Kompresja danych

Kompresja danych (ang. data compression) – zmiana sposobu zapisu informacji w celu zmniejszenia redundancji i tym samym objętości zbioru. Innymi słowy chodzi o wyrażenie tego samego zestawu informacji, lecz za pomocą mniejszej liczby bitów.

Działaniem przeciwnym do kompresji jest dekompresja.

Kompresja stratna i bezstratna

Kompresja dzieli się na bezstratną – w której z postaci skompresowanej można odzyskać identyczną postać pierwotną oraz stratną – w której takie odzyskanie jest niemożliwe, jednak główne właściwości zostają zachowane. Np. jeśli kompresowany jest obrazek, nie widać znaczących różnic w stosunku do oryginału. Pomimo to może się już nie nadawać do dalszej przeróbki czy do wydruku, gdyż w tych zastosowaniach wymaga się zachowania innych właściwości.

Algorytmy kompresji dzieli się na algorytmy zastosowania ogólnego oraz algorytmy do danego typu danych. Z definicji nie istnieją algorytmy kompresji stratnej zastosowania ogólnego, ponieważ dla różnych typów danych konieczne jest zachowanie różnych właściwości. Na przykład kompresja dźwięku używa specjalnego modelu psychoakustycznego, który nie ma sensu w zastosowaniu do obrazu, poza bardzo ogólnymi przesłankami dotyczącymi sposobu postrzegania rzeczywistości przez człowieka.

Większość algorytmów bezstratnych to algorytmy zastosowania ogólnego oraz ich drobne przeróbki, dzięki którym lepiej działają z określonymi typami danych. Nawet drobne poprawki mogą znacząco polepszyć wyniki dla pewnych typów danych.

Algorytmy kompresji stratnej często jako ostatniej fazy używają kompresji bezstratnej. W takim przypadku poprzednie fazy mają za zadanie nie tyle kompresować, ile przygotować dane do łatwiejszej kompresji.

Modele prawdopodobieństw

Algorytmy kompresji używają pewnych modeli prawdopodobieństwa. Są generalnie 2 systemy: modele statyczne i modele adaptywne.

Modele statyczne, jeśli nie są znane z góry, są przesyłane przed właściwymi danymi. Koszt przesłania takiego modelu jest bardzo duży i wymusza stosowanie wyłącznie bardzo prostych modeli. To powoduje, że modele statyczne rzadko są stosowane. Kompresory są tutaj zwykle znacznie bardziej złożone niż dekompresory.

Modele adaptywne są tworzone w miarę przetwarzania danych. Kompresor i dekompresor używają tego samego algorytmu do nanoszenia zmian na model w miarę napływania danych. W tym przypadku złożoność kompresorów i dekompresorów jest zwykle, choć nie zawsze, podobna. Wadą modeli adaptywnych jest to, że na początku model ten znacznie odbiega od optymalnego. Jednak możliwość stosowania modeli o dowolnej złożoności, możliwość używania różnych modeli do różnych obszarów kompresowanych danych oraz brak potrzeby przesyłania modelu sprawia, że właściwie całkowicie wyparły one modele statyczne.

Czasami, np. w algorytmie PNG, stosowane są modele pośrednie.

Algorytmy kompresji bezstratnej

• Kodowanie Huffmana
• Kodowanie arytmetyczne
• Kodowanie Shannona, Shannona-Fano
• LZ77, LZSS, LZP, LZX
• LZ78, LZW, LZMW, LZAP
• LZMA
• LHA
• PNG
• RLE
• PPM
• Deflate
• Bzip2 (oparty m.in. o transformaty Burrowsa-Wheelera i Move To Front)

Algorytmy wykorzystywane w kompresji stratnej

• Kodowanie predykcyjne (DPCM, ADPCM)
• Kodowanie transformatowe
• Kodowanie podpasmowe
• Kompresja falkowa
• Kwantyzacja wektorowa
• Matching pursuit
• Kompresja fraktalna
• Kodowanie parametryczne

Systemy kompresji stratnej obrazu

• JPEG
• JPEG2000
• MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4
• H.261, H.263
• Quicktime
• Windows Media Video (wmv)
• RealVideo

Systemy kompresji stratnej dźwięku

• Vorbis (Ogg)
• A/52 (AC3)
• MP1, MP2, MP3
• AAC
• Musepack (mpc)
• Windows Media Audio (wma)
• ATRAC (używany w Minidisc)

Standardowe zestawy danych do testowania algorytmów kompresji

• Calgary Corpus
• Lenna

Zobacz też

• plik skompresowany
• program do kompresji plików

Linki zewnętrzne

• Standardowe Techniki Kompresji. dsp.agh.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-12-04)]. (materiały dydaktyczne AGH)