Una colección completa de detalles de la tecnología de compresión
Introducción básica Nombre chino: ¿Tecnología de compresión mbth? Tecnología de compresión Tecnología de compresión básica: Clasificación de la compresión espacial: consulte Introducción a la tecnología, Estándares tecnológicos, Formas de compresión, Compresión de archivos, Compresión de datos, Compresión de audio y video, Introducción a la tecnología Tecnología de compresión básica: Compresión nula Reemplace una cadena de espacios con un código de compresión. código de compresión El valor numérico después representa el número de espacios. La compresión de longitud de ejecución es una extensión de la tecnología de compresión espacial que comprime cualquier cadena que consta de cuatro o más caracteres repetidos. La cadena se reemplaza por un código de compresión, caracteres repetidos y un valor que representa el número de caracteres repetidos. La codificación de palabras clave crea una tabla de valores que representa un conjunto de caracteres universal. Las palabras que aparecen con frecuencia (como for) o los pares de caracteres (como sh y th) se representan como tokens para guardar o transferir estos caracteres. El método estadístico de Huffman es una técnica de compresión que supone que los caracteres de los datos tienen una distribución cambiante; en otras palabras, algunos caracteres aparecen con más frecuencia que otros. Cuanto más frecuentemente aparece un carácter, menos bits se utilizan para codificarlo. Este esquema de codificación se almacena en una tabla y, cuando se transmiten datos, se pueden enviar al módem del receptor para que sepa cómo decodificar los caracteres. Dado que el algoritmo de compresión está basado en software, existe una sobrecarga adicional en un entorno de tiempo real, lo que causará muchos problemas. La compresión durante la copia de seguridad y el archivado de archivos no presenta ningún problema. El uso de un sistema de alto rendimiento ayuda a eliminar gran parte de los problemas generales y de rendimiento. Además, la compresión elimina la portabilidad del archivo a menos que también se envíe software de descompresión con el archivo. Tenga en cuenta que algunos archivos ya están comprimidos y una mayor compresión externa no aportará ningún beneficio. Algunos formatos de archivos de gráficos (como TIFF) ya incluyen capacidades de compresión. Compresión del sistema de almacenamiento Compresión del sistema de almacenamiento Antes de analizar los algoritmos de compresión para el almacenamiento de archivos, debe quedar claro que la compresión de archivos es diferente de la codificación de disco. La codificación de discos generalmente la realizan unidades de disco para escribir más unos y ceros digitales en la superficie física del disco. La compresión de archivos comprime los caracteres y las cadenas de bits de un archivo a un tamaño más pequeño. Esto se realiza mediante software antes de que la información del archivo se transfiera a los cabezales de escritura del disco duro. Un disco duro moderno con codificación solo puede recibir un flujo de bits de 1 y 0 de la CPU y comprimirlos en un espacio mucho más pequeño que un disco duro sin codificación. Con esto concluye la breve discusión sobre la codificación de discos. Lo siguiente se centrará en la compresión de archivos. Los sistemas de grabación en disco, como los discos duros, registran información cambiando el campo magnético en la superficie del disco. El cambio de un campo magnético entre dos posibles estados se denomina transición de flujo. En pocas palabras, una inversión del flujo representa el número 1, y una no inversión del flujo representa un número 0. La codificación proporciona una manera de hacer que cada inversión de flujo represente más información digital. La modulación de frecuencia modificada (MFM) significa que el flujo magnético se invierte para representar múltiples unos, y el flujo magnético no se invierte para representar múltiples ceros. Las técnicas de codificación incluyen las siguientes. La longitud de ejecución restringida (RLU) representa un formato de combinación de bits como código, que se puede almacenar con menos inversiones de flujo. En comparación con MFM, la capacidad de almacenamiento aumenta en un 50%. La longitud de ejecución avanzada limitada (ARLL) mejorada duplica la densidad de grabación del MFM al convertir el formato de combinación de bits en un código que se puede almacenar con cuatro veces la densidad de inversión de flujo magnético. Dado que los discos duros manejan la codificación del disco automáticamente a nivel de hardware, no es necesario discutirlo más aquí. Cuando compra un disco duro, utiliza un esquema de codificación para lograr una determinada capacidad, pero siempre que la capacidad del disco cumpla con sus requisitos, no tiene que preocuparse por su esquema de codificación después de la compra. Estándares técnicos A continuación se describen varios estándares de compresión para manejar información multimedia: Grupo Conjunto de Expertos Fotográficos (JPEG) Compresión JPEG utiliza un algoritmo común para comprimir imágenes fijas. La información de la imagen tridimensional de color y coordenadas se convierte primero a un formato más adecuado para la compresión. La información de color también está codificada y se elimina parcialmente si el sistema queda inutilizable. El valor de compresión es seleccionable por el usuario, dependiendo de cuánta degradación se tolere en la calidad de la imagen. Una vez que determine estas configuraciones iniciales, podrá comprimir sus archivos utilizando técnicas de compresión sin pérdidas o con distorsión. JPEG no está diseñado específicamente para procesar imágenes de vídeo, pero lo hace en parte comprimiendo fotogramas y reduciendo su tamaño y frecuencia.
Compresión fractal En la tecnología de compresión fractal desarrollada por Iterated Systems, una imagen se divide en piezas cada vez más pequeñas mientras el iniciador de la compresión, un tablero especial, utiliza transformaciones matemáticas que manipulan los fractales de varias maneras para encontrar patrones coincidentes en la imagen. Los patrones repetidos se guardan para reconstruir la imagen original y los datos no coincidentes se consideran sin importancia y se eliminan. El usuario puede seleccionar la cantidad de tiempo que se ejecuta el procesamiento, lo que determina la cantidad de compresión de datos. Intercalado de audio y vídeo (aⅵ) aⅵ es un método desarrollado por Microsoft para almacenar imágenes de vídeo dinámicas en CD-ROM. Utilice software para descomprimir la información al leerla. Esta tecnología combina tecnología sin pérdidas con algoritmos de compresión especiales que son rápidos pero ineficaces. Las imágenes A VI reducen el número de fotogramas por segundo y, por tanto, producen imágenes insatisfactorias. Sin embargo, esta técnica es aceptable en algunas aplicaciones. Digital Video Interactive (D VI) D VI es un esquema de compresión activa de imágenes de vídeo desarrollado por Intel y se considera un estándar de facto. Al igual que AVI, se utilizó originalmente en aplicaciones de CDROM e introdujo con éxito imágenes de vídeo en sistemas de escritorio en este formato. Indeo Video) Indeo Video es un formato de grabación de imágenes de video digital y una tecnología de software de compresión que puede comprimir archivos de imágenes de video de 1/5 a 1/10 antes de la compresión. Por ejemplo, Indeo puede reducir un archivo de 50 MB a 9 MB. Productos similares de Indeo incluyen Microsoft Video para los sistemas operativos Windows y OS/2 y Apple QuickTime para Macintosh y Windows. La reproducción se optimiza según el tipo de hardware proporcionado, por lo que las velocidades de reproducción de fotogramas mejorarán en sistemas más rápidos. La grabación de imágenes de vídeo se optimiza mediante el uso del procesador de imágenes de vídeo Intel i750, ya que las imágenes de vídeo se comprimen a medida que se reciben, en lugar de almacenarse y luego comprimirse. Utiliza varias técnicas de compresión, incluidas técnicas de distorsión y sin distorsión. Moving Picture Experts Group (MPEG) MPEG está desarrollando varios estándares de compresión de video que definen formatos, velocidades de datos y técnicas de compresión aceptados internacionalmente. La especificación MPEG-1 define audio y video y cómo acceder a imágenes de video en movimiento completo desde el disco a velocidades de 1,5 Mbps a 2 Mbps. MPEG-2 se compromete a proporcionar imágenes de vídeo en movimiento con mejor calidad que los sistemas de transmisión NTSC, PAI y SECAM. Otros métodos de compresión se encuentran en etapa de investigación y los métodos existentes se están revisando. El Comité Consultivo Internacional de Telégrafos y Teléfonos participa en el desarrollo de estándares para videotelefonía, videoconferencias y otros servicios en RDSI. Hay varias formas de lograr formas comprimidas de compresión de archivos. Las herramientas proporcionadas le permiten comprimir un archivo o un grupo de archivos a la vez. Un conjunto de archivos se puede comprimir en un solo archivo, lo que facilita su envío a otros usuarios. La herramienta de descompresión descomprimirá los archivos. Una popular herramienta de compresión de archivos compartidos, PKZIP (PKWARE Inc. de Glendale, Wisconsin), se utiliza para comprimir archivos en CompuServe y otro software de tablero de anuncios se puede desinstalar de la mayoría de los servicios de tablero de anuncios. La mayoría de los sistemas operativos, incluidos DOS, NetWare y Windows NT, ahora incluyen software de compresión. En NetWare 4.x, puede comprimir automáticamente archivos específicos o un volumen completo o todos los archivos en un directorio específico. Especifica que puede configurar propiedades de archivo para marcar archivos que desea que el sistema comprima automáticamente cuando no esté en uso. Tenga cuidado al activar el sistema de compresión automática. Algunas aplicaciones no funcionan correctamente porque los archivos están comprimidos. Dos conceptos importantes en la compresión de archivos son sin pérdida y con pérdida: Compresión sin pérdida Los sistemas de compresión sin pérdida suponen que toda la información se devuelve del archivo comprimido y que cada bit del archivo es importante, por lo que el algoritmo de compresión realiza una compresión y descompresión precisas del archivo. . Los sistemas de compresión con pérdida suponen que parte de la información se pierde durante la compresión y descompresión. Muchos archivos de gráficos de alta definición contienen información que no se modifica cuando se pierde durante la etapa de compresión. Por ejemplo, si escanea una imagen en color en alta resolución pero su monitor no puede mostrar esa claridad, puede usar un esquema de compresión de distorsión porque no perderá detalles. Los archivos de audio e imagen también son adecuados para la compresión distorsionante porque los cambios causados por la pérdida de información son tan pequeños que es posible que no se detecten cuando se descomprimen y se reproducen. Aunque no hay pérdida de información en la compresión sin pérdidas, la relación de compresión suele ser sólo de 2:1. Dependiendo del tipo de información comprimida, la compresión sin pérdidas proporciona relaciones de compresión que van desde 100:1 a 200:1.
La información de sonido e imagen se puede comprimir bien porque a menudo contiene mucha información redundante. Compresión de datos para comunicación Datoo La compresión de comunicación de datos puede mejorar el rendimiento en enlaces de área amplia. Cuando necesite decidir si utilizar una línea telefónica más económica conectada a través de un módem o una conexión dedicada costosa, un módem con compresión de datos proporcionará un rendimiento adicional si desea elegir la solución más económica. Si necesita conexiones de tiempo completo, la compresión de datos también lo ayudará a aprovechar esas conexiones al máximo. Sin embargo, existen limitaciones. Si la velocidad de transferencia excede los 64 Kbps, la compresión de datos no se completará automáticamente en el punto de conexión WAN porque la velocidad de compresión no puede seguir el ritmo de la velocidad de la línea. La solución es utilizar una herramienta de compresión (como PKZIP) para comprimir manualmente el archivo a una longitud menor antes de la transmisión y luego transferir el archivo al destinatario, donde se descomprime. Los fabricantes de módems adoptaron muchas de las técnicas de compresión de datos mencionadas anteriormente, pero la técnica Lemper-Ziff se hizo cada vez más popular con la adopción del estándar de compresión de datos CCITT V.42bis y su implementación en la mayoría de los módems. Motorola Code ha logrado pruebas de velocidad de datos de más de 100 kbps, aunque el límite actual es de 28,8 Kbps. En el algoritmo de compresión de datos de Lemper-Ziff, todas las cadenas de palabras ocupan toda la tabla. Cuando aparece una nueva cadena, se construye una estructura de árbol similar a la que se muestra en la Figura C-25, que muestra la rama "T" del árbol. Tenga en cuenta que a lo largo de cualquier rama del árbol se puede derivar una palabra de tres letras. Cada rama del árbol está identificada por una palabra clave transmitida en todas las transmisiones. Si aparece una nueva cadena, el nodo se agrega a la rama apropiada del árbol y se genera una nueva palabra clave para representarlo. Existen otros métodos de compresión, como las series Microcom Network Protocol (MNP) tipo 5 y tipo 7. Pero en los últimos años, el estándar V.42 es el método de compresión utilizado por la mayoría de los fabricantes de módems. Compresión de audio y vídeo Compresión de gráficos, vídeo y voz Compresión de gráficos, vídeo y voz Con la aparición de las conferencias multimedia y de vídeo, los sistemas de compresión eficientes se han vuelto muy importantes. Dependiendo de la resolución de la imagen de vídeo, una imagen gráfica en color típica requiere 2 MB o más de espacio en disco, mientras que una imagen de vídeo en movimiento completo sin comprimir de 65.438+0 segundos requiere aproximadamente 65.438+00 MB de espacio en disco. Los administradores de red están preocupados por el tamaño de los archivos multimedia porque copiarlos a un servidor o a otros usuarios consume ancho de banda de la red. Afortunadamente, la mayoría de las imágenes multimedia se pueden comprimir utilizando las técnicas de compresión de distorsión analizadas anteriormente. En la compresión de imágenes de vídeo, cada cuadro debe ser una matriz simplificada de píxeles eliminando información redundante. La compresión de imágenes de vídeo suele utilizar circuitos integrados específicos de la aplicación en lugar de software porque el software funciona demasiado lento. Las imágenes de vídeo estándar suelen tener alrededor de 30 fotogramas por segundo, pero algunas investigaciones han descubierto que 16 fotogramas por segundo son aceptables para muchos espectadores, por lo que el método de eliminación de fotogramas proporciona un método de compresión alternativo.