Основные достоинства метода : простота вычислительного алгоритма, высокая скорость вычислений и общедоступность. Он доступен, как алгоритм сложения «в столбик» или деления «уголком».

Основной недостаток метода — низкая эффективность для большинства типов данных. Поэтому его обычно применяют только для сжатия малоцветных графических изображений, в которых встречается достаточно много повторов. Характерный пример — графические файлы данных в формате .

Сжатие по словарю

При сжатии по словарю (по шаблону) в исходном наборе выбираются типовые комбинации элементов и заменяются указателем на словарь.

При сжатии по словарю кроме результирующей выборки данных образуется некий дополнительный набор данных, называемый «словарём», без которого нельзя восстановить данные при разуплотнении. При создании словаря возможны три варианта действий.

1.Словарь можно составить заранее, сделать его общедоступным и не прикладывать к сжатым данным. Такое сжатие называют неадаптивным, потому что словарь никак не адаптируется под конкретный текст. Неадаптивное сжатие обеспечивает очень высокую степень уплотнения, но применять его можно лишь в узких областях. Например, сжатие англоязычного текста по русскоязычному словарю не даст ни малейшего эффекта. Разумеется, также, что никакой языковый словарь не подойдет для сжатия графической или музыкальной информации.

2.Полуадаптивное сжатие происходит в два этапа. На первом этапе выборка данных просматривается, и из неё выбираются для словаря наиболее часто встречающиеся группы элементов. На втором этапе элементы исходной выборки данных подменяются краткими ссылками на словарь. При полуадаптивном сжатии словарь подстраивается под конкретный текст, но происходит это в рамках специальной операции. Полуадаптивное сжатие применимо для данных любых типов. Оно обеспечивает высокую степень уплотнения, если объём исходных данных достаточно велик. Основных недостатков два: недостаточная эффективность при ма-

лых объёмах данных и сравнительно низкая скорость работы алгоритма. Характерный пример — технология сжатия, реализованная в формате . Применение полуадаптивного сжатия ограничено его двухступенчатым характером. Необходимость в дополнительном проходе при построении словаря означает, что этот метод можно применять только к заранее сформированной выборке данных. Уплотнять данные, поступающие непрерывным потоком, как это бывает при звукозаписи и видеозаписи, этим методом нельзя.

3.Адаптивное сжатие выполняется за один проход: построение словаря и сжатие данных идут параллельно. Это довольно сложная закрытая технология, защищённая патентами. По эффективности уплотнения она уступает полуадаптивному сжатию, но обеспечивает высокую ско-

Необратимые методы сжатия данных

Степень сжатия данных при использовании обратимых методов редко превышает 1 : 5 и лишь в исключительных случаях достигает 1 : 10. Дальнейшее сжатие возможно только при условии, что часть информации, содержавшейся в исходной выборке данных, будет утрачена в результате перекодирования. Для такого необратимого сжатия служит особый класс методов. Но прежде чем мы с

96

ними познакомимся, надо выяснить, при каких условиях необратимое сжатие является обоснованным, а при каких — нет.

Как мы уже знаем, наибольшие потоки данных возникают при записи графической, звуковой и видеоинформации. Именно для этих трёх типов данных, обобщенно называемых мультимедийными, задача сжатия стоит наиболее остро. К счастью, именно для них и возможно применение необратимых методов, позволяющих довести степень сжатия до 1 : 200.

Возможность применения необратимых методов для сжатия мультимедийных данных основана на том, что эти типы данных менее других чувствительны к искажению содержания. Эта особенность мультимедийных данных связана с тем, что они «от рождения» уже имеют массу погрешностей, связанных с их регистрацией и аналого-цифровым преобразованием (АЦП).

Если, искажения, вносимые необратимым сжатием выборки данных, сопоставимы по величине с уже имеющимися искажениями, внесенными при её формировании, то с техникоэкономической точки зрения их можно считать обоснованными.

Необратимое сжатие графики. Технология JPEG

Технология (произносится джи-пег) была разработана Международным институтом стандартизации ( ). Её название образовано первыми буквами названия рабочей группы, создавшей стандарт: Joint Picture Expert Group (Объединённая группа экспертов по записи изображений).

Технология предназначена для уплотнения данных при записи многоцветных растровых графических изображений. Она позволяет выбрать перед записью значение условного параметра качества. Чем оно выше, тем меньше величина вносимой погрешности, но и тем меньше степень сжатия данных. Для снимков, полученных цифровым фотоаппаратом, приемлемым считается значение параметра качества, равное 40—50 %. Оно позволяет в 5—10 раз уменьшить объём данных и не очень заметно сказывается на субъективном восприятии качества. Для изображений, предназначенных для публикации в Интернете, устанавливают параметр качества на уровне 5—20 %. При этом размер выборки данных может уменьшиться в 10—20 раз. Качество полученных изображений приемлемо для воспроизведения на экране, но для печатного воспроизведения такое сжатие не используют.

Необратимое сжатие видео. Технология MPEG

Наибольшие потоки данный возникают при кодировании видеоизображений, поэтому для видеоданных степень сжатия важна особо. Как и технология , технология (произносится эм-пег) разработана Международным институтом стандартизации. Её название образовано от названия группы, создавшей стандарт: Motion Picture Expert Group (Экспертная группа по записи динамических изображений).

В основе технологии лежит идея о том, что не обязательно записывать все кадры видеоряда полностью. Обычно соседние кадры различаются мало, поэтому, записав первый кадр, можно вместо второго записать лишь его отличия. Так в общей последовательности выявляются опорные и промежуточные кадры. Опорные кадры кодируются целиком. Метод их кодирования похож на

. А в промежуточных кадрах кодируются только отличия от соседних кадров или от опорных кадров.

97

для записи видеофильмов на дисках DVD-ROM;

в спутниковом телевидении;

в цифровом телевидении.

Технология обеспечивает степень сжатия исходного видеоряда примерно в 40— 50 раз, что позволяет разместить двухчасовой видеофильм (200 Гбайт) на одном диске DVD-ROM (4,7 Гбайт).

Чтобы разместить на обычном компакт-диске (емкость 650—800 Мбайт) хотя бы полуторачасовой видеофильм, необходима степень сжатия порядка 1 : 200. Получить её позволяет технология

. От технологии она отличается более сложной математикой, используемой при кодировании. В частности, математические процедуры позволяют различать элементы сцены, обладающие различной активностью, и кодировать их по-разному. Обычно этот формат сжатия используется для представления видеозаписей в Интернете.

Необратимое сжатие звука (технология МР3)

Помимо видеозаписей большие объёмы и потоки данных характерны также для звукозаписей. Поскольку запись видео практически всегда сопровождается записью звука, стандартом предусмотрена технология эффективного сжатия звуковых данных. Она называется MPEG Layer 3 или, сокращённо, .

Для сжатия исходной выборки данных в технологии вводится понятие о психоакустической звуковой модели. Она учитывает не только свойства звуковых волн, но и особенности центральной нервной системы человека. Так, например, в ней учтено, что различимость звуков зависит не только от их громкости и высоты тона, но и от того, с какими другими звуками они сочетаются в данный момент времени. Психоакустическая модель позволяет не учитывать сигналы, вклад которых в общее звучание пренебрежимо мал. Этот приём, получивший название принципа маскирования звука, положен в основу технологии сжатия . Результатом сжатия обычно является уменьшение объема данных в 4—12 раз при допустимой потере качества звучания.

98