstotliwościami,

dokładnie dla tych danych które są kodowane, przed

dokładnie dla tych danych które są kodowane, przed

rozpoczęciem kodowania dokonywana jest analiza

rozpoczęciem kodowania dokonywana jest analiza

częstotliwości symboli w strumieniu wejściowym.

częstotliwości symboli w strumieniu wejściowym.

3. adaptacyjny -Wstępne założenia o częstotliwości występowania

3. adaptacyjny -Wstępne założenia o częstotliwości występowania

symboli zostają w trakcie kodowania dostosowane do

symboli zostają w trakcie kodowania dostosowane do

częstotliwości rzeczywiście występujących.

częstotliwości rzeczywiście występujących.