4. Програмні засоби стиснення даних

 

Їх необхідність зумовлена розвитком комп’ютерних систем, внаслідок чого збільшився обсяг інформації для передавання по ЛМ та ГМ. На відміну від апаратних засобів стиснення, які є спеціалізовані та працюють онлайн з одним типом даних,  програмні засоби використовуються звичайно для економії потрібного об’єму носія.

Раніше чітко відрізняли архівацію та стиснення даних:

 

Архівація – об’єднання декількох файлів та каталогів в один архів;

Стиснення – скорочення об’єму вихідних даних за рахунок усунення надмірності.

Але зараз сучасні програмні архіватори одночасно ще й упаковують дані.

Для користувача важливо не який код використовує ПЗ, а його загальна якість. Сучасні архіватори пропонують велику кількість функцій, які виходять за рамки простого стиснення і доповнюють функції ОС. Тому їх називають диспетчерами архівів.

Базові функції:

 

-        Витягування файлів з архіву

-        Створення нових архівів

-        Додавання файлу до існуючого архіву

-        Створення архіву, який сам розпаковується

-        Створення розподілених архівів на носіях малої ємності

-        Тестування цілісності архіву

-        Відновлення пошкоджених архівів

-        Захист від несанкціонованого доступу

-        Перегляд файлів різних форматів без витягування з архіву

-        Пошук файлів та даних в архіві

-        Перевірка наявності вірусів

-        Вибір коефіцієнта стиснення

 

Деякі можливості пропонується розглянути під час лабораторної роботи.

 

5. Формати графічних даних

 

Усі розглянуті методи стиснення та моделі представлення інформації різного типу використовуються в багатьох форматах представлення графічних даних. Зверніть увагу – є різниця між цими поняттями, про що буде пояснено далі.

В КГ застосовують не менш, ніж 3 десятки форматів файлів для збереження зображень. Частина їх стала стандартами де-факто.

 

TIFF- Tagged Image File Format, .tif.

Для збереження растрових зображень високої якості. Дуже розповсюджений, підтримується більшістю графічних, видавничих, дизайнерських програм. Кольори – від монохромних ч/б до 32-розрядної моделі розділення кольорів CMYK. Використовує кодування LZW, за рахунок чого можна зменшити розмір файлу без втрати якості.

 

PSD – PhotoShop Document, .psd.

Власний формат програми Adobe Photoshop, дуже потужний засіб збереження растрових зображень з підтримкою різних колірних моделей і розділення кольорів, хоча при цьому формуються дуже великі файли.

 

РСХ

Формат збереження растрових даних програми PC Paint Brush, існують обмеження на кількість кольорових моделей, відсутнє розділення кольорів.

 

Windows Bitmap, .bmp

Формат збереження растрових зображень в ОС Windows.

 

5.1. GIF – Graphics Interchange Format, .gif

 

Формат компанії CompuServe для обміну, збереження та відтворення зображень з фіксованою кількістю (256) кольорів, що в поєднанні з високим стисненням обумовило, але й обмежило його застосування виключно для електронних публікацій. Це так звані зображення з індексованими кольорами. Їх загальна кількість дорівнює 256 для кожного зображення, хоча вони можуть бути різними для різних зображень. Колірна таблиця зберігається на початку файлу зображення. GIF-файли менше у порівнянні з іншими форматами внаслідок цього зменшення глибини кольору.

 

ЗАГАЛЬНИЙ ФОРМАТ ФАЙЛУ

ДЕСКРИПТОР ЕКРАНУ

 

Дескриптор екрану описує загальні параметри для усіх наступних зображень в форматі GIF. Він визначає розміри простору для зображення або потрібного логічного екрану, таблицю кольорів та "глибину" екрану.

Ширина та висота логічного екрану можуть бути більше, ніж розміри фізичного екрану. Спосіб відтворення таких зображень залежить від реалізації та може використовувати переваги конкретної технології (наприклад, вікна скролінгу). У протилежному випадку зображення буде урізано по краях екрану.

Значення 'pixel' також визначає кількість кольорів в зображенні. Діапазон значень 'pixel' складає від 0 до 7, що відповідає від 1 до 8 бітам. Це означає, що діапазон кольорів простягається від 2 (чорно-білі зображення) до 256 кольорів.  Біт  3 в байті 5 зарезервований для майбутнього.

 

ГЛОБАЛЬНА ТАБЛИЦА КОЛЬОРІВ

Глобальна таблиця кольорів не є обов’язковою, але вона рекомендована для зображень з точною передачею кольорів. На її існування вказує поле 'M' в байті 5 дескриптору екрану. Кількість елементів колірної таблиці дорівнює 2**(біт/піксел), причому кожний елемент складається із трьох байтів, які описують відповідно відносну інтенсивність червоного, зеленого та синього кольорів.

При відтворенні зображення на екрані для кожного піксела буде вибраний найближчий колір із таблиці дисплея. Колірні компоненти займають діапазон від (0) до (256). Якщо дисплей використовує менше 8 бітів, беруться тільки старші. Якщо глобальна таблиця відсутня, колірна таблиця генерується на основі апаратних колірних індексів.

 

ДЕСКРИПТОР ЗОБРАЖЕННЯ

 

Дескриптор зображення визначає справжнє розташування та розміри відповідного зображення всередині простору, визначеного в дескрипторі екрану. Також вказуються флаги локальної таблиці кольорів та визначається послідовність виводу пікселів. Кожний дескриптор починається з символу - розділювача зображень. Це необхідно, якщо GIF-файл містить більш, ніж одне зображення.

Розташування та розмір зображення повинні вкладатися у розмір матриці, вказаний у дескрипторі екрану. З іншого боку, немає необхідності, щоб зображення повністю заповнювало екран.

 

ЛОКАЛЬНА ТАБЛИЦА КОЛЬОРІВ

 

Локальна таблиця кольорів не є обов’язковою. Вона діє тільки в межах слідуючого за нею зображення, і тоді також використовується поле 'pixel' байта 10 в дескрипторі зображення.

 

РАСТРОВІ ДАНІ

Зображення  представлено як послідовність пікселів. Вони запам’ятовуються зліва направо послідовно по рядках зображення. За замовченням рядки записуються послідовно, зверху вниз. Якщо біт І=1 в байті 10 дескриптору зображення, то порядок рядків під час запису зображення відповідає 4-проходному процесу. При першому  проході записується кожен 8-й рядок, починаючи з верхнього рядка вікна зображення. При другому проході записується кожний 8-й рядок, починаючи з 5-го рядка зверху. На третьому проході записується кожний 4-й рядок, починаючи з 3-го рядка вікна. Четвертий прохід завершує зображення шляхом запису кожного другого рядка, починаючи із 2-го рядку зверху.

Далі отримані таким чином дані обробляються за алгоритмом LZW, щоб зменшити їх об’єм.

Як бачимо, цей формат дозволяє розташування декількох зображень в одному файлі, а це надає можливість створювати прості анімації, оскільки забезпечена можливість вказувати час до виводу наступного зображення (кадру) і час показу на екрані. Ще одна перевага GIF – прозорі кольори.

 

PNG – Portable Network Graphics, .png.

 

Розглянутий вище формат GIF використовує LZW-стиснення, яке було запатентоване іншою компанією, UNISYS. В 1995 році UNISYS висунула вимоги щодо оплати за користування цім алгоритмом. Щоб уникнути цього, був розроблений новий (1995) формат збереження зображень для публікацій в Інтернеті. Підтримує 3 типа зображень, кольорові з глибиною 8 або 24 біта, ч/б 256 градацій. Стиснення практично без втрат.

 

PDF – Portable Document Format, pdf.

 

Формат описування документів фірми Adobe, але дуже потужній для представлення зображень.