Сжатие данных с потерями

У этого термина существуют и другие значения, см. Сжатие.

Сжатие данных с потерями (англ. lossy data compression) — метод сжатия (компрессии) данных, при использовании которого распакованные данные отличаются от исходных, но степень отличия не существенна с точки зрения их дальнейшего использования. Этот тип компрессии часто применяется для сжатия аудио- и видеоданных, статических изображений, в Интернете (особенно в ) и цифровой телефонии. Альтернативой является сжатие без потерь.

Типы сжатия с потерями

Существуют две основных схемы сжатия с потерями:

• В трансформирующих кодеках фреймы изображений или звука обычно трансформируются в новое базисное пространство и производится (квантование). Трансформация может осуществляться либо для всего фрейма целиком (как, например, в схемах на основе (wavelet)-преобразования), либо поблочно (характерный пример — JPEG). Результат затем сжимается энтропийными методами.
• В предсказывающих кодеках предыдущие и/или последующие (отсчеты данных) используются для того, чтобы предсказать текущий отсчет изображения или звука. Ошибка между предсказанными данными и реальными вместе с добавочной информацией, необходимой для производства предсказания, затем (квантуется) и кодируется.

В некоторых системах эти две техники комбинируются путём использования трансформирующих кодеков для сжатия ошибочных сигналов, сгенерированных на стадии предсказания.

Сжатие с потерями против сжатия без потерь

Преимущество методов сжатия с потерями над методами сжатия без потерь состоит в том, что первые делают возможной большую степень сжатия, продолжая удовлетворять поставленным требованиям, а именно — искажения должны быть в допустимых пределах чувствительности человеческих органов, физических чувств.

Методы сжатия с потерями часто используются для сжатия аналоговых данных — чаще всего звука или изображений.

В таких случаях распакованный файл может очень сильно отличаться от оригинала на уровне сравнения «бит в бит», но практически неотличим для человека «на слух» и «на глаз» в большинстве применений.

Много методов фокусируются на физических особенностях органов чувств человека. (Психоакустическая модель) определяет то, как сильно звук может быть сжат без ухудшения воспринимаемого человеком качества звука. Недостатки, причинённые сжатием с потерями, которые заметны для человеческого уха или глаза, известны как (артефакты сжатия).

Фотографии, записанные в формате JPEG, могут быть приняты судом в качестве доказательств несмотря на то, что изображение сжато с потерями.

Недостатки

При использовании сжатия с потерями необходимо учитывать, что повторное сжатие обычно приводит к деградации качества. Однако, если повторное сжатие выполняется без каких-либо изменений сжимаемых данных, качество не меняется. Так например, сжатие изображения методом JPEG, восстановление его и повторное сжатие с теми же самыми параметрами не приведёт к снижению качества. То же справедливо и для метода JPEG-LS в режиме сжатия с ограниченными потерями. Но в общем случае, когда декодированные данные подвергаются редактированию, несжатый оригинал целесообразно сохранять (или сжимать без потери данных).

Методы сжатия данных с потерями (примеры)

Компрессия изображений

• Снижение (глубины цвета)
• (Фрактальное сжатие)
• Сжатие на основе предсказателей
  • (JPEG-LS)
  • (ДИКМ)
  • Иерархическая сеточная интерполяция
  • CALIC
• JPEG
• (Вэйвлетная компрессия)
  • (JPEG 2000)
  • DjVu
• ^[]

Компрессия видео

• (Motion JPEG)
• (Flash) (поддерживает Motion JPEG)
• (H.261)
• (H.263)
• (H.264)
• (H.265)
• (MNG) (поддерживает Motion JPEG)
• (MPEG-1) Part 2
• MPEG-2 Part 2
• (MPEG-4) Part 2
• Ogg (Theora) (отличается отсутствием патентных ограничений)
• ^[англ.]
• (VC-1) — открытая спецификация для формата (WMV) (Microsoft)

Компрессия звука

Основная статья: Цифровой звук

Музыка

• MP3 — Определён спецификацией (MPEG-1)
• Ogg Vorbis (отличается отсутствием патентных ограничений и более высоким качеством)
• AAC, AAC+ — существует в нескольких вариантах, определённых спецификациями MPEG-2 и (MPEG-4), используется, например, в Apple
•  — формат, предлагаемый Sony, как альтернатива AAC и AAC+
• (Opus)
• (Musepack)
• (WMA) — собственность Microsoft
• (ADPCM)
• (ATRAC)
• (Dolby AC-3)
• (DTS)
• MPEG-1 Audio Layer II
• VQF

Речь

• (CELP)
• (G.711)
• (G.726)
• ^[англ.]
• (Speex) (отличается отсутствием патентных ограничений)
• (iLBC) (Кодек со свободными условиями лицензирования)

См. также

• Сжатие без потерь (lossless)

Примечания

1. М. В. Гашников, Н. И. Глумов, В. В. Сергеев «Иерархическая компрессия изображений в системах реального времени».  (неопр.) Дата обращения: 15 мая 2010. 20 декабря 2012 года.
2.   (неопр.) Дата обращения: 24 ноября 2012. Архивировано из оригинала 12 мая 2013 года.
3. Гришенцев А. Ю. Эффективное сжатие изображений на базе дифференциального анализа от 9 мая 2013 на Wayback Machine // Журнал радиоэлектроники, № 11, 2012.