8.1 Огляд типів систем стиснення інформації

Передача і зберігання інформації потребує достатньо значних витрат. Велика частина даних, що потрібно передавати по каналах зв'язку або зберігати, має не найкомпактніше подання. Звичайно, дані зберігаються у формі, що забезпечує їх найпростіше використовування, наприклад: звичайні книжкові тексти, ASCII-коди текстових редакторів, двійкові коди даних ЕОМ, відліки сигналів в інформаційно-вимірювальних системах і т. ін. Проте таке подання даних вимагає удвічі-втричі, а іноді і у сотні разів більше місця для збереження і ширшу смугу частот для передачі, ніж це насправді потрібно. Тому стиснення даних є одним із найактуальніших напрямів розвитку цифрових систем передачі та збереження інформації. На сьогодні більшість з цих систем просто не змогли б успішно функціонувати без економного кодування. Не було б цифрового сотового зв'язку стандартів GSM та CDMA, цифрового супутникового телебачення, дуже неефективною була б робота в Internet, не говорячи вже про необхідність стиснення зображень, музики, відео і т. ін.

Узагальнену схему системи стиснення інформації можна подати у такому вигляді (рис.2.11).

Рисунок 2. 11

Кодер джерела перетворює дані до стисненого вигляду, а декодер їх відновлює. Відновлені дані можуть або точно збігатися з початковими, або трохи від них відрізнятися.

З огляду на розмаїтість наявних типів систем і методів стиснення інформації розглянемо лише деякі з них.

Системи стиснення інформації поділяються за їхнім функціональним призначенням, степенем і швидкістю перетворення даних, степенем їхнього відновлення.

За функціональним призначенням вирізняють системи стиснення для передачі даних і для їхньої архівації. Різниця полягає у тому, що перші діють з незначними за обсягами даними (до декількох десятків і сотень байтів), а інші - із набагато більшим обсягом інформації (мегабайти).

За характером стиснення даних вирізняють лінійні, матричні, комбіновані і каскадні способи стиснення.

До лінійних належать такі способи стиснення, за якими кодування виконується в одному напрямі (горизонтальному або вертикальному).

До матричних належать способи стиснення, за якими використовується матричний принцип заміни повторюваних елементів інформаційного масиву.

До комбінованих належать системи стиснення, в яких використовуються два або більше лінійних або матричних способів стиснення.

До каскадних належать системи послідовного стиснення інформації різними способами.

За степенем стиснення вирізняють низькоефективні (з коефіцієнтом стиснення r < 1,5), середньоефективні (r=1, 5...3) і високоефективні (r > 3) системи. Так само за швидкістю перетворення інформації системи стиснення поділяють на низько-, середньо- і високошвидкісні, для яких швидкість R змінюється відповідно від кількох кілобайтів до мегабайтів за секунду.

При використовуванні двійкового кодування інформації коефіцієнт стиснення визначається відношенням розміру початкових даних до розміру стиснених даних у бітах:

, (2.15)

де через dim(X) позначено об'єм алфавіту джерела X; n - довжина початкового повідомлення (у символах); k - довжина стисненого повідомлення у бітах.

Відповідно швидкість стиснення визначають так:

(2.16)

і вимірюють як кількість бітів коду, що припадає на одне елементарне повідомлення джерела, тобто є середньою довжиною коду повідомлення завдовжки n.

Системи, що мають більший коефіцієнт стиснення, забезпечує меншу його швидкість.

За степенем відновлення інформації вирізняють системи стиснення без втрат інформації (неруйнуюче стиснення) та системи стиснення із втратами (руйнуюче стиснення).

Стисло розглянемо ці типи систем стиснення інформації.