Bittejä pakettiin

[2. Hukkaamaton pakkaus]

• 2.1 Mitä se on
• 2.2 Miten se tehdään
• 2.3 Yleisimpiä menetelmiä
  • 2.3.1 RLE
  • 2.3.2 Sanasto
  • 2.3.3 LZ*
  • 2.3.4 Huffman

• 3.1 Still-kuva
• 3.2 Video
• 3.3 Tärkeimmät kuvanpakkaus menetelmät
  • 3.3.1 JFIF (JPEG)
  • 3.3.2 MPEG

• Miten?
  • Häviötön
  • Häviöllinen
• Yleisimpiä standardeja
  • MPEG - 1,2,3
  • ATRAC - MiniDisc
  • GSM

Koska häviöllisessä pakkauksessa osa tiedosta häviää pakattaessa, ei häviöllistä pakkausta voida käyttää normaalien data- tai ohjelmatiedostojen pakkaukseen, joiden pitää vielä purkamisen jälkeenkin sisältää alkuperäinen informaatio täydellisenä.

Myös äänen pakkaus toteutetaan useimmiten häviöllisenä, sillä äänessä on usein informaatiota jonka poistaminen ei juurikaan vaikuta äänenlaatuun. Äänen pakkauksesta enemmän omalla sivullaan.

Still-kuva
Fraktaalipakkaus on fraktaaligeometriaan perustuva häviöllinen pakkaus menetelmä, jota häviöllisyytensä takia käytetään kuvien pakkaamiseen. Fraktaalipakkauksessa kuva hajoitetaan itseään toistaviin palasiin, jonka jälkeen se koodataan matemaattisina kaavoina. Pakkaaja voi usein itse määrittää pakkaustason. Kuva voidaan pakata vain murto-osaan alkuperäisestä koostaan, mutta mitä tiiviimpään kuva pakataan, sitä epäselvemmäksi ja sumuisemmaksi kuvan laatu pakkauksen purkuvaiheessa muuttuu. Normaalisti värikästä kuvaa voidaan kuitenkin pakata melko paljon, ilman ihmissilmin havaittavaa eroa kuvan laadussa.

Video
Videon pakkauksessa käytetään pääsääntöisesti häviöllisiä pakkausmenetelmiä. Videon pakkauksessa on yleistä ettei kuvasta kerrota jokaisella kerralla kaikkea informaatiota, vaan pelkästään muuttunut tieto. Vain esimerkiksi joka kahdeskymmenes kuva piirretään kokonaan. Videokuva vie yleensä pakattunakin paljon tilaa, koska kuva ja ääni on yhdistetty samaan tiedostoon. Pakatun videokuvan purkaminen tarvitsee tehokkaan koneen ja purku ohjelmiston ellei sellaista ole prosessorilla jo valmiina.

JPEG (*.jpg)
JPEG (Joint Photographic Experts Group) kuvatiedostomuoto on viralliselta nimeltään JPEG File Interchange Format (JFIF), mutta käytännössä kaikki puhuvat JPEG-tiedostoista.

JPEG on erityisesti valokuvien arkistointiin kehitetty kuvatiedostomuoto, joka hukkaa informaatiota kuvaa pakattaessa. Tämän ansiosta JPEG on huomattavan tehokas pakkausalgoritmi, jolla kuvan koko voidaan saada jopa kahdenteenkymmenenteen osaan entisestä.

Kuvaa pakattaessa JPEG-algoritmin mukaan se hajoitetaan ensin yhdeksi kirkkauskomponentiksi ja kahdeksi värikomponetiksi (YUV-värijärjestelmä), näille tehdään diskreetti kosinimuunnos (DCT), muunnoksen kertoimet kvantisoidaan (tässä vaiheessa informaatiota katoaa) ja jäljelle jäävä data pakataan esimerkiksi Huffman-koodauksella. Kuvatiedostoa luettaessa toimitaan päinvastaisessa järjestyksessä.

Käytännössä JPEG-pakkaus poistaa kuvasta pieniä värin ja kirkkauden muutoksia, joita ihmissilmä ei pysty erottamaan. Kun kuvaa tallennetaan JPEG-muodossa, voidaan ohjelmassa yleensä valita laatuparametri, joka määrää kuvan laadun ja kuvatiedoston koon. Parametria muuttamalla voi etsiä parasta kompromissia kuvan laadun ja tiedoston koon välillä.

JPEG-menetelmällä pakattavien kuvien on hyvä olla 24-bittisiä RGB-kuvia. Menetelmän laadusta johtuen JPEG pakkaa huonosti niukasti värejä sisältäviä kuvia, sekä kuvia, joissa viereisten pikselien värit voivat olla hyvin erilaisia. Tälläisiä ovat tyypillisesti tietokoneella tehdyt, tekstiä ja yksinkertaista grafiikkaa sisältävät kuvat. Näiden kuvien laatu heikkenee oleellisesti, mikäli niitä pakataan JPEG-menetelmällä.

On olemassa myös informaatiota hukkaamattomia JPEG-algoritmeja (lossless JPEG ja JPEG-LS), mutta niitä ei juuri käytetä eikä tueta.

MPEG (*.mpg)
MPEG tulee sanoista: Moving Pictures Expert Group. MPEG käyttää yksittäisten kuvien pakkaamiseen samankaltaista DCT-muunnokseen perustuvaa pakkausalgoritmia kuin JPEG. MPEG:llä pakkattaessa päästään tilan tarpeesseen n. 6Mt/min. Pakkaamaton videokuva vie 1200Mt/min ilman ääntä, joten käytännössä kaikki videokuva on aina taltioitava pakattuna.

MPEG näyttää joka viidennentoista kuvan ja tekee muihin vain tarvittavat muutokset. Näin päästään erittäin pieneen paketin kokoon. Videokuvassa äänelle on varattu n. 10% osuus varatusta tilan tarpeesta. Äänen tasollakin päästään siis vaikuttamaan jonkin verran tulevan paketin kokoon.