Алгоритмы сжатия без потерь - кодирование длин серий (RLE), алгоритм Лемпеля-Зива-Велча (LZW), форматы GIF и PNG.

Кодирование длин серий (англ. Run-length encoding, RLE): Рассмотрим изображение, содержащее простой чёрный текст на сплошном белом фоне. В качестве примера приведена некая произвольная строка изображения в черно-белом варианте. Здесь B представляет чёрный пиксель, а W обозначает белый:

WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWBBBWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWWW

Если мы применим простое кодирование длин серий к этой строке, то получим следующее:

12W1B12W3B24W1B14W

В случае, если строка состоит из большого количества неповторяющихся символов, её объем может вырасти.

Алгори́тм Ле́мпеля — Зи́ва — Ве́лча (Lempel-Ziv-Welch, LZW): BWBWBW ­–>BW=A, 3A. Математическая часть алгоритма состоит в оптимизации, чтобы после сжатия не произошло увеличение файла.

GIF (Graphics Interchange Format) – является одним из самых популярных форматов изображений, размещаемых на веб-страницах. Отличительной его особенностью является использование режима индексированных цветов (не более 256), что ограничивает область применения формата изображениями, имеющими резкие цветовые переходы. Небольшие размеры файлов изображений обусловлены применением алгоритма сжатия без потерь качества, благодаря чему изображения в этом формате наиболее удобны для пересылки по каналам связи глобальной сети. В GIF реализован эффект прозрачности и возможности хранить в одном файле несколько картинок с указанием времени показа каждой, что используется для создания анимированных изображений.

PNG (Portable Network Graphics) – формат PNG, являющийся плодом трудов сообщества независимых программистов, появился на свет как ответная реакция на переход популярнейшего формата GIF в разряд коммерческих продуктов. Этот формат, в отличие от GIF сжимает растровые изображения не только по горизонтали, но и по вертикали, что обеспечивает более высокую степень сжатия. Как недостаток формата часто упоминается то, что он не дает возможности создавать анимационные ролики. Зато формат PNG позволяет создавать изображения с 256 уровнями прозрачности что, безусловно, выделяет его на фоне всех существующих в данный момент форматов.

Звук. Физические основы кодирования звука. Аналого-цифровой преобразователь и импульсно-кодовая модуляция. Параметры звуковых файлов - частота сэмплирования, глубина модуляции, битрейт.

Звук— упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания.

В основе цифрового кодирования звука лежит процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока (с пом. микрофона) и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь— устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Импульсно-кодовая модуляция(процесс, осуществляемый в АЦП): Для преобразования любого аналогового сигнала в цифровую форму необходимо выполнить две операции: дискретизацию и квантование.

Дискретизация состоит в представлении непрерывного во времени аналогового сигнала в виде дискретной последовательности его значений в выбранные моменты. Частота сэмплирования (частота дискретизации) — количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду. Семпл — это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнал.

Чтобы однозначно восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна более чем в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала - 44100 kHz. (человек воспринимает волны в диапазоне 20Гц-20кГц, чтобы описать нужно измерить хотя бы 2 раза за такт).

Квантование представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования. Квантование - это нечто похожее на дискретизацию, только данная процедура производится не со временем, а со значением сигнала.

Глубина кодирования звука (глубина модуляции) — число бит, используемое для записи единичного звука.

Битрейт— количество звуковой информации в единицу времени (произведение частоты на глубину). Бит\сек. Битрейт – скорость потока данных, который и определяет, сколько бит нужно для кодирования одной секунды аудиоданных.

В форматах потокового видео и аудио, использующих сжатие с потерей качества, параметр «битрейт» выражает степень сжатия потока и, тем самым, определяет размер канала, для которого сжат поток данных.