Audio va video axborotlarni siqish algoritmlari va tushunchalari

ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
71
AUDIO VA VIDEO AXBOROTLARNI SIQISH ALGORITMLARI VA
TUSHUNCHALARI
O‘rinboyev Alisher Shavkatjon o‘g‘li
(Muhammad Al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg‘ona filiali talabasi)
https://www.doi.org/10.5281/zenodo.8304207
Annotatsiya: U
shbu maqola axborotlarni siqish algoritmlari, axborotlarni siqish jarayonlari,
siqilgan ma’lumotlarni qaytarish va qaytarib bo‘lmasligi hamda qattiq diskdagi zaxira
ma’lumotlarni ustida amallar bajarish haqida tushunchalar berib o‘tilgan.
Tayanch iboralar:
Axborotni siqish, siqish tezligi, siqish sifati, JPEG, JFIF, MPEG, ASCII.
Axborotni siqish - bu kompyuter texnologiyalarining rivojlanish tarixidan ancha uzoq tarixga
ega bo‘lgan muammodir, odatda (tarix) axborotni kodlash va shifrlash muammolari
rivojlanish tarixi bilan birga keladi. Barcha siqish algoritmlari kirishning oqimi bilan ishlaydi,
ularning minimal birligi bir oz, maksimal esa bir necha bit, bayt yoki bir necha bayt. Siqish
jarayonining maqsadi, qoida tariqasida, ba‘zi bir transformatsiyalar yordamida ba‘zi
boshlang‘ich kompakt bo‘lmagan kirish oqimlaridan ma‘lumot birliklarining yanada ixcham
chiqish oqimini olishdir. Siqish jarayonlarining asosiy texnik xususiyatlari va ularning ishlash
natijalari quyidagilardan iborat.
Siqish tezligi - undan oqimning ekvivalent chiqish oqimini olish uchun kirish oqimining
ma‘lum miqdorini siqish uchun sarflangan vaqt.
Siqish sifati - bir xil yoki boshqa algoritmdan foydalanib, unga qayta siqishni qo‘llash orqali
chiqish oqimi qancha miqdorda to‘ldirilishini ko‘rsatadigan qiymat.
Axborotni siqish muammosiga turli xil yondashuvlar mavjud. Ba‘zilarida juda murakkab
nazariy matematik baza mavjud, boshqalari axborot oqimining xususiyatlariga asoslangan va
algoritmik darajada etarlicha sodda. Ma‘lumotni siqishni yoki siqishni amalga oshiradigan har
qanday usul va algoritm, qaytariladigan yoki qaytarib bo‘lmaydigan o‘zgartirilishi orqali
bitlarda axborot chiqishi oqimini kamaytirishga mo‘ljallangan. Shuning uchun, birinchi
navbatda, ma‘lumotlarning tabiati yoki formati bilan bog‘liq mezon bo‘yicha barcha siqishni
usullarini ikki toifaga bo‘lish mumkin: qaytariladigan va qaytarib bo‘lmaydigan siqish.
Qaytarib bo‘lmaydigan siqish deganda kirish ma‘lumotlari oqimining o‘zgarishi tushuniladi,
unda ma‘lum bir ma‘lumot formatiga asoslangan chiqish oqimi, ba‘zi
nuqtai nazardan
, tashqi
xarakteristikalarda kirish oqimiga mutlaqo o‘xshash bo‘lgan, ammo hajmidan farq qiladigan
ob'ektni anglatadi. Kirish va chiqish oqimlarining o‘xshashligi darajasi ushbu ma‘lumot oqimi
bilan ifodalangan ob'ektning ba‘zi xususiyatlarining (ya‘ni, ma‘lum bir ma‘lumot formatiga
muvofiq siqilgan va siqilmagan ma‘lumotlar) muvofiqligi darajasi bilan belgilanadi. Bunday
yondashuvlar va algoritmlar, masalan, oqimdagi baytlarning past darajadagi takrorlanish
darajasi past bo‘lgan grafik fayllarning ma‘lumotlarini siqish uchun ishlatiladi. Ushbu
yondashuv grafik faylning tuzilish formatining xususiyatidan va displey sifatida (inson ko‘zi
bilan ko‘rish uchun) bir xil (yoki aniqroq n) usulda grafik rasmni taqdim etish qobiliyatidan
foydalanadi. Shuning uchun, siqilish darajasi yoki kattaligiga qo‘shimcha ravishda, bunday
algoritmlarda sifat tushunchasi paydo bo‘ladi, chunki siqish jarayonida asl rasm o‘zgaradi,
keyin sifatni ma‘lumot formatiga qarab, sub'ektiv ravishda baholangan asl va natijada olingan
rasmning muvofiqlik darajasi deb tushunish mumkin. Grafik fayllar uchun bunday
yozishmalar vizual ravishda aniqlanadi, ammo mos keladigan aqlli algoritmlar va dasturlar
ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
72
mavjud. Qaytish mumkin bo‘lgan siqishni, kirish va chiqish oqimlarining axborot tuzilishining
aniq muvofiqligi zarur bo‘lgan joylarda qo‘llash mumkin emas. Ushbu yondashuv JPEG va JFIF
algoritmlari va JPG va JIF fayl formatlari deb nomlanuvchi video va foto ma‘lumotlarini taqdim
etishning mashhur formatlarida amalga oshiriladi.
Qayta tiklanadigan algoritmlarda jarayon sifatida kodlashni statistik nuqtai nazardan
ko‘rib chiqish mumkin, bu nafaqat siqishni algoritmlarini tuzishda, balki ularning
samaradorligini baholashda ham foydalidir. Qaytariladigan barcha algoritmlar uchun kodlash
qiymati tushunchasi mavjud. Kodlash narxiga bitdagi kod so‘zining o‘rtacha uzunligi kiradi.
Kodlashning qisqarishi xarajat va kodlash entropiyasi o‘rtasidagi farqga teng va yaxshi siqish
algoritmi har doim ortiqcha ishlarni kamaytirishi kerak (esda tutingki, ma‘lumotlarning
entropiyasi uning buzilishini o‘lchaydi.) Shannonning ma‘lumotni kodlash bo‘yicha asosiy
teoremasi "kodlash har doim manba atrof-muhitidan kam emas, garchi unga o‘zboshimchalik
bilan yaqinlashishi mumkin". Shuning uchun har qanday algoritm uchun har doim kirish
oqimining entropiyasi tomonidan aniqlanadigan siqilish darajasida har qanday cheklov
mavjud. Endi biz to‘g‘ridan-to‘g‘ri qaytariladigan algoritmlarning algoritmik xususiyatlariga
murojaat qilamiz va kodlash tizimlari va axborotni siqish usullarini amalga oshirish bilan
bog‘liq ma‘lumotlarni siqishning eng muhim nazariy yondashuvlarini ko‘rib chiqamiz.
Axborotni siqish algoritmlarini ishlab chiqish amaliy matematikaning bir sohasiga tegishli.
Ular tabiiy zaxirani yo‘q qilish tamoyiliga asoslanadi. Axborotni siqish usullari an'anaviy
ravishda ikkita ajratish sinfiga bo‘linadi: yo‘qolgan siqishva ma‘lumotni yo‘qotmasdan
siqishni.
Yo‘qotilgan siqish-siqilgan arxivni bo‘shatgandan so‘ng, avvalgisidan biroz farq qiladigan
ma‘lumotlar olinadi. Shubhasiz, siqilish darajasi qanchalik katta bo‘lsa, yo‘qotish hajmi va
aksincha. Albatta, bunday algoritmlar matnli hujjatlar, ma‘lumotlar bazasi jadvallari va
dasturlarida qo‘llanilmaydi. Oddiy, formatlanmagan matnda siz ozgina buzilishlardan omon
qolishingiz mumkin, ammo dasturda kamida bitta bitni buzish uni to‘liq ishlamay qolishiga
olib keladi.
Shu bilan birga, o‘nlab marta siqishni olish uchun ma‘lumotlarning bir necha foizini qurbon
qilish mumkin bo‘lgan ma‘lumotlar mavjud, masalan, fotosuratlar, video va audio materiallar.
Bunday ma‘lumotlarning siqilishi va keyinchalik dekompressiyasi paytida yo‘qolishi
qo‘shimcha "shovqin" paydo bo‘lishi sifatida qabul qilinadi.
Axborot yo‘qotishni siqish algoritmlari quyidagilar kabi algoritmlarni o‘z ichiga
oladi Jpeg(rasmlarni siqishda foydalaniladi) va MPEG(video va audioni siqishda
foydalaniladi). Axborot yo‘qotishlarni siqish algoritmlari faqat iste'molchilar uchun
mo‘ljallangan vazifalar uchun ishlatiladi.
Siqish paytida ruxsat etilgan yo‘qotishning kattaligi odatda boshqarish mumkun, bu sizga
"o‘lcham / sifat" ning maqbul nisbatiga erishishga imkon beradi. Ekranda namoyish etilishi
mo‘ljallangan fotografiyalarda ma‘lumotning 5% yo‘qolishi odatda tanqidiy emas, ba‘zi
hollarda esa 20-25% yo‘qolishi mumkin.
Usullari ma‘lumotni yo‘qotmasdan siqishni ular matnli hujjatlar va dasturlar bilan ishlashda
qo‘llaniladi va ma‘lumotlarning yo‘qolishiga yo‘l qo‘ymaydi. Ular faqat uning ortiqcha
bo‘lishini yo‘q qilishga asoslangan.
1-misol Ukraina tilida 32 ta harf, o‘nta raqam va o‘nlab o‘nlab tinish belgilari va boshqa
maxsus belgilar mavjud. Faqat katta harflar bilan yozilgan matn uchun (telegramdagi kabi)
ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
73
oltmish xil ma‘no etarli bo‘ladi. Biroq, har bir belgi odatda 8 bitdan iborat va 256 xil kodlarni
ifoda etadigan baytda kodlangan. Bu zaxira uchun birinchi asosdir. "Telegraf" matni uchun har
bir belgi uchun 6 bit etarli bo‘ladi.
Shakl 1. Morse kodi
2-misol Xalqaro ASCII belgilar kodlashda har qanday belgi kodlash uchun bir xil miqdordagi
bitlar ajratilgan (8). Biroq, eng keng tarqalgan belgilar kamroq belgilarni kodlash uchun
mantiqiy ekanligi aniq. Shunday qilib, masalan, in morse kodi ko‘pincha topilgan "E" va "T"
harflari bitta belgi bilan kodlangan (mos ravishda bu nuqta va tire). Va "Yu" (-) va "Ts" (- -)
kabi noyob harflar to‘rtta belgi bilan kodlangan. Samarasiz kodlash - bu ortiqcha to‘lovning
ikkinchi sababi.
Axborotni siqishni amalga oshiradigan dasturlar o‘zlarining kodlashlarini (turli xil fayllar
uchun har xil) kiritishlari va siqilgan faylga ma‘lum bir jadval (lug‘at) belgilashlari mumkin,
bunda paketdan chiqarish dasturi ushbu faylda qanday belgilar va ularning guruhlari
kodlanganligini bilib oladi. Axborotni transkodlashga asoslangan algoritmlar deyiladi xuffman
algoritmlari.
Ikki nusxadagi bo‘laklarning mavjudligi ortiqcha sonning uchinchi sababi hisoblanadi. Bu
matnlarda kam uchraydi, lekin jadval va grafikalarda kodlarning takrorlanishi odatiy holdir.
Masalan, agar 0 soni ketma-ket yigirma marta takrorlangan bo‘lsa, unda yigirma nol baytni
qo‘yish mantiqiy emas. Buning o‘rniga, ular bitta nol va 20 koeffitsientini qo‘yadilar.
Takrorlanishlarni aniqlashga asoslangan bunday algoritmlar usul deb ataladi seriyali
uzunlikdagi kodlash(RLE,Kod uzunligini kodlash) Bir xil baytlarning katta takroriy ketma-
ketligi ayniqsa grafik rasmlar bilan ajralib turadi. Usul "pikselga bayt" formatidagi grafik
tasvirlar uchun juda samarali (masalan, formatlar) Pcxyoki BMP).
Qattiq disklarda zaxira nusxalarini yaratishda, fayllarni siqish paytida ish joyida daromad
olishning yana bir imkoniyati mavjud, bu ma‘lumotlarning ko‘payishi bilan emas, balki
kompyuterning fayl tizimini tashkil qilish bilan bog‘liq. Uning mohiyati shundan iboratki,
katta yoki kichik har qanday fayl faqat diskdagi butun sonlarni egallashi mumkin. FAT16 fayl
tizimida qattiq diskda 65536 dan ortiq klaster bo‘lishi mumkin (2 16). Bu shuni anglatadiki,
hajmi 1 dan 2 GB gacha bo‘lgan drayvlar uchun klaster hajmi 32 Kbni tashkil qiladi.
Katta guruhli fayllarni bitta faylga siqish paytida, fayl tizimining mantiqsiz tashkil etilishi
natijasida yo‘qotishlarning kamayishi tufayli bitta faylga kamida 16 Kbayt tejash kerak.
References
:
1.
A.A. Abduqodirov, A,G‘ Hayitov, P.P. Shodiyev. Axborot texnologiyalari.
2.
S.S. G‘ulomov. Axborot tizimlari va texnologiyalari.
3.
A.M. Abduvohidov, B.K. Pozilov. Zamonaviy axborot texnologiyasi.
|