Informatikai eszközök fizikai alapjai Romanenko Alekszej 1
Tömörítés Fájlból kisebb méretű, de azonos információt tartalmazó fájl jön létre. Adattárolás Átvitel sebessége 2
Információ elmélet alapjai Redundanica felesleges információ R D = 1 1 C C tömörítés, kompresszíó Ha C = 10 (tizedére csökkentettük pl. a fájlt) -> R D =0.9 3
Tömörítéssel a redundanciát megszűntetjük: Példa: Eredeti adatsor: 3,7,6,6,6,6,6,6,6,9,3,5,1,1,1,1,8 ( 17 db szám) Tömörített: 3,7,0,7,6,9,3,5,0,4,1,8 (12 db szám, 0 az ismétlődések jelölésére) 4
Képfájlok esetében lévő redundancia Kódolási redundancia (Lookup Table) Inter pixel redundancia Pszicho vizuális redundancia 5
Színes képek X X + Y + Z = x x + y + z = 1 6
(1931 CIE)RGB koordináta ren [0:1], használatos [0:255] Példák: 0,0,0 - fekete 255,255,255 - fehér 255,0,0 - piros 255,255,0 - sárga Háromszög: színkorlátnak vagy gamutnak. A környező színezeteket nem lehet RGB-ben megjeleníteni A háromszögön kívül nem is a valós színeket láthatjuk. 7
Koordinátarendszerek C 1 R CMY: M = 1 G Y 1 B YIQ: I és Q kromacitás, Y az intezitás komponens Y I Q = 0.294 0.587 0.114 0.591 0.25 0.32 0.214 0.524 0.311 HSI: H és S kromacitás, I az intezitás komponens I = (R+G+B) 3 H és S bonyolult transzormáció Lab: egészséges látású ember érzékez eszköz független R G B 8
Veszteségmentes tömörítés A tömörített fájlból teljes mértékben visszanyerhető az eredeti fájl minden egyes bit-je. nincs változás nincs adatvesztés tipikus 15% 50% méretcsökkenés 9
PCX 80 as években inter-pixel r. RLE algoritmus GIF (Graphics Interchange Format) 8 bites színmélység -> 256 szín inter-pixel r., kódolási r. LZW algoritmus animálható 10
PNG (Portable Network Graphics) mindhárom redundanicát tudja kezelni jobb tömörítés alfa csatorna gamma korrekció -> kép fényességét függetleníti megjelenítéstől (a színek ugyanúgy néznek ki nyomtatásban, és különböző kijelzőkön) deflation algoritmus (LZ77 változata) {letárolják az n db utolsó byte -ot, és amikor egy olyan byte-csoportot találnak, mely szerepel ebben a pufferben, akkor a byte-csoport helyett annak a pufferben lévő helyét és hosszát tárolják le} 11
Veszteséges tömörítés nem nyerhető vissza az összes információ felhasználó számára nem észrevehető veszteség megengedhető emberi érzékszervek érzékenysége határozza meg Példák: videó - 1 300 hang - 1 10 kép - 1 10 38.9 KB 1.2 KB 97%-kal kevesebb 12
Képek tömörítési elve Diszkrét koszinusz transzformáció - DCT előny a Fourier t.-vel szemben, hogy valós kimenet általában 8x8 képpont tartományokra bontás DCT magas frekvenciákat le lehet vágni szürkeárnyalatos képek esetén 1 60 N a blokk mérete, q(m,n) a világosságkód az (m,n) blokk-relatív koordinátájú képpontban 13
Wavelet tömörítés felbontása wavelet együtthatók sorozatára küszöbérték meghatározása -> küszöb alatti együtthatók nullázása Huffman kódolás JPEG2000 formátum Fraktál tömörítés hasonló részeket keres időigényes kevésbé elterjedt 1 100 14
JPEG (Joint Photographic Experts Group) 1986 RGB YUV színtér konverzió (YIQ hoz hasonló) Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = - 0.147R - 0.289G + 0.436B = 0.492(B - Y) V = 0.615R 0.515G - 0.1B = 0.877(R Y) Diszkrét koszinusz transzformáció 15
Hangtömörítés nem adattömörítés, hanem lényegtelen adatok mellőzése ne legyen hallgató minőségváltozás pszichoakusztika nem minden létező hangot hallunk nem mineden hangmagasságra egyformán érzékeny a kevésbé és nem halható részeket beolvasztják vagy elhagyják 16
Eljárások AMR (GSM cellákban használják) beszéd Speex beszéd AAC mp4 (Apple favoritja) ATRAC Sony fejlesztés - MiniDisc WMA Microsoft fejlesztése ADPCM - egymást követő minták különbsége tárolódik MP2 MP3 Ogg Vorbis jobb minőség, nyílt fejlesztésű 17
MP3 zenék tárolására fejlesztették MPEG-1 és MPEG-2 Audio Layer III szabványok nem definiálják a tömörítő algoritmust kitömörítőt és a fájl formátumát definiálja a szabvány a digitális jelet feldarabolták frekvenciasávokra (MPEG Layer III - 22 sávra), a darabokban a leghangosabb jeleket meghagyják, a többit eldobják különböző frekvenciákat különböző pontossággal tárolják (2 khz - 5 khz) 18
Bitráták 4 kbit/s szükséges minimum a beszédfelismeréshez 8 kbit/s telefon minőség 96 kbit/s FM minőség 128 kbit/s "elfogadott" zenei minőség 256 320 kbit/s közel audió CD minőség 19
MP3 Állandó bitráta (Constant bitrate CBR) eredeti tömörítési mód 128 bit/s már jó, 196 Kbit/s már kiváló minőséget kiszámítható előre a létrejövő mp3 fájl hossza minden lejátszó le is tudja játszani Változó bitráta (Variable bitrate VBR) bonyolult részeket kevésbé, egyszerű részeket jobban kisebb fájlméret ugyanolyan minőség mellett nem számítható ki előre a hossz nem minden lejátszó tudja lejátszani 20
Átlagos bitráta (Average bitrate ABR) megadható az átlagos bitráta (pl.: 128 Kbps) valójában a tartalomtól függően változik a tömörítés mértéke 21
mono - egy hangcsatorna Csatornák egyesített sztereó (Joint Stereo) - tömörítéskor a két csatorna hasonlósága miatt, ami megegyező azt csak egyszer tömöríti, de azért sztereo fájl sztereó (Stereo) - két független hangcsatorna (teljes bitráta nem fele-fele alapon osztozik a csatornák között) kettős sztereó (Dual Stereo) - két kompletten elszeparált csatorna (mindegyik csatorna a teljes bitráta felét fogja tartalmazni) 22
Mozgóképtömörítés cél tárolhatóság (CD, DVD) képkockák közötti változást tároljuk el eljárásbeli különbségek milyen módon igyekeznek megtalálni hasonlóságokat és eltéréseket eredeti képet vagy a változást tárolják el 23
MPEG MPEG (Moving Picture Experts Group) 1988 ban 300 tagot számlált MPEG-1 szabvány CD re optimalizált sztereó hangot kétfajta felbontású képméretet maximum 30 frame/s (1.5 Mbit/s) 24
MPEG-2 szabvány 1994 DVD megjelenése nagyobb felbontás nagyobb színtér sok csatornás hang MPEG-4 szabvány 1998 nagyobb felbontás digital rights menegmant AAC (advanced audio code) 3D is lehetővé tesz 25
I frame kivételének hatásai: 26
Források http://forum.glitchet.com/t/tutorial-make-video-glitchart-how-to-datamosh-in-plain-english/36 https://hu.wikipedia.org/wiki/moving_picture_experts_gr oup http://szft.elte.hu/~danka/iefa/2016/mp3/tarcain- Vesztes_tomor.pdf http://szft.elte.hu/~danka/iefa/2016/mp3/vesztes%c3%a 9ges%20t%C3%B6m%C3%B6r%C3%ADt%C3%A9s%202.p df 27
28