1

الرابعة الوحدةالبيانات ضغط

2

مقدمةهذه • كانت و جدا ضخمة الوسائط ملفات أحجام

. تخزينها سهولة لعدم نظرا واجهتها التي الصعوبةبحجم • صورة بعمق 480*640فمثال تحتاج 24و 1بت

ميجابايت.من • إلى 25فيلم يحتاج بالثانية جيجابايت 1صورة

. دقيقة زمنه كان إذامن • ألكثر يتسع ال التخزيني القرص كان

ميجابايت.1.2طويل • وقت يستغرق المودم عبر الوسائط إرسال

البيانات نقل سرعة ألن .19.200جدا / ث بتاتصاالت • أجهزة تطوير تريد لفئة العلماء انقسم

و الوسائط نقل في كبيرة لسرعات للوصولللبيانات ضغط أساليب لتطوير يسعون .آخرين

3

البيانات ضغط أنواع

.1 : تم قد لكن و البيانات ضغطت الفاقد الصنفالثانوية و جذرية الغير المعلومات بعض عن التخلي

. الفيديو أفالم مثل أعلى ضغط لنسبة للوصول.2 : ال التي الوسائل من النوع هذا فاقد الغير الصنف

مثل عرضها و استرجاعها عند معلومات أي تفقد. األشعة صور

•. معاكسة فك عملية تقابلها ضغط عملية كلالكلمة • قسمين CODECأصل ل COهو اختصار

Compression , و الضغط تمثل ل DECو اختصارDecompression. الضغط فك هي و

•CODEC الكترونية قطعة أو برنامج عن عبارةمضغوطة تكن لم إن إليها الداخلة البيانات تضغط

. مضغوطة كانت إن تفكها و

4

الترميز أنواعالضغط • / نسبة = البيانات حجم ص الضغط بعض البيانات حجم

س األصلية•. أفضل الضغط كان أكبر الضغط نسبة كانت كلماسواء • ضغطها المنوي البيانات أصل على يعتمد الترميز

, , , و المصدري نوعان وهو متحركة صور صورة صوت كانتالالمصدري.

الالمصدري • مصدر Entropyالضغط على النوع هذا يعتمد الالبيانات أنواع كل مع التعامل يتم و ضغطها المراد البيانات

من سلسلة أنها هفمان Bytesعلى طريقة نوعان وهيHuffmun , طريقةRLE. فاقدة الغير الطرق من هما و

عن • علم لديها ليس و بالمصدر تهتم ال التي الضغط طريقة , في حذرة تكون ضغطها المراد البايت سلسلة تمثيل

ال من معلومة أي عن صور Bytesالتخلي ذلك على مثال و. األشعة صور و الخرائط

5

الترميز أنواع تابعالمصدري • هذا Sourceالضغط يتميز

يحاول هو و للمصدر فهمه بمحاولة النوع. عنه االستغناء أو فقده يمكن ما يوجد أن

هي • و ممكنه ضغط نسبة ألكبر يوصل هو30/1 . األصلي الحجم من

األصوات • أو اللون درجة في الدقة يفقد. سماعها االنسان يستطيع ال التي

طريقة • المصدرية GIFتعتبر الطرق من. الصور لضغط فاقدة الغير

6

RLEطريقة ل • اختصار تعني Run Length Encodingهي و

. التعداد بطول الترميزالصنف • من و فاقدة غير ضغط طريقة

الالمصدري.مناسبة • هي و وسريعة الطرق أسهل و أبسط من

ال فيه يتكرر الذي .Bytesللنوع بكثرة الواحدال • من سلسلة تبديل على الطريقة هذه تعتمد

Bytes تكرارها بعدد المتكررة البيانات من أو. إحداها تاركة

الملف • يحتوي عندما فقط فعالة الطريقة هذهثالثة عن يزيد منها الواحدة بطول سالسل على

. مرات ثالث من أكثر الرمز فيها يتكرر أيالبيانات • من السالسل كثرت إذا جدا مناسبة هي

, التي الصور مثل الواحد الملف في المتكررةمن الكثير فيها صفحة أو البياض من الكثير تحتوي

الفراغات.نماذج • .TIFFو PDFتدعم

7

1مثالال من مجموعة على يحتوي Bytesملف

: التالي الشكل علىRRRDRRRRRRCCCCCCC

عملية بعد شكله يصبح كيف وضحالضغط, نسبة احسب ثم الضغط

طريقة .RLEباستخدام: يصبح: الملف شكل الحل

R*3DR*6C*7 يساوي كان األصلي الحجمالضغط 17 بعد الملف حجم و بايت

* 10أصبح , هي إشارة أيضا ألن بايت , الضغط نسبة فتصبح بايت واحد

1.7 =10/17تساوي

8

هفمان Huffmanطريقة

ال • و فاقدة غير طريقة هي و هافمان ديفيد اخترعهامصدرية.

بالملف • تردده حسب رمز لكل مختلفة أحجاما تعطيالواحد.

, 2ب • بثالثة و مختلفة رموز أربعة تمثيل نستطيع بت. رموز ثمانية تمثيل نستطيع بت

المختلفة • الرموز من خمسة تمثل أن أردت إذا فمثالاألقل على الواحد الرمز طول كما 3فسيكون بت

: أدناه الجدول في

عشرثنائيالرمزي

A0000

B0011

C0102

D0113

E1004

9

هفمان طريقة Huffmanتابعالمتكرر • الرمز إعطاء على الطريقة هذه تبنى

, حجما التكرار النادر الرمز و قليل حجما كثيرا. الكلية بالمساحة للتوفير ذلك و أكبر

: تقوم أنك هو باختصار الطريقة هذه خطوات.1. اآلخر تلو الواحد الرموز بترتيب.2. تكراره مرات عدد رمز كل بجانب ندونمرات 3. عدد أقل لهم الذين الرمزين بجمع نبدأ

. واحدة نقطة في تكرارو 0نضع 4. للنقطة حجما األقل الفرع على 1على

, فتختار الفرعان تساوى إذا و حجما األكبر. عشوائيا

تحتوي • التي للملفات مناسبة هفمان طريقةالضغط برامج في عادة تستخدم و برامج و نصوص

الضغط لطرق داعمة طريقة هي .Jpeg, Mpegو

10

2مثال: التالية الرموز من مكون ملف

AAABAABABCDEDDBCDADA

, و هفمان ترميز باستخدام الملف حجم أوجدبأطوال الترميز استخدم إذا الحجم مع قارنه

ثابتة؟الحل:

20/8= 0.4

20/4 =0.2....

اإلحتماالعددالرمزلية

A80.4

B40.2

C20.1

D50.25

E10.05 تابع الحل

11

المثال حل 2تابع

0.4A

0.2B

0.1C

0.05E

0.25D

0.15CE

0.35BCE 1.0

ABCDE

0.6BCDE

1

0

0

1

1

01

0

12

المثال حل 2تابعالجدول على لنحصل رمز لكل التمثيل الشجرة من نستخرج

الترميالرمزالتالي:ز

A0

B111

C1101

D10

E1100

قيمة الرمزالتكرار

طول الترميز بالبت

الحجم الكليبالبت

A818

B4312

C248

D5210

E144

الملف 42حجمنحصل ثم من و

على

ثابتة بأطوال التمثيل استخدام حالة في الملف حجمرمز 3أي لكل بت

بت 60 = 20 * 3=

13

الصور JPEGطريقة لضغطل • اختصار و Joint Picture Expert Groupهي

عام عليها المصادقة .1992تمتو • المعلومات بعض عن تتخلى الطريقة هذه

غير أشياء تغير فهي فاقدة أنها أي البياناتامتدادها و الصور في .* .JPGجذرية

غير • الطرق من أكثر الضغط نسبة فيها تزيدو هفمان مثل .RLEالفاقدة

الصورة • تحول الطريقة بهذه الصور لضغطمجموعة من تكون ما عادة إلى RGBالتي

الوان ,U,V= Chromaوتعني YUVمجموعةY=Luma من مكونة الواحدة الصورة فتعتبر

. , صور ثالث أو طبقات ثالث

14 JPEGصورة

15

3مثال

البيكسل قيمة مجموعة 0x734AFحول RGBمنمجموعة .YUVإلى

عشر الحل: السادس النظام من األرقام نحولالعشري النظام إلى

R = 0x07= 160 *7= 7

G = 0x34 =160*4+161*3 = 52

B = 0xAF = 160*15+161*10 = 175

التحويل معادالت في القيم هذه عن بالتعويض وY = 0.3R + 0.6G + 0.1B = 50.8

U = B –Y = 124.2

V = R –Y = -43.8

16

لطريقة األساسية JPEGالخطواتالترددي 1. المجال إلى الصورة Discrete (DCT)تحويل

Cosine Transform.

الترددي من DCTالمجال وحدة لكل تحليلية عملية هوالترددية محتوياتها مستخرجة األصلية الصورة

. ترددا األكثر إلى الثابتة بالمكونات مبتدئةهذه Quantizationالتقريب. 2 و الثانية المرحلة هي

غير البيانات بعض فقدان وراء السبب هي العمليةطريقة في .JPEGالجذرية

عدد تقليل أو عينة كل حجم تقليل هدفه التقريب (. رقم الشريحة في المثال أنظر عينة لكل (17البايت

زاغي. 3 الزيغ المرحلة Zig zag scanالمسح هي ومن سلسلة إلى البعد ثنائية الصورة لتحويل الثالثة

. الواحد البعد ذات الرموز

17

لطريقة األساسية الخطوات JPEGتابع

السطر من نبدأ فإننا زاغ زيغ إلى الصورة لتحويلمن و األول بالعمود نبدأ أو الثاني ثم من و األول

. هكذا و الثاني ثمأن االعتبار بعين يأخذ زاغي الزيغ المسح عندو منخفض ترددها تكون اليسار أعلى المنطقة

تكون و لها حساسة العينغير العين و عالي ترددها اليمين أسفل المنطقةبعد خصوصا أصفارا تكون ما غالبا و لها حساسة

. التقريب عمليةللوصول. 4 النهائية المرحلة هي الالمصدري الترميز

البيانات تضغط بالتالي و عالية ضغط لنسبةغير RLEبطريقة طرق هما و هفمان ثم من و

فاقدة.

18 زاغي الزيغ المسح

19

التقريب 3مثال عن : التالية القيم أن علمت ممثلة 97, 100إذا كل

من 7بعدد سيطبق, الذي التقريب عملية أن و البت

طول إلى القيم تحول باقتطاع 4عليها بت. 3أقل الناتجة؟ القيم هي فما بتالحل:

: الثنائي النظام إلى رقم كل حولاقتطاع 1100100تصبح 100 عند تصبح 3و بت

العشري 1100 العدد يكافئ الرقم هذا .12و

اقتطاع 1100001تصبح 97 عند تصبح 3و بتالعشري 1100 العدد يكافئ الرقم هذا .12و

20

4مثالبحجم يساوي 240*360صورة لوني 24بعمق

بطريقة ضغطها أردنا عدد JPEGإذا فكممرحلة على تمر سوف التي البيكسالت

التقريب؟بحجم: لوحدات الصورة تقسم فعدد 8*8الحل

وحدة 1350= 30*45 = 8/240 *8/360الوحدات= طبقات ثالث من مكونة وحدة :YUVكل بحيث

Y=8*8 = 64بيكسلU =4*4 = 16بيكسلV =4*4= 16بيكسل

Y+U+V = 96 بيكسللدينا بيكسل 129600= 1350*96 فينتج

21

JPEGأحوال .1 : الوحدات يختار التسلسلي من 8*8الضغط

, إلى األعلى من و اليمين إلى الصورة يسارالصورة تظهر ولكن طبيعية بصورة األسفل. كبيرة بيكسالت بحجم و واضحة غير بطريقة

.2 , : الضغط فك منها الهدف التدريجي الضغط , تعرض بحيث تدريجيا الصورة تعرض و

, ثم من و سيئة بجودة لكن و كاملة الصورة. تدريجيا الصورة تتضح

.3 : صورة ضغط على يعتمد الهرمي الضغط , ضغط ثم من و األصلية الصورة عن مصغرة , أي األصلية و المصغرة الصورة بين الفرقالقسم قراءة بعد الصورة عرض يتم أنه

. للمعلومات األول

22

GIF طريقةل • اختصار و Graphical Interchange Formatهي

اخترعت و المتبادلة الرسومات نموذج تعنيبالثمانينات.

عبر • الرسوم بيانات نقل في فعالة طريقة هيطريقة هي و المعلومات .غيرشبكة فاقدة

بطريقة • مضغوطة صورة عن الضغط فك عندGIF امتدادها التي الناتجة* gif.و الصورة تكون

. األصلية الصورة طبق• , بقيم المتكررة السالسل استبدال على تعتمد

فمثال السالسل جدول في السطر رقم تمثلبالرموز تتمثل الصورة كانت إذا

ABBAABC,ABBAABC بالقيمة بدال 1فنعوضممثلة الصورة فيصبح األولى السلسلة من

من( 11برمزين ) .14بدال رمز

23

GIFصورة

24

طريقة GIF تابع

تكون • عندما النتائج أفضل الطريقة هذه تعطياأللوان حالة منها يستفاد ال و متناسقة األلوان

. والمختلفة المتداخلةفي • محصور فيها األلوان هي 256عدد و لون

, بسبب هو و فنية ليست و قانونية مشكلةبعض بين االختراع حقوق على اختالف

الشركات.طريقة • تسبق أن أخرى GIFممكن طريقة

, LZWتسمى و ويلش زيف لمبل للعالم نسبةفي المستخدمة األلوان عدد تقليل وظيفتها

الرسوم.هو • و األلوان من عدد أقل تعالج أن هما 2ممكن

. األسود و األبيض

25

GIFJPEG

اقعي و غير واقعي تأثيرها تأثير تعطي

Lossless فاقدة للمعلومات Lossyغير فاقدة

الوان ذات صور تضغطمن أكثر ليس و 256قليلة

الرسوم مثل لون. الخطية و الكرتونية

األلوان كاملة صور تضغطبعمق و شمسية صور أو

24. بت

عبر بسهولة نقلها يمكنبطيء اتصال

عبر بسهولة نقلها يمكنسريع اتصال

مع التعامل سهولةالحادة األطراف

مع التعامل صعوبةالحادة األطراف

الصور ميزة لها الصورالمتحركة

ميزة لها يكون ال الصورالمتحركة الصور

و األسود الصور مع يفضلاألبيض

الصور مع يفضل الاألبيض و األسود

26

الصوت ضغط•Audio CD األصوات فيه تخزن صوتي قرص

. عالية بجودة تكون و المضغوط غير بشكلهاإلى • الموسيقى في 44.100تقطع عينة

يكون, المقاطع من مقطع وكل الثانية.2بطول ستيريو بنظام و بايت

يخزن • المدمج لكل 176.000القرص بايتثانية.

المساحة • هذه مثل لنقل الالزم الزمنلذا كبير وقت سيأخذ المودم عبر التخزينية

. الضغط طرق استخدمت

27

الصوت MP3 طريقة لضغطل MPEGمجموعة • Moving Pictureاختصار

Experts Group الصور خبراء مجموعة هي وو الفيديو لضغط خاص أسلوب هو و المتحركة

لضغط ضمني نظام يحتوي النظام هذايسمى ما هو و MPEG audio layer-3األصوات

ب يعرف ما هو .MP3ومن • الهائل العدد بسبب النظام هذا ظهر

.. االنترنت عبر تبادلها و الموسيقى محبيدون MP3هدف • األغنية في البايت عدد تقليل

من تقريبا الصوتية الجودة 14إلى 10تدنيمرة.

مساحتها • التي األغنية ميجابايت 32تصبحفي يتم 3تضغط بالتالي و تقريبا ميجابايت

. ساعات من بدل دقائق في األغنية تنزيل

28

طريقة الصوت MP3 تابع لضغطهو و اإلدراكي الضوضاء تشكيل أسلوب على تعتمد

: نقاط ثالث على يعتمد.1. سماعها األذن تستطيع ال التي األصواتمن 2. أكثر سماعها األذن تستطيع التي األصوات

. أخرى أصواتاآلخر 3. و مرتفع واحد صوتين هناك كان إذا

. منها المرتفع سماع فسيتم منخفضألنها القنوات بين المقارنة على الطريقة تعتمدفي التكرار إزالة حاالت و ستيريو تكون عادة

: هي القنواتالمكثف 1. الصوت Intensity Stereo الثنائي يحول

مما مؤثرات تخلق و واحدة قناة إلى القناتين ذو. قناتين ذو الصوت أن يوحي

المشترك 2. نفس Joint Stereoالثنائي تكرارو األحيان من كثير في القناتين عبر الصوت

. معينة فترة في واحدة قناة معلومات تترك

29

طريقة الصوت MP3 تابع لضغط

تكون MP3نسخة • ال األغنية منالقرص على لألغنية مطابقة

الغاؤها تم أجزاء هناك ألن المضغوطغير الشخص يالحظ أن الصعب من و

. األمور هذه الخبيرلتواكب MP3هيئة • تعديلها يمكن

. الصوتيات مجال في التطورليبدو • للصوت أكثر واقعية تضفي هي

. االتجاهات جميع من قادم كأنه و

30

أديو Real Audioالريلالمتدفقة • الوسائط برامج عالم في انتاج أول يعد

عام .1995لالنترنتهو • الملفات أسماء امتداد .ra*.أو* rm.يكونمهمة • الغير أو الثانوية المعلومات تحذف الضغط عند

. فاقدة فهيفي • التحضيرية العمليات نفس تستخدم .MP3هي

: الحالة هذه في التشفير من نوعان هناك.1 : تزيل و العادي الصوت بتسجيل خاص الصوتي التشفير

. االنسان لكالم الطبيعي النطاق عن الخارجة الترددات.2 : و الموسيقى بتسجيل خاص الموسيقي التشفير

خارج هو ما يزيل و الترددات من أعلى بنطاق يحتفظالنطاق.

مثل • للتوصيل عالية سرعات استخدام LAN , DSLعندلألقراص قريبة و عالية تكون الصوت جودة فإن

المضغوطة.

31

أديو الريل Real Audioتابع

لذلك • كبير الموسيقية لألصوات التردد مجالمعين مجال خارج األصوات من التخلص يكون

صعب.ملفات • مجاني Real Audioإلنتاج برنامج هناك

استخدامه Real Producerيدعى فعندالمودم سرعة أوال تحدد أن يجب للتشفيرالصوتي المقطع بنوعية تزوده و للمستخدميشفر ذلك بعد و موسيقى أو صوتا كان سواء

.CODECالصوت للتدفق • قابل الملف يجعل البرنامج هذا أيضا

تقنية ملف SureStreamباستخدام تشفير فيReal Audio.

32

الفيديو ضغط

مضغوطة • الغير الفيديو أفالم تخزينستأخذه الذي الحيز لكبر عقبة أصبحمع جودتها تفقد أن ممكن أنها غير

. الطويل الزمنالمخزن • الفيديو تحويل الممكن من

المجال إلى مغناطيسية أشرطة علىتصغير و التخزين و للتعامل الرقمي

. الملف حجمالصور MPEGطريقة • و الفيديو لضغط

المتحركة.

33

MPEGطريقة الصور • بين التي و المتكررة المعلومات تحذف

البيانات حجم فيقل الواحدة الصورة في المتكررة. النقل و للتخزين

مع • بعضها عادة الفيلم في المتتابعة الصور تشتركعليه اعتمدت ما هذا و المكونات من كثير في بعض

.MPEGطريقة و • الصورة في المتحركة األجزاء عن تبحث هي

. تحركها و موقعها عن معلومات ترسلبطريقة • الصور من MPEGتقطع أكبر JPEGبحجم

بحجم .16*16فتقطعالعين • حساسية ضعف من االستفادة إلى تلجأ هي

حساسية أكثر االنسان فعين األلوان في للتغير. اللون تغير من أكثر معينة لمساحة باالضاءة للتغير

و • العين تالحظها ال التي اللونية التفاصيل تحذفاألجزاء عن البحث على يساعد األلوان عدد تقليل

. الصورة في المتحركة

34

طريقة MPEGتابع

بعد • الفيديو في المتتابعة الصور تتحولبطريقة من MPEGالضغط سلسلة إلى

صورة كل تكون و المضغوطة الصور: األنواع هذه إحدى

•I-Frame , P-Frame , B-Frame.

تسمى • مجموعات في األنواع هذه ترتبGROUP OF Pictures.

من • تكون المجموعة في صورة أول دائما .I-Frameنوع

35

)MPEG )I-Frameطريقة

ل • يعتمد Intra-Frameاختصار تشفير هو و. فقط نفسها الصورة معلومات على

ما • أو يسبقها عما مستقلة الصورة يضغط. الفيديو في الصور من يليها

طريقة • مثل الطريقة بهذه الصورة تضغطJPEG.

األلوان • مجموعة إلى الصورة إلى YUVتحولYCC حيثY , اإلضاءة .CCعامل للون

Cb=U/2 +0.5, Cr=V/1.6 +0.5طرق • نفس , DCTاألساسية JPEGتتبع

. , هفمان, زاغي الزيغ المسح التقريب

36

)MPEG )P-Frameطريقة ل • المتنبأ Predictive Frameاختصار التشفير أي

به.إن • الحركة معلومات على النوع هذا يعتمد

تسمى و عن Motion Vectorوجدت البحث يتم والكامل كالبحث الطرق بإحدى الحركة معلومات

. , التنظيمي البحث أو البعدين ذي البحث أوالوحدة • إيجاد هدفها المختلفة الطرق هذه

بأسرع عنها البحث المراد بالوحدة الشبيههللوحدة السابقة الصورة في ممكن وقت

من السابقة الصورة تكون أن يجب و الحاليةاتجاه I, Pالنوع في صورة تأخذ تكن لم إن و

النوع من .I, Pالماضي

37

)MPEG )B-Frameطريقة Predictive Frame Encodingاختصار•

Bidirectional. االتجاهين ذو التنبؤ أيحالة • في المضغوطة الصور من النوع هذا يأتي

في الشبيهة الوحدة عن البحث عملية فشل. البيانات حجم ليقلل السابقة الصورة

الصورة • في الوحدة عن فيبحث باالتجاهين يعملفي أي الزمنيين االتجاهين كال في و الحاليةالصورة تكون أن على المستقبل و الماضي

النوع من معها .P, Iالمقارننوع • من صورة العارض استقبال لن Bعند

النوع على تعتمد معلوماتها ألن فكها يستطيعP,I.

تسمى • أخرى ضغط طريقة ال H.261هناك وللنوع فيها .B-Frameوجود

38