Հիմնական նյութ
Համակարգիչներ և համացանցը
Դասընթաց․ (Համակարգիչներ և համացանցը) > Բաժին 1
Դաս 5: Տվյալների սեղմումՊատկերի lossless (անկորուստ) սեղմում
Մեր շրջապատում կան բազմաթիվ պատկերներ՝ հավելվածների տարբերանշաններից մինչև անիմացիոն GIF-եր(graphics interchange format, գրաֆիկայի փոխանակման ձևաչափ) և լուսանկարներ: Նկարները կարող են շատ տեղ գրավել, ուստի համակարգիչները օգտագործում են մի շարք ալգորիթմներ՝ նկարները սեղմելու համար:
Ամենապարզ նկարների համար համակարգիչները կարող են օգտագործել սեղմման ալգորիթմ, որը կոչվում է run-length encoding (վազքի երկարության կոդավորում (RLE)):
Bitmap պատկերներ
Նախքան պատկերի սեղմումը ուսումնասիրելը, տեսնենք, թե ինչպես կարող ենք պատկերը ներկայացնել երկուական համակարգով առանց որևէ սեղմման:
Ահա մի պարզ 16x16 չափի սրտի տարբերանշան.
Եկեք խոշորացնենք և վերևում ծածկենք ցանցը, որպեսզի հեշտ լինի հստակ տեսնել, թե որ պիքսելներն են կարմիր, իսկ որ պիքսելները՝ սպիտակ:
Սրտի պատկերակը կազմված է ընդամենը երկու գույնից՝ կարմիր և սպիտակ, ուստի համակարգիչը կարող է այն ներկայացնել երկուական տարբերակով՝ կարմիր պիքսելները քարտեզագրելով
Օգտագործելով այս մեթոդը՝ սրտի պատկերակը կներկայացվի այսպես.
1100000110000
11110001111000
111111011111000
1111111111110000
1111111111110000
1111111111110000
1111111111110000
1111111111110000
111111111111000
11111111111000
1111111110000
111111100000
11111000000
1110000000
100000000Պատկերացրեք, որ պետք է կարդաք վերը նշված բիթերը մեկին, ով պատճենում է դրանք: Որոշ ժամանակ անց կարող եք ասել «հինգ զրո»՝ «զրո զրո զրո զրո զրո»-ի փոխարեն: Դե, համակարգիչը նույնպես կարող է դա անել ...
RLE սեղմման ալգորիթմ
RLE-ի դեպքում համակարգիչը փոխարինում է յուրաքանչյուր տող թվերով, որոնք ասում են, թե քանի անընդմեջ պիքսել է նույն գույնի՝ միշտ սկսելով սպիտակ պիքսելների քանակից:
Օրինակ, առաջին շարքը պարունակում է 3 սպիտակ պիքսել, 2 կարմիր պիքսել, 5 սպիտակ պիքսել, 2 կարմիր պիքսել, ապա 4 սպիտակ պիքսել.
1100000110000Սա կներկայացվի հետևյալ կերպ.
3,2,5,2,4Չորրորդ շարքը հետաքրքիր է, քանի որ այն սկսվում է կարմիր պիքսելից: RLE կոդավորումը սկսվում է սպիտակ պիքսելների քանակից, ուստի այն կներկայացվի հետևյալ կերպ.
0,15,1RLE կոդավորման վերծանում
Երբ համակարգիչը օգտագործում է RLE, այն պետք է կարողանա կատարելապես վերստեղծել պատկերը սեղմված իրավիճակից, և մենք նույնպես, եթե հետևենք համակարգչի ռազմավարությանը:
Եկեք փորձենք այն: Ահա սև և սպիտակ տարբերանշանի պատկերում RLE-ի միջոցով.
4, 9, 3
4, 7, 2, 1, 2
4, 7, 2, 1, 2
4, 9, 3
4, 7, 5
4, 7, 5
5, 5, 6
0, 15, 1
1, 13, 2Առաջին շարքը ունի 4 սպիտակ պիքսել, ապա 9 սև, ապա 3 սպիտակ պիքսել: Պատկերի տեսքը կլինի այսպիսին.
Հաջորդ շարքը ունի 4 սպիտակ պիքսել, ապա 7 սև, 2 սպիտակ, 1 սև և 2 սպիտակ: Պատկերը կլինի այսպիսին.
Երբ մենք շարունակում ենք, վերջնական պատկերակը բաժակն ու ափսեն է.
Սեղմման հարաբերակցությունը
Մենք պնդում էինք, որ պարզ պատկերներ պահելիս RLE-ն կարող է տարածք խնայել, բայց որքա՞ն տարածք:
Պարզելու նպատակով ես գրեցի ծրագիր՝ սև և սպիտակ բիթ-քարտեզները RLE-ով կոդավորելու համար: Այս աղյուսակը ամփոփում է երեք սրտի պատկերակների արդյունքները՝ ըստ աճման կարգի.
| Պատկեր | Չափերը | Չսեղմված | RLE-ից հետո | Տարածություն խնայողություն |
|---|---|---|---|---|
| 16x16 | 256 | 228 | 10.9% | |
| 32x32 | 1024 | 532 | 48.0% | |
| 128x128 | 16384 | 2898 | 82.3% |
Նաիր վերջին սյունակին՝ տարածության խնայողություններին: Նկատե՞լ ես օրինաչափություն: Մենք շատ ավելի շատ տարածք ենք խնայում, քանի որ չափը մեծանում է:
Ինչ վերաբերում է նույն չափի պատկերներին: Այս աղյուսակը ամփոփում է RLE-ով երեք մեծ պատկերակները սեղմելու արդյունքները.
| Պատկեր | Չափերը | Չսեղմված | RLE-ից հետո | Տարածություն խնայողություն |
|---|---|---|---|---|
| 128x128 | 16384 | 2898 | 82.3% | |
| 128x128 | 16384 | 8298 | 49.4% | |
| 128x128 | 16384 | 8730 | 46.7% |
Այժմ դու կարող ես տեսնել, թե ինչու եմ որպես օրինակ ընտրել սրտի տարբերանշանը. այն շատ լավ սեղմվում է՝ շնորհիվ իր բազմաթիվ սևերի կամ սպիտակների: RLE սեղմումը կիսով չափ կրճատում է մյուս պատկերակների չափը, բայց այն չի խնայում շատ տարածք:
Իրականում, երբեմն RLE-ն ընդհանրապես չի կարողանում որևէ տեղ խնայել...
RLE-ի սահմանները
Ի՞նչ կասես այս 16x16 պատկերակի մասին:
Եկեք խոշորացնենք, որպեսզի կարողանանք պատկերացնել յուրաքանչյուր պիքսելը.
Այդ պատկերակի յուրաքանչյուր պիքսել տարբեր գույն է, և չկա կրկնություն:
RLE-ն ընդհանրապես չի կարող նման պատկերը սեղմել: Սա օրինակ է, որը ես պատրաստել եմ հենց այս հոդվածի համար (ստեղծվել է այս ծրագրի) կողմից, ուստի այն կարող է այդքան էլ սովորական չթվալ:
Ինչպես պարզվում է, լուսանկարները նման են այդ տարբերանշանին՝ իրական աշխարհը լի է դետալներով, որոնք ընդհատում են կրկնությունը:
Քան ակադեմիաի թիմի էջը ներառում է շան այս գեղեցիկ լուսանկարը, որը նայում է համակարգչի էկրանին.
Նորմալ չափով, թվում է, թե կան նմանատիպ գույնի բլոկներ, ինչպես շան մորթին կամ համակարգչի էկրանի մոխրագույնը:
Եկեք մեծացնենք պիքսելները.
Այժմ դուք կարող եք տեսնել, որ նույնիսկ պարզ թվացող համակարգչի էկրանը նման, բայց ոչ նույն գույների հսկայական զանգված է: Փիքսելների RLE-ն շատ չի կարող նվազեցնել ֆայլի չափը:
RLE-ի կիրառությունը
RLE սեղմումը շատ տարածված տեխնիկա էր, երբ համակարգչային պատկերների մեծ մասը տարբերանշաններ էին՝ սահմանափակ գունային գունապնակներով:
Այս օրերին մեր պատկերներն ավելի բարդ են և չեն պարունակում նույն գույնի նույնքան կրկնություններ:
Որտե՞ղ է օգտագործվում RLE-ն այսօր: Ֆաքսային սարքերը դեռ օգտագործում են RLE՝ ֆաքսով ուղարկված փաստաթղթերը սեղմելու համար, քանի որ դրանք պետք է ներկայացնեն միայն սև և սպիտակ տառերը: JPEG պատկերներն իսկապես օգտագործում են RLE՝ սեղմման վերջին փուլում, բայց նրանք նախ օգտագործում են ավելի բարդ ալգորիթմ՝ լուսանկարչական մանրամասները սեղմելու համար: Մենք շուտով կուսումնասիրենք դա:
🙋🏽🙋🏻♀️🙋🏿♂️Ունե՞ք հարցեր այս թեմայի վերաբերյալ: Մենք կցանկանայինք պատասխանել, պարզապես հարցրեք ստորև ներկայացված հարցերի տարածքում:
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։