Lecture 10: Multimedia Technologies Compression Techniques PDF

‫تقنيات الوسائط المتعددة‬ Multimedia technologies Lecture (10) Dania Mohamed Ahmed  ‫الخالصة‬ Data Compression ‫ ضغط البيانات‬ Classifications of data compression ‫ تصنيفات تقنيات ضغط البيانات‬...

‫تقنيات الوسائط المتعددة‬ Multimedia technologies Lecture (10) Dania Mohamed Ahmed  ‫الخالصة‬ Data Compression ‫ ضغط البيانات‬ Classifications of data compression ‫ تصنيفات تقنيات ضغط البيانات‬ techniques Methods of Data Compression ‫ طرق ضغط البيانات‬  ‫ضغط البيانات ‪Data Compression‬‬ ‫‪ ‬هي عملية أو تقنية تعديل بنية بتات البيانات أو ترميزها أو تحويلها من أجل‬ ‫استهالك مساحة أقل على القرص باسم ضغط البيانات (عملية تقليل حجم‬ ‫البيانات عن طريق تطبيق إحدى تقنيات أوبرامج الضغط )‪.‬البيانات الناتجة‬ ‫تسمى البيانات المضغوطة‪.‬‬ ‫‪ ‬تسمى العملية العكسية إلعادة إنتاج البيانات األصلية من البيانات المضغوطة‬ ‫بفك الضغط‪.‬‬ ‫‪ ‬معدل الضغط‪: Compression Ratio‬‬ ‫هي حجم البيانات قبل الضغط (حجم البيانات األصلية) علي حجم البيانات بعد‬ ‫الضغط‪.‬‬ ‫عندما تكون معدل الضغط عالية ‪ ،‬فهذا يعني أن الضغط يوفر حجًما أكبر‪.‬‬ ‫‪ ‬أسباب إستخدام تقنية ضغط البيانات ‪:‬‬ ‫‪ -‬تحسين إستخدام المساحة التخزين بتقليل حجم الملف‪.‬‬ ‫‪ -‬توفير الوقت وزيادة سرعة نقل الملفات‪.‬‬ ‫‪ ‬برنامج الترميز ‪ CODEC‬هو برنامج يضغط البيانات التي يتم تمريرها إليه‬ ‫‪ ،‬ويفك ضغطها إذا كانت مضغوطة‪.‬‬  ‫تصنيفات تقنيات ضغط البيانات‪Classifications of‬‬ ‫‪data compression techniques‬‬ ‫‪.1‬ضغط ناقص أو ضغط غير ناقص ‪: lossless or lossy‬‬ ‫إذا كانت البيانات التي تم فك ضغطها هي نفسها البيانات األصلية تسمي‬ ‫ضغط غير ناقص ‪ ،‬أما في حالة فقد جزء من البيانات األصلية تسمي ضغط‬ ‫ناقص ‪.‬يستخدم الضغط الغير ناقص في النصوص والبرامج ‪.‬أما الضغط‬ ‫الناقص في ملفات الصور والصوت والفيديو‪.‬‬ ‫‪.2‬ضغط تماثلي أو ضغط غير تماثلي ‪: symmetrical or asymmetrical‬‬ ‫الضغط التماثلي الزمن الذي يتم استغراقه في ضغط البيانات هو نفس‬ ‫الزمن الذي يتم إستغراقه في فك البيانات‪.‬أما في الضغط الغير تماثلي‬ ‫يكون زمن التشفير أطول من زمن فك التشفير‪.‬‬  Methods of Data ‫طرق ضغط البيانات‬ ‫طرق ضغط‬ Compression ‫البيانات‬ ‫غير‬ Lossy ‫ناقص‬ lossless‫ناقص‬ Run-length JPEG encoding Huffman MPEG Lempel Ziv MP3  ‫)‪Run-length encoding (RLE‬‬ ‫‪ ‬تعتبر أسهل خوارزمية ضغط موجودة‪.‬‬ ‫‪ ‬يتم استبدال الرمز أو الحرف المكرر في السلسلة بالرمز أو الحرف نفسه وعدد مرات‬ ‫تكراره‪.‬‬ ‫‪ ‬مــــثال ‪:‬‬ ‫‪ -1‬يحتوي الملف على مجموعة من البايت بالشكل التالي‪:‬‬ ‫‪aaaabbcccccaaaaaabaaaa‬‬ ‫وضح كيف يكون شكل النص بعد عملية الضغط ‪ ،‬ثم احسب معدل الضغط باستخدام ‪ RLE‬؟‬ ‫الــــحـــــــل‬ ‫‪a4b2c5a6ba4‬‬ ‫‪ -‬يصبح شكل النص بعد عملية الضغط‬ ‫‪ -‬حجم الملف قبل الضغط ‪ 22‬وبعد الضغط ‪. 11‬‬ ‫‪ -‬إذا معدل الضغط =‪2‬‬  ‫‪ ‬الترميز الثنائي ‪Binary Code‬‬ ‫هـو تمثيـل آي حـرف في شـكل سلسـلة ثنائيـة ‪.codeword‬احيانـا يتم تمثيـل آي‬ ‫حـرف بطـول ثـابت ويسـمي ترمـيز ثـابت الطـول ‪ Fixed- Length Encoding‬أو‬ ‫يكون طول السلسلة الثنائية غير ثابت وتسمي ترميز متغير الطول ‪Variable-‬‬ ‫‪.Length Encoding‬‬  ‫ترميز بطول ثابت ‪Fixed- Length Encoding‬‬ ‫‪ ‬مـــثــــال ‪:‬‬ ‫قم بترميز أو ضغط الملف الذي يحتوي علي البيانات التالية مع حساب معدل‬ ‫الضغط)بالبت) ؟‬ ‫‪f‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪d‬‬ ‫‪c‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫التكرار‬ ‫‪101‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪011‬‬ ‫‪010‬‬ ‫‪001‬‬ ‫‪000‬‬ ‫تمثيل‬ ‫الــــحــــل‬ ‫‪ -‬البيانات بعد عملية الضغط‬ ‫‪000000000000 101101 100100100100 011 010010 001001001‬‬ ‫‪ -‬حجم الملف قبل الضغط هو ‪ 128‬بت‬ ‫‪ -‬حجم الملف بعد الضغط = ‪ = 48 )4+3+2+1+4+2(*3‬بت‬ ‫‪ -‬معدل الضغط ‪2.67=128/48‬‬  ‫متغير الطول ترميز ‪Variable- Length Encoding‬‬ ‫مـــثــــال ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫قم بترميز أو ضغط الملف الذي يحتوي علي البيانات التالية مع حساب معدل الضغط ؟‬ ‫‪f‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪d‬‬ ‫‪c‬‬ ‫‪b‬‬ ‫‪a‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫التكرار‬ ‫‪001010‬‬ ‫‪01000‬‬ ‫‪0011‬‬ ‫‪010‬‬ ‫‪01‬‬ ‫‪0‬‬ ‫تمثيل‬ ‫الــــحــــل‬ ‫البيانات بعد عملية الضغط‬ ‫‪-‬‬ ‫‪001010001010 0100001000 0011 010010 010101 0000‬‬ ‫حجم الملف قبل الضغط هو ‪ 112‬بت‬ ‫‪-‬‬ ‫حجم الملف بعد الضغط هو ‪ =6*2+5*2+4*1+3*2+2*3+1*4= 42‬بت‬ ‫‪-‬‬ ‫معدل الضغط = ‪2.67 =112/42‬‬ ‫‪-‬‬ ‫الفرق بين ترميز بطول ثابت و‬ ‫متغير الطول ترميز؟؟‬  ‫‪Huffman Code‬‬ ‫‪ ‬ترميز هوفمان هو خوارزمية ترميز تستخدم لضغط البيانات بدون‬ ‫فقدان البيانات‪.‬يكون شكل الترميز علي شكل شجرة (مجموعة من‬ ‫العقد)‪.‬‬ ‫‪ ‬استخدام رموز (وحدات من البت) متغيرة الطول على أساس التكرار‬ ‫لتمثيل كل حرف أو رمز علي حدى‪.‬‬ ‫‪ ‬مثال ‪ 2‬بت يمكن أن تمثل أربعة رموز مختلفة ‪ ،‬وثالث بتات يمكن أن‬ ‫الرمز‬ ‫الترميز‬ ‫رموز مختلفة‪.‬‬ ‫تمثل ثمانية‬ ‫‪A‬‬ ‫‪00‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪01‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪11‬‬  ‫خطوات هوفمان‪Huffman Steps‬‬ ‫‪.1‬ترتيب الرموز(الحروف) اعتمادا علي عدد مرات تكرار كل رمز‬ ‫ترتيب تصاعدي‪.‬‬ ‫‪.2‬جمع أقل عددين تكرار‪.‬‬ ‫‪.3‬دمج الرمزين تحت عنصر واحد (عقده)‪.‬‬ ‫‪.4‬بعد الدمج يتم إعادة الخطوات من الخطوة الثانية إلي أن تنتهي كل‬ ‫الرمز الموجوده ويتم تكوين شجرة ترميز هوفمان‪.‬‬  ‫مثــــال‬ ‫‪ ‬قم بترميز أو ضغط الملف بإستخدام طريقة هوفمان‪.‬الملف يحتوي‬ ‫علي البيانات الموضحة بالجدول أدناه من ثم أحسب معدل الضغط؟‬ ‫‪F‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪45‬‬ ‫التكرا‬ ‫ر‬ ‫‪101‬‬ ‫‪100‬‬ ‫‪011‬‬ ‫‪010‬‬ ‫‪001‬‬ ‫‪000‬‬ ‫تمثيل‬  ‫الــــــحــــل‬ ‫‪F‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪D‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪45‬‬ ‫س ــ ـ ـ ؤ ا‬ ‫ل‬