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

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

Zamonaviy telekommunikatsiya tarmoqlari orqali foydalanuvchilar o‘zaro axborot almashinayotganda ma’lumotlar hajmi keskin ravishda oshib bormoqda, natijada, axborotni uzatadigan yuqori tezlikli kanallarga va katta hajmdagi axborotlarni saqlash imkoniyatini beradigan ma’lumotlar bazalariga ehtiyoj seziladi. Buning uchun axborot hajmini uning ma’nosini o‘zgartirmasdan turib kamaytirish mexanizmlari kerak bo‘ladi. Bunday mexanizmlardan biri axborotni kodlashtirishni samarali usullaridan, ya’ni axborotni arxivlash algoritmlaridan foydalanish hisoblanadi.

Telekommunikatsiya tarmoqlari orqali uzatilayotgan axborotdagi ortiqcha razryadlarni bartaraf qilish axborotni arxivlab beruvchi kodlarni asosiy maqsad va vazifasi hisoblanadi. Axborotni arxivlab beruvchi kodlardan foydalanilganda kanalning o‘tkazish oralig‘idan samarali foydalanish mumkin. Hozirgi kunda axborotni arxivlab beruvchi kodlarning yo’qotishsiz va yo’qotishli turlari mavjud.
Multimedia ko‘rinishdagi axborotlarni arxivlab jo‘natish uchun yo‘qotishli algoritmlar ishlatiladi. Matn ko‘rinishdagi axborotlarni arxivlab jo‘natish uchun yo‘qotishsiz arxivlash algoritmlari ishlatiladi
Axborotni kodlashtirishning samarali oddiy usullaridan RLE (Run Length Encoding) algoritmi juda mashhurdir. Ushbu yondashuvga asoslangan usullarning mohiyati zanjirlarni, takrorlanuvchi baytlar to‘plamini yoxud ularning ketma-ketligini bitta kodlovchi baytga va ularning takrorlanish soni hisoblagichiga almashtirishdan iborat. Barcha bunga o‘xshash usullarning muammosi usulni belgilashdan iboratdir, uning yordamida ochuvchi algoritm yuzaga keladigan baytlar oqimida kodlangan to‘plamni boshqalardan – baytlarning kodlanmagan ketma-ketligidan farqlashi mumkin. Muammoning yechimi odatda kodlangan zanjirlarning boshida belgilar qo‘yish bilan erishiladi. Bunday belgilar, masalan, kodlangan to‘plamning birinchi baytidagi bitlarning xarakterli qiymatlari, kodlangan seriyaning birinchi bayt qiymati bo‘lishi mumkin. Ushbu usullar, odatda, rasmli grafik tasvirlarni (BMP, PCX, TIF, GIF) siqish uchun yetarli darajadagi samaradorlikka ega, chunki oxirgisi takrorlanuvchi baytlar ketma-ketligining yetarli darajadagi uzunlikdagi seriyalarini o‘z ichiga oladi. RLE usulining kamchiligi siqish darajasi yoki seriyalarning kam soni bilan va bundan yomoni – seriyalarda takrorlanadigan baytlarning kam soni bilan fayllarni kodlash qiymatining yetarli darajada pastligidir.
Shuningdek, oddiy siqish usullariga farqli kodlash usuli ham kiradi, chunki sanash amplitudalarining farqi amplitudalarning o‘ziga qaraganda razryadlarning kichik soni bilan taqdim etiladi. Farqli kodlash delta-modulyatsiya usullarida va uning turli ko‘rinishlarida amalga oshirilgan.
Siqish algoritmining asosiy xarakteristikasi – siqish koeffitsienti hisoblanadi va u birlamchi siqilmagan ma’lumot hajmini ma’lum bir algoritm bo‘yicha siqilgan ma’lumot hajmiga nisbati bilan aniqlanadi, ya’ni:

bunda k — siqish koeffitsienti, 

S_b.m.x — birlamchi ma’lumot hajmi,
S_c.m.x — siqilgan ma’lumot hajmi.

Siqish koeffitsienti qancha katta bo‘lsa, shuncha siqish algoritmi samarali bo‘ladi. Agar k=1 bo‘lsa algoritm birlamchi ma’lumot ustidan hech qanday siqish jarayonini amalga oshirmagan bo‘ladi. Amaliyotda k<1 holat ham bo‘lishi mumkin, bunda algoritm ma’lumotni siqish o‘rniga uning hajmini kengaytirib yuboradi.
Ma’lumot egallagan xotira hajmini kamaytirish maqsadida birlamchi ma’lumotni maxsus algoritmlar asosida o‘zgartirish (kompressiyalash) ma’lumotlarni siqish deyiladi.
Bunday algoritmlar xotira va ma’lumotlarni uzatish vositalaridan ratsional foydalanish maqsadlarida ishlatiladi.
Teskari, ya’ni birlamchi ma’lumotni tiklash jarayonlari siqilgan ma’lumotni dekompressiyalash deyiladi.
Ma’lumotni siqishda birinchi navbatda birlamchi matn to‘g‘risida ma’lumot yig‘iladi, ya’ni undagi qaytariladigan fragmentlar, sonlar, iboralar aniqlanadi. Bunday ma’lumotga ega bo‘lmay turib, ma’lumotni siqish to‘g‘risida hech qanday yechimga kelib bo‘lmaydi.
Tizimga tushgan ma’lumotni oldindan tahlil qilish asosida siqishni bajaradigan usullar (algoritmlar) adaptiv usullar (algoritmlar) deb yuritiladi.
Adaptiv bo‘lmagan algoritmlar statik algoritmlar deyiladi, ular tor doiradagi ma’lumotlarni , ya’ni ma’lum bir mutaxassislik to‘g‘risidagi ma’lumotlarni siqish uchun foydalaniladi. Amaliyotda asosan adaptiv algoritmlardan foydalaniladi.
Axborotni uzatish va saqlash katta xarajatlarni talab qiladi. Qancha katta axborot bilan ishlashimizga to‘g‘ri kelsa, bu shunchalik qimmatga tushadi.
Afsuski, aloqa kanallari orqali uzatilayotgan va saqlangan ma’lumotlarning katta qismi ixcham ko‘rinishga ega emas. Aksincha, bu ma’lumotlardan oson foydalanishni ta’minlovchi ko‘rinishlarda saqlanadi, misol uchun, oddiy kitob matnlari, matn muxarrirlarining ASCII kodlari, personal kompyuterlar (PK) ma’lumotlarining ikkilik kodlari, ma’lumotlarni yig‘ish tizimlaridagi signallarning alohida sonlari va boshqalar.
Biroq bu foydalanishda eng oddiy bo‘lgan ko‘rinishdagi ma’lumotlarni saqlash, aslida keragidan ikki-uch, lekin ba’zida yuzlab barobar katta joyni va chastota kengligini talab qiladi. Shuning uchun ma’lumotlarni siqish zamonaviy telekommunikatsiyalarning eng muhim yo‘nalishlaridan biri hisoblanadi.
Ma’lumotlarni siqishning maqsadi - manba tomonidan ishlab chiqarilgan ma’lumotlarni ixcham ko‘rinishini, ularning tejamkorroq saqlanishi va aloqa kanali orqali yuborilishini ta’minlashdan iborat. 2.3, 2.4 va 2.5-jadvallarda matn, ovoz va videoni siqish usullari keltirilgan.

2.3-jadval

Matnni siqish usullari