5-ma’ruza. Ma’lumot (matn, audio, video)larni siqish. Yo‘qotishli va yo‘qotishsiz siqish usullari

Yo‘qotishsiz siqish usulida siqish algoritmi bilan kodlashtirilgan ma’lumot (raqamli holatga keltirilgan video, audio, grafik hujjatli ma’lumotlar ) oxirgi bit aniqligida dekodlashtiriladi. Bu usulda har bir turdagi raqamli axborot uchun optimal yo‘qotishsiz siqish algoritmi qo‘llaniladi.
Usul juda ko‘p ilovalarni siqishda va fayl arxivatorlarida ishlatiladi, hamda yo‘qotishli siqish algoritmlarida asosiy komponent sifatida ham qo‘llaniladi. Bu usul siqilgan ma’lumot asl nusxa bilan bir xil bo‘lishi muhim bo‘lgan hollarda qo‘llaniladi, masalan bajariladigan fayl va uning kodlashtirilgan ko‘rinishi.
Umumiy ko‘rinishda yo‘qotishsiz siqish usuli quyidagicha izohlanadi:
Berilgan birlamchi ma’lumotda iboralar ishlatilishining qonuniyati aniqlanadi va unga asosan birlamchi ketma-ketlikni to‘liq tavsiflaydigan ikkinchi ketma - ketlik generatsiya qilinadi. Masalan, “0” iboralari ko‘p va “1” iboralari kam ikkilik ketma-ketlikni kodlashtirishda quyidagi almashtirishlarni qo‘llash mumkin:

00 → 0
01 → 10

10 → 110
11 → 111

Bunda 16 bitli ushbu 00 01 00 00 11 10 00 00 ko‘rinishdagi axborot 13 bitli axborotga almashtiriladi 0 10 0 0 111 110 0 0.

Bunday o‘zgartirish quyidagi xususiyatga ega: siqilgan qatorni oraliqsiz yozib chiqilgan taqdirda ham unga oraliqlar qo‘yib, birlamchi ma’lumotni tiklash mumkin bo‘ladi. Bunday usulda yaratilgan kod prefiksli kod deb yuritiladi. Bunday kodlashtirishga Xaffman kodini misol qilib keltirish mumkin.
Ko‘pchilik yo‘qotishsiz siqish algoritmlari ikki bosqichda ishlaydi:

• 
  birinchi bosqichda birlamchi ma’lumotning statistik modeli generatsiya qilinadi, ko‘p uchraydigan elementlari va ularning ehtimollari aniqlanadi;
  
• 
  ikkinchi bosqichda statistik modelning “bit”dagi (ya’ni, ikkilik sistemadagi) ko‘rinishi yaratiladi.
  

Tekst ma’lumotlari uchun statistik model algoritmi quyidagilardan tarkib topadi:
1. Barrouz-Uiler usuli bo‘yicha statistik model yaratish, ya’ni bloklarga ajratish yo‘li bilan ajratish - siqish jarayonlarining samarasini oshiradi. Bunda ishlatiladigan algoritmlar quyidagicha nomlanadi: LZ77 va LZ78 (DEFLATE), LZW.
2. Bitlar ketma-ketligini generatsiya qilish orqali kodlashtirish algoritmlari sifatida Xaffman va arifmetik kodlashtirish usullari qo‘llaniladi.
Odatda ma’lumotlarni siqishning samaradorligi jihatidan yuqori bo‘lgan axborotni yo‘qotishsiz siqish usullarining ko‘plab turli usullari mavjud. Biroq, bu usullar uch nazariy algoritmlarga asoslangan:

• 
  RLE (Run Length Encoding- kodlash uzunligini shakllantirish) algoritmi;
  
• 
  KWE (Key Word Encoding- kodlash kaliti guruhlar) algoritmlari;
  
• 
  Xaffman algoritmi.
  

Quyidagi 2.5-rasmda yo‘qotishsiz siqish algoritmi keltirilgan.

2.5-rasm. Yo‘qotishsiz siqish algoritmi

Yo‘qotishli siqish. Ma’lum bir usulda siqilgan (kompressiyalangan) ma’lumot dekompressiyalanganida birlamchi ma’lumotdan ma’lum bir darajada farqlanadi, ya’ni dekompressiyalangan ma’lumotdan keyinchalik foydalanish mumkin. Bu turdagi siqish algoritmlari audio, video ma’lumotlarni, statik tasvirlarni, internet ma’lumotlarini, ma’lumot oqimlarini uzatishda va raqamli telefoniyada qo‘llaniladi.
Yo‘qotishli siqishning ikki xil sxemasi mavjud:

• 
  transformatsiya qiladigan kodeklarda tasvir yoki tovush freymlari yangi bir muhitga transformatsiyalanadi va kvantlash operatsiyasi bajariladi. Transformatsiyalash jarayoni butun freym doirasida amalga oshirilishi mumkin (wavelet - algoritmi asosida transformatsiyalash);
  
• 
  freymni bloklarga bo‘lib, bloklar doirasida transformatsiyalash (JPEG – algoritmi bo‘yicha). Transformatsiyalangan ma’lumot entropiya usullari negizida siqiladi.
  

Yo‘qotishli siqish algoritmlarining kamchiliklari. Yo‘qotishli siqish algoritmi asosidagi dekompressiyalangan ma’lumot ikkinchi marta siqilganida sifat darajasi pasayishi mumkin, shuning uchun bunday holatlarda birlamchi ma’lumotning asl nusxasini saqlab qo‘yish kerak. 2.6-rasmda yo‘qotishli siqish algoritmi asosida sifat darajasi pasayishi keltirilgan.

2.6-rasm. Yo‘qotishli siqish algoritmi asosida sifat darajasining pasayishi

Yo‘qotishli va yo‘qotishsiz siqish algoritmlarining tahlili. Yo‘qotishli siqish algoritmlarining yo‘qotishsiz siqish algoritmlaridan afzalligi shundan iboratki, bunda qo‘yilgan talablarga javob bergan holda ma’lumotni siqish darajasi ancha yuqori, ya’ni dekompressiyalangan ma’lumot inson sezgirlik darajasida bo‘ladi.
Yo‘qotishli siqish algoritmlari ko‘pincha analog ma’lumotlarni siqishda qo‘llaniladi, ya’ni tovush va tasvir ma’lumotlarini. Bunda dekompressiyalangan ma’lumot birlamchi ma’lumotdan bitga bit solishtirilganida ancha farq qilishi mumkin, ammo bunday o‘zgarishlar inson eshitish va ko‘rish organlarida deyarli sezilmaydi.
Siqish koeffitsienti o‘zgarmas va o‘zgaruvchan bo‘lishi mumkin:

• 
  ma’lumotni siqish darajasi o‘rtacha (ma’lum bir test ma’lumotlari orqali aniqlanadi);
  
• 
  ma’lumotni siqish darajasi maksimal (eng yaxshi natija);
  
• 
  ma’lumotni siqish darajasi minimal (eng yomon holat).
  

Yo‘qotishli siqish algoritmlarida Kning qiymati yo‘l qo‘yilishi mumkin bo‘lgan xato darajasiga bog‘liq bo‘ladi, shu orqali uning sifati belgilanadi.


Nazorat savollari:

1. 
   Ma’lumotlarni siqishdan maqsad nima?
   
2. 
   Ovoz , video va ma’lumotni siqishga tushuncha bering?
   
3. 
   Qanday siqish usullarini bilasiz?
   
4. 
   Yo‘qotishsiz va yo‘qotishli siqish usullariga tushuncha bering?
   
5. 
   Yo‘qotishsiz va yo‘qotishli siqish usullari kamchiliklari nimalardan iborat?