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.

Dźwięk (kompresja GSM wykorzystywana w telefonii

komórkowej)

Muzyka (format MP3, ogg, AC3)

Obraz (format JPEG, WMV)

Filmy (format MPEG, DivX , RMVB, H.264, AVI)

Teksty

Programy komputerowe

Bazy danych

Arkusze kalkulacyjne

Pliki konfiguracyjne

Dane przesyłane w sieciach komputerowych

Niektóre rodzaje grafiki

( format GIF, TIFF, RAW)

Kompresja

stratna

Kompresja bezstratnaZastosowanie 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.

Wnioski1. Mimo wciąż wzrastających prędkości

łączy dobrych zwyczajem jest kompresowanie przesyłanych plików, NIGDY nie przesyłaj grafiki w formacie BMP.

2. 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

50% 85% 95% 99%Powiększenie twarzy 99%

3,96 KB 2,17 KB 1,23 KB 0,96 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 LZW1 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 LZW1 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)Rodzaje obiektów graficznych i zalecane dla nich formaty

Obiekt graficzny Cechy charakterystyczne Optymalne formaty zapisu i parametry

Bannery reklamoweNajczęściej są animacjami, zawierają napisy, niewielką liczbę kolorów, czasem zdjęcia. Konieczna dobra jakość.

GIF 32 kolory, optymalizacja. Flash.

Interaktywne przyciski - odnośnikiZawierają napisy, liczba kolorów zależna od zawartości. Na obiekt składają się dwa obrazy. Dobra jakość.

Dobór formatu w zależności od cech. GIF, PNG. JPG 40% jakości. Flash.

AnimacjeŚrednia liczba kolorów (poniżej 128), niewielkie rozdzielczości. Dobra jakość.

GIF 16, 128 kolorów, optymalizacja. Flash.

Galerie internetoweDuża liczba kolorów, łagodne przejścia tonalne, wysokie rozdzielczości. Konieczna wysoka jakość.

GIF, PNG do 4 kolorów (ryciny), pozostałe: JPG 40-50% jakości.

Miniatury, tzw. thumbnailsDuża liczba kolorów, niskie rozdzielczości, funkcja podglądu - zazwyczaj niska jakość.

GIF, PNG do 4 kolorów (ryciny), pozostałe: JPG 30% jakości.

Obrazki "tekstowe"Zawierają napisy, niewielką liczbę kolorów. Wysoka jakość przy niewielkich rozmiarach.

GIF, PNG 16, 32 kolory.

Linie rozdzielająceObrazy o dużych szerokościach, często animowane i przezroczyste - krzywoliniowe. Dobra jakość.

Dobór w zależności od liczby kolorów. GIF, PNG do 128 kolorów. JPG 50% jakości.

Obrazy tła stronCzęsto duża liczba kolorów. Średnia jakość.

Dobór w zależności od charakteru wzoru na obrazku. Niewielka liczba kolorów: formaty GIF, PNG. Duża liczba kolorów: JPG 30-40% jakości.

Zastosowanie formatów graficznych (internet)

Standardy grafiki statycznej

Format  Charakterystyka

JPGStratna metoda kompresji (z utratą jakości). Paleta 16 mln kolorów lub 256 odcieni szarości. Brak możliwości definiowania przezroczystości.

GIFKompresja bezstratna (bez utraty jakości), ale mało efektywna. Maksymalny rozmiar palety kolorów - 256. Możliwość uzyskania przezroczystości.

PNG

Kompresja bezstratna, nieco lepsza niż w formacie GIF. Definicja standardu nie jest opatentowana. Liczba kolorów: 16 mln + kanał Alpha (2 bajty) oraz paleta indeksowana do 256 kolorów. Możliwość uzyskania przezroczystości i półprzezroczystości (Alpha).

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

JPG, 50%, 2,24 KB

GIF, 16 barw, 0,98 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 współczynnik przezroczystości (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