Kadudega pakkimine

Kadudega andmete pakkimine on andmete pakkimise meetod, mille käigus ümardatakse ja kaotatakse andmeid, et nende mahtu vähendada. Kadudega pakkimine toimib ainult tajutavate andmete, tavaliselt heli- või visuaalsete andmete kohta. Neid andmeid võib muuta, vahetevahel märkimisväärselt, ilma selleta, et inimene seda tajuks. Info kadu on pöördumatu ehk pärast pakkimist pole enam võimalik algandmeid taastada. Seetõttu nimetatakse kadudeta pakkimist mõnikord ka pöördumatuks pakkimiseks. Kadudega pakkimise tulemus on üldjuhul enam-vähem originaali lähedane, kuid mitte päris sama. Andmete kaotamise tõttu on võimalik saavutada tunduvalt paremat pakkimise suhet võrreldes kadudeta pakkimise algoritmidega. Kadudeta pakkimine on alternatiivne pakkimise meetod, mille tulemust saab uuesti lahti pakkida, saades tagasi muutmata originaalsed andmed.

Kadudega pakkimise tüübid

Kadudega andmete pakkimist kasutatakse eelkõige videoandmete tihendamiseks. Näiteks võib tuua televiisori, kus ilma pakkimiseta oleksid andmemahud väga suured. Võttes näiteks eraldusvõimeks 1080p, saame et iga kaadri edastamiseks läheb vaja 1920*1080*3=6 220 800 baiti (iga piksli värvi jaoks, ehk punane, roheline ja sinine, läheb tarvis üht baiti). Võttes näitena, et iga sekund saadetakse 25 kaadrit, saaksime vajaminevaks kiiruseks 155.52 MB/s. Selliste andmemahtude saatmise vältimiseks on otsitud erinevaid viise selle vähendamiseks. Digitaalsete televiisorite puhul on enamkasutatud tihendamismeetodid MPEG-2 ja H.264

Kadudega pakkimine põhineb ideel, et ainult väike alamhulk andmetest on informatiivse iseloomuga ning seetõttu proovitakse infot lühidalt kodeerida. Reaalselt tuvastab silm alad, kus naaberpikslite vahel on seos. Pakkimisalgoritmid keskenduvad nende alade avastamisele ja võimalikult kompaktsele kodeerimisele. Näiteks JPEG 2000 algoritm suudab üldiselt kodeerida fotosid teguriga 20:1. Kuna inimsilm ei pruugi kõiki detaile tajuda, on võimalik andmemahtu vähendada nii, et tulemus oleks originaaliga väga sarnane, kui mitte identne. Kadudega pakkimise ülesanne on vähendada andmete hulka, samal ajal säilitades kasutajale tajutava kvaliteedi, vältides vigade tekkimist.

Sama moodi suudab inimkõrv eristada ainult väga väikest alamhulka võimalikest helidest. Seda kasutades saab eemaldada väga kõrged ehk üle 20 kHz ja kuuldelävest alla jäävad sageduskomponendid. Vähendatakse helisignaali dünaamikaulatust ehk valjusid helisid vaigistatakse ja vaikseid helisid muudetakse valjemaks. Selle tulemusena läheb kodeerimisele vähem bitte. Peale selle jäetakse kodeerimata signaaliosad, mis maskeerimisnähtuse tõttu mattuva suure amplituudiga komponentide alla.

Pakkimise enim kasutatud meetod on diskreetne koosinusteisendus. Seda kasutatakse erinevates heli pakkimise formaatides (näiteks MP3), video kodeerimises (MPEG) ning ka piltide tihendamise formaatides (JPEG).

Ülaltoodud piltidel on näha sama võtet erinevate pakkimistasemetega. Esimene on väheste kadudega pakitud, mille tõttu on nähtaval pisemad detailid. Parempoolne on tihedamalt pakitud, suuremate kadudega. Tulemuseks on tunduvalt väiksema mahuga pilt, hoides endiselt tähtsamad andmed alles. Praegusel juhul on pildil kõige tähtsamaks kass, mille värvi ja kuju on endiselt võimalik väga selgelt ära tunda. Väga tihti kasutatakse seda voogedastusel, kus tuleb reaalajas heli ja muid andmeid üle kanda, samal ajal kui ühenduse andmeedastuskiirus võib muutuda. See tähendab, et madalama ülekandekiiruse puhul kaotatakse rohkem andmeid, säilitades pildi ja heli arusaadavust, kaotamata stabiilset ühendust.

Alladiskreetimine
Tihti kasutatakse kadudega pakkimist andmete alladiskreetimiseks, mis on oluline madalate andmeedastuskiiruste juures. Selliseid olukordi tuleb enamasti ette satelliitidega, kus kõigepealt saadetakse kokkupakitud pisipilt. Pärast selle kohale jõudmist, kui on võimalus ja leitakse, et pilti on mõtekas edasi töödelda, saadetakse täissuuruses pilt. Seda rakendati näiteks New Horizons satelliidil, kui tehti Pluutost ja Charonist pilte. Sama meetodit rakendatakse ka ESTCube-2 pardal, et vältida sisutute piltide saatmist, säästes aega ja energiat.

Meetodid

Pildid
 JPEG
 WebP
 PNG
 JPEG 2000

Video
 H.261
 H.264
 WebM
 MPEG-1
 MPEG-2
 MPEG-3
 MPEG-4
 VC-1

Heli
 MP3
 AC-3
 Opus
 Vorbis

Viited