Vysvětlete pojem komprese souborů, rozlište bezeztrátovou a ztrátovou kompresi. Charakterizujte situace, ve kterých se tyto druhy komprese hodí a používají.: Porovnání verzí

Řádek 36: Řádek 36:
 
*pro samotnou kompresi se použije jeden z mnoha bezeztrátových kompresních algoritmů
 
*pro samotnou kompresi se použije jeden z mnoha bezeztrátových kompresních algoritmů
  
Algoritmy ztrátové komprese
+
'''Algoritmy ztrátové komprese'''
 
*'''Fourierova transformace:''' je základním nástrojem pro zpracování signálů.  Transformace převádí signál z časové reprezentace do frekvenční a naopak. Umožňuje analyzovat frekvenční obsah signálu
 
*'''Fourierova transformace:''' je základním nástrojem pro zpracování signálů.  Transformace převádí signál z časové reprezentace do frekvenční a naopak. Umožňuje analyzovat frekvenční obsah signálu
 
*'''Vlnková transformace:''' umožňuje získat časově-frekvenční popis signálu. Poskytuje tak nejen informace o tom, které frekvence se v signálu nacházejí, ale také informace o jejich umístění v čase, tedy o poloze a délce dané frekvence.  
 
*'''Vlnková transformace:''' umožňuje získat časově-frekvenční popis signálu. Poskytuje tak nejen informace o tom, které frekvence se v signálu nacházejí, ale také informace o jejich umístění v čase, tedy o poloze a délce dané frekvence.  

Verze z 28. 2. 2020, 14:08

Stránka ve výstavbě
Inkwell icon - Noun Project 2512.svg Na této stránce se právě pracuje. Prosím needitujte tuto stránku, dokud na ní zůstává tato šablona. Předejdete tak editačnímu konfliktu. Jestliže uběhla od poslední editace doba alespoň dvou dnů, neváhejte tuto šablonu odstranit. Inkwell icon - Noun Project 2512.svg

Komprese dat

Komprese, neboli také komprimace je speciální postup při ukládání nebo transportu dat. Úkolem je zpracování počítačových dat s cílem zmenšit jejich objem při současném zachování informací v datech obsažených. Obecně se jedná o snahu zmenšit velikost datových souborů. Komprese může být nutná při omezené datové propustnosti (např. mobilní telefon komprimuje hovor pro přenos GSM sítí). Zvláštními postupy jako je kódováním, které je dané zvoleným kompresním algoritmem se ze souboru odstraňují nadbytečné informace. [1]

Opakem komprimace je poté dekomprimace, neboli opačný proces, kdy se zkomprimovaná (zabalená) data převedou (rozbalí) zpět do původního stavu.

Cíl komprese: redukovat objem dat za účelem

  • přenosu dat přes síť s omezenou rychlostí
  • archivace dat
  • vytvoření distribuce SW
  • ochrany před viry

Postupy:

  • na jakoukoliv metodu komprese lze nahlížet jako na transformaci vstupných dat, jejímž účelem je zmenšit jejich objem
  • kompresním algoritmem se ze souboru odstraňují redundantní (nadbytečné) informace Často se jedná o informace, které se v souboru opakují, nebo informace, které mohou být odvozeny ze zbytku.

Kompresní poměr:

  • jedná se o podíl velikosti nekomprimovaných (vstupních) dat k velikosti komprimovaných (výstupních) dat.
  • je ovlivněn volbou kompresního algoritmu i typem komprimovaných dat.
  • úspora místa = 1 - velikost komprimovaných dat/velikost nekomprimovaných dat.

Programy na kompresi dat:

  • WinRAR
  • 7-Zip
  • WinZip[1]

Algoritmus ztrátové komprese

Chyba při vytváření náhledu:
Fotografie s využitím ztrátové komprese

Při ztrátové komprimaci se méně důležité informace vypouštějí a z vytvořených dat se již během následné dekomprimace nedají získat zpět. Využitím speciálního komprimačního algoritmu se redukuje objem dat na zlomek původní velikosti. Ztrátová komprimace je nejčastěji používanou metodou pro ukládání obrazových a zvukových dat a také k ukládání video souborů. [2] Často je velmi vhodná, protože i malá ztráta kvality poskytne výraznou úsporu místa.

Významnou vlastností ztrátové komprese je možnost široce parametrizovat redukci a získávat tak různě kvalitní výsledky. Lze tedy si předem stanovit procento ztráty informace, výsledek redukce si prohlédnout, posoudit a vybrat si pak redukci, která přináší nejlepší výsledky z hlediska kompresního poměru a stupně zkreslení obrázku. Těchto způsobů užívá např. obrazový formát pro ukládání fotografií JPEG.[3]

Princip ztrátové komprese

  • transformace původních dat - data se přeskupí nebo transformují tak, aby bylo možno lehce oddělit důležité informace od nedůležitých
  • potlačení různě důležitých dat - nedůležité informace se potlačí mnohem více než důležité
  • pro samotnou kompresi se použije jeden z mnoha bezeztrátových kompresních algoritmů

Algoritmy ztrátové komprese

  • Fourierova transformace: je základním nástrojem pro zpracování signálů. Transformace převádí signál z časové reprezentace do frekvenční a naopak. Umožňuje analyzovat frekvenční obsah signálu
  • Vlnková transformace: umožňuje získat časově-frekvenční popis signálu. Poskytuje tak nejen informace o tom, které frekvence se v signálu nacházejí, ale také informace o jejich umístění v čase, tedy o poloze a délce dané frekvence.
  • Diskrétní kosinová transformace: na její metodě je založena komprimační metoda JPEG.
  • Fraktální komprimace: je vyvinutá na základě fraktální geometrie. Využívá se pro kódování obrázků reálného světa, jenž nejsou tvořeny rovnými čárami a hladkými hranami jako u tradiční geometrie (např. mraky, lesy, hory).[2]

Využití ztrátové komprese

  • digitální TV vysílání
  • DVD
  • přenos dat přes internet, respektive počítačovou síť
  • ukládání obrazových a zvukových záznamů (můžeme vyřadit určité frekvence, které lidské smysly stejně špatně vnímají)
  • u fotografií (využívá se zde nedokonalostí lidského oka podobně jako u řešení barevné televize.Metoda fraktálové komprese „hledá” v obrázku útvary podobné fraktálovým obrazcům, které lze popsat několika málo parametry. Využívá toho, že řada objektů reálného světa vykazuje soběpodobnost - má „fraktálových charakter")[3]

Formáty

  • JPEG
  • MPEG
  • MP3

Při používání ztrátové komprimace je potřeba zvolit rozumný kompromis mezi velikostí výsledného zkomprimovaného souboru a kvalitou dat, která obsahuje.

Algoritmus bezeztrátová (neztrátová) komprese

Druhým typem je poté komprese bezeztrátová. Jedná se o algoritmy, které dovolují přesnou zpětnou rekonstrukci komprimovaných dat, na rozdíl od ztrátové komprese, kde to možné není. Tato komprese se používá všude tam, kde je důležité, aby originální data a data po dekompresi komprimovaného souboru byla totožná. Takovým příkladem může být situace, kde komprese textů nebo komprese čehokoli, kde je nepřípustná i sebemenší ztráta kvality. [4] Pokud dojde k přílišné ztrátové kompresy, vede to k zrnitým obrázkům, snížené kvalitě a snížené srozumitelnosti zvuku.

Algoritmy bezeztrátové komprese

  • jsou rozděleny podle toho, pro který typ dat jsou určeny
  • rozlišujeme 4 základní typy (text, obraz, zvuk a video)
  • většina bezeztrátových komprimačních programů nepoužívá jen jeden algoritmus, ale hned několik najednou
  • někdy se data nejprve transformují a teprve poté komprimují (kvůli dosažení lepších kompresních poměrů)

Univerzální algoritmy bezeztrátové komprese

  • Proudové kódování: metoda založená na zjišťování opakujících se znaků. Je to rychlý, jednoduchý algoritmus. Vhodný je pro černobílé obrázky s velkými bílými plochami a soubory s rozsáhlejšími bloky opakujících se hodnot.
  • Kódování opakovaných řetězců: principem je, že vyhledávají řetězce v předchozích datech, pokud byl již řetězec užit. Místo jeho opakování se uvede pouze kód tohoto řetězce.
  • Huffmanovo kódování: tato metoda využívá různé četnosti znaků ve zdrojovém textu. Zatímco běžné kódování znaků v počítači přiřazuje každému znaku stejný počet bitů, zde se nejčetnější znaky uloží s minimálním počtem bitů a méně četné pak se stále větším. Celkově se tak průměrná délka daná počtem bitů zobrazujících jeden znak minimalizuje.[3]

Využití

  • u komprese textu, kde nesmí dojít k odchylce od originálu, např. při kompresi textu, který obsahuje výsledky výzkumu

Formáty

  • ZIP - více komprimovaných souborů, což ve výsledku pomůže zredukovat velikost uložených dat
  • RAR - proprietární
  • LZMA - používá 7-zip
  • WMA Lossless pro zvuk
  • GIF – vždy bezeztrátový
  • PNG – vždy bezeztrátový
  • TIFF v bezeztrátových variantách
  • CorePNG pro video

Odkazy

Reference

  1. 1,0 1,1 Komprese dat. Studijní info [online]. [cit. 2020-02-27]. Dostupné z: https://sites.google.com/a/szs-lib.cz/studijni-info/komprese-dat
  2. 2,0 2,1 TOMEK, Petr. Testování vybraných komprimačních programů [online]. Pardubice, 2011, 94 s., Bakalářská práce. Univerzita Pardubice, Fakulta ekonomicko-správní. [cit. 2020-02-27]. Dostupné z: https://dk.upce.cz/bitstream/handle/10195/48611/TomekP_Testovani%20vybranych_MT_2011.pdf?sequence=2&isAllowed=y
  3. 3,0 3,1 3,2 Komprese dat, Informatika a výpočetní technika [online]. [cit. 2020-02-27]. Dostupné z: http://www.gym-karvina.cz/ivt/okruhy/komprese.htm
  4. Bezeztrátová a ztrátová komprese dat, Základy informatiky a teorie [online]. [cit. 2020-02-27]. Dostupné z: https://roje2014.webnode.cz/bezeztratova-a-ztratova-komprese-dat/

Doporučená literatura

  • VAJDA, Igor. Teorie informace. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004. ISBN: 80-01-02986-7
  • ŽÁRA, Beneš, SOCHOR, Jiří a FELKEL Petr. Moderní počítačová grafika. Computer Press, 2005. ISBN: 80-251-0454-0
  • INAGAKI, Kazumasa, TOMIZAWA Yoshihiro, YOKOO Hidetoshi. Novel and Generalized Sort-Based Transform for Lossless Data Compression. SPIRE. 2009, s. 102-113, LNCS 5721.
  • SAYOOD, Khalid. Introduction to data compression. 2nd ed. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, c2000. Morgan Kaufmann series in multimedia information and systems. ISBN 1-55860-558-4
  • ČAPEK, Jan a Peter FABIÁN. Komprese dat: principy a praxe. Praha: Computer Press, 2000. ISBN: 80-7226-231-9

Související články

Principy kódování zvuku a obrazu, komprese dat
Komprese obrazových informací

Klíčová slova

Komprese dat, ztrátová komprese, bezeztrátová komprese, data, komprese, počítačová data, zmenšení