Алгоритмы сжатия информации реферат

Обновлено: 02.07.2024

Сжатие информации – это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и соответственно требуется меньший объем памяти для хранения; процесс сокращения количества битов, необходимых для хранения и передачи некоторого объема информации. [3],[стр. 418]

Основные способы сжатия : статистический и словарный.

При первом каждому символу присваивается код, основанный на вероятности его появления в тексте. Высоко вероятные символы получают короткие коды и наоборот. Одним из самых ранних и широко известных статистических методов является алгоритм Хаффмана , при котором символы заменяются кодом, состоящим из целого количества битов. Позднее он был вытеснен арифметическим кодированием , имеющим схожую с кодом Хаффмана функцию и основанным на идее кодирования символов дробным числом битов. Арифметическое сжатие может быть использовано в тех случаях, когда степень сжатия важнее, чем временные затраты на сжатие информации.

В последнее время было показано, что любая практическая схема словарного сжатия может быть сведена к соответствующей статистической схеме сжатия, и найден общий алгоритм преобразования словарного метода в статистический. По этому при поиске лучшего сжатия статистическое кодирование обещает быть наиболее плодотворным, хотя словарные методы отличаются быстротой.

Одним из наиболее простых и наглядных является метод сжатия последовательностей одинаковых символов , не относящийся к названным основным методам.

Метод основан на представлении последовательности одинаковых символов в виде двух величин K и S, где K - количество повторяющихся символов, S - код этого символа. Основным недостатком данного метода является то, что он обеспечивает сжатие лишь в случае, когда в исходном файле основную часть составляют повторяющиеся символы. В противном случае сжатый файл может занимать больше места, чем исходный неуплотненный файл. Наиболее эффективно метод сжатия последовательностей одинаковых символов работает в случае двоичных файлов.

2. Программы-архиваторы

На основе методов сжатия данных созданы различные программы, называемые архиваторами или упаковщиками . Существует много программ-архиваторов, имеющих различные показатели по степени и времени сжатия. Среди самых известных и часто используемых программ выделяются следующие: ARJ, PKZIP, RAR, НА и т. д. для DOS и WinARJ, WinZip, WinRAR, ZipMagic для Windows. Обычно упаковщики осуществляют сжатие сразу несколькими способами.

Как правило, программы для архивации файлов позволяют помещать копии файлов на диске в сжатом виде в архивный файл, извлекать файлы из архива, просматривать оглавление архива и др. В настоящее время архиваторы, работающие под Windows, вытесняют конкурентов в основном за счет использования 32-х битной шины данных, более удобного и интеллектуального интерфейса, расширенных возможностей и более совершенных алгоритмов сжатия. А также эти программы поддерживают не один, как раньше, а сразу несколько различных форматов архивных файлов.

Программы-архиваторы позволяют создавать и такие архивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуются какие-либо программы, так как сами архивные файлы

Могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися .

Самораспаковывающийся архивный файл – это загрузочный, исполняемый модуль, который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы-архиватора. [3],[стр. 419]

К базовым функциям , которые выполняют большинство современных архиваторов, относятся:

- извлечение файлов из архивов;

- создание новых архивов;

- добавление файлов в имеющийся архив;

- создание самораспаковывающихся архивов;

- создание распределенных архивов на носителях малой емкости;

- тестирование целостности структуры архивов;

- полное или частичное восстановление поврежденных архивов;

- защита архивов от просмотра или несанкционированной модификации. [2],[стр.369]

3. Программа-архиватор WinRAR

Достоинства и основные возможности WinRAR

WinRAR - 32-битовая версия Windows архиватора RAR - мощное средство, которое позволяет создавать и управлять архивными файлами.

- интеллектуальный алгоритм сжатия (глубокий анализ данных, подлежащих сжатию, и др.);

- специальный алгоритм сжатия для мультимедиа-файлов;

- не архивное управление RAR;

- плотная архивация, которая может поднять коэффициент сжатия на 10 % -50 % по сравнению с общими методами, особенно при упаковке большого количества небольших аналогичных файлов (при этом файлы представляются как непрерывный поток данных).

- создание архивов с различной степенью уплотнения;

- просмотр как архивных, так и обычных файлов;

- создание многотомных архивов;

- создание самораспаковывающихся архивов (в том числе и многотомных);

- восстановление физически поврежденных архивов.

- возможность работы в двух режимах: полноэкранного интерактивного интерфейса и интерфейса командной строки;

- поддержка других типов архивов, просмотра их содержимого, изменения и преобразования;

- защита архивов паролем. [3],[стр. 427-428]

Кроме того, WinRAR обладает рядом других возможностей, таких, например, как шифрование, архивные комментарии, регистрация ошибок и т.п.

Работа с программой-архиватором WinRAR

Для запуска программы WinRAR необходимо. выполнить одно из следующих действий:

- открыть меню Пуск;

- выбрать Программы / WinRAR.

Архивация файлов

Для создания архива необходимо сначала выбрать необходимые файлы и/или директории из списка файлов в основном окне WinRAR, что можно сделать, используя клавишу Пробел, Shift + клавиши позиционирования или щелкнув левой кнопкой мыши. Затем, выбрав один или более файлов, нажать Alt - A . После этого появится диалоговое окно, в верхнем поле Archive которого надо ввести имя и расположение архивного файла или просто принять предложенное имя. В поле Compression можно выбрать степень уплотнения, что будет влиять на скорость архивации и размер архивного файла. Следующая строка Dictionary size дает возможность изменить размер внутреннего словаря архиватора. Этот параметр также будет влиять на размер конечного файла. С помощью диалогового поля Volume size можно разбить архивный файл на тома разного размера. Диалоговый блок Archiving options также предоставляет возможность изменять некоторые опции архивации, такие как:

- Solid archive / Плотный архив - при этом все файлы в архиве будут представляться как непрерывный поток данных что позволит увеличить степень сжатия, но замедлит обращение к файлам внутри архива;

- SFX archive / Самораспаковывающийся архив - создается ЕХЕ модуль архива;

- Multimedia compression / Мультимедиа-уплотнение - в этом режиме RAR выполняет интеллектуальный анализ данных, направленный на улучшение архивации звука, видео и т. п.;

- Put recovery record / Добавление записи восстановления данных - облегчение

восстановления данных при их порче или потере;

- Pat authenticity verification / Добавлять проверку достоверности -WinRAR будет помещать в каждом новом и скорректированном архиве информацию относительно создателя, последнего времени коррекции и архивного имени;

- Delete files after archiving / Удалять файлы после их архивации - после перемещения в архив файлы будут удалены.

Можно также добавлять файлы к уже существующему архиву. Для этого надо выделить архив и нажать Enter (или дважды щелкнуть мышью), после чего Wm-RAR прочитает архив и отобразит его содержание. Далее можно просто перетаскивать мышью необходимые файлы из другого окна.

Просмотр файлов

Для просмотра файла его необходимо сначала выделить, а затем нажать на кнопку View .

Кнопка View осуществляет возможность просматривать как архивированные, так и нормальные файлы. Для просмотра могут использоваться как встроенные средства просмотра, так и другие программы. Если используется встроенный просмотр, то можно рассматривать несколько файлов одновременно. При использовании других средств просмотра одновременно можно смотреть только один файл. Команды встроенных средств просмотра показаны в Таблице 1.

Таблица 1. Команды встроенных средств просмотра файлов.

Меню/Пункт	Вызов	Функции
File/Exit	AH-F4	Выход из просмотра
Edit/Copy	Ctrl-C	Копировать выделенный текст в буфер
Edit/Selectall	Ctrl-A	Выделить весь текст
Edit/Find	Ctrl-F	Поиск подстроки в тексте
Edit/Findnext	F3	Поиск следующего появления стоки
ViewasWindows	Ctrl-W	Использовать шрифты Windows
View as DOS text	Ctrl-D	Использовать DOSOEM шрифт
Help/Viewhelp	Fl	Вызвать помощь

Удаление файлов

Для удаления файлов из архива или директории необходимо сначала выделить необходимые файлы, затем нажать кнопку Delete . Однако, если из архива удаляются все файлы, то и пустой архив будет удален; удаление нельзя применять в отдельных томах архива.

Для извлечения файлов из архива сначала нужно войти в архив, что можно сделать двойным щелчком мыши на его имени в окне WinRAR. В результате отображается содержание архива. Затем выбираются файлы/директории, которые должны быть извлечены, и необходимо щелкнуть мышью кнопку Extract на верху окна WinRAR или нажать Alt - W . Если надо извлечь файлы в другую папку, а не в текущую, необходимо щелкнуть мышью кнопку Extract to specified directory или нажать Alt - E , войти в папку, расположенную в диалоговом блоке, и щелкнуть Ok .

В течение процесса извлечения будет отображено окно статистики. При необходимости остановки процесса извлечения можно нажать кнопку Cancel . По завершении извлечения окно статистики исчезнет.

Другие возможности

Кроме рассмотренных выше кнопок работы с архивами, в верхнем меню оболочки WinRAR также находятся:

а) test archiving files /тестирование файлов архива - выполняет ложное файловое извлечение для проверки правильности извлечения файлов;

б) add archive comment /добавить к архиву комментарий. Максимальная длина комментария – 62000 байтов;

в) protect archive from damages /добавление записи восстановления данных. К архиву может быть добавлена дополнительная, излишняя информация восстановления. За счет небольшого увеличения в размере архивного файла она поможет восстановить архивные файлы в случае потери данных;

г) lock archive /запирание архива. Эта команда предохраняет дальнейшие архивные модификации WinRAR;

д) convert archive to SFX /преобразование архива в самораспаковывающийся. Эта команда создает self-extract архив (SFX), который самостоятельно извлекает содержащиеся в нем файлы (без использования архиватора);

е) show archive information /показ информации об архиве. Показывается информация об архиве и его содержимом.

Справка

Для получения справки о работе программы-архиватора WinRAR необходимо выполнить одно из действий:

- находясь в окне WinRAR, нажать клавишу F 1 ;

- выбрать пункт меню Help / Contents .

Сжатие файлов , используя метод сжатия последовательностей одинаковых символов:

а) Исходный файл: “ X=5.2*******Y=5.********C=0.********D=4.” Сжатый файл: “1X1=151.127*1Y1=151.8*1C1=101.8*1D1=141.” No = 40 байт; N = 40 байт; Ксж = No/N = 1.

б) Число: 513 (513 = 1000000001₂ ) Исходный файл: Xo = 1000000001 Сжатый файл: X = 1181 No = 10 байт; N = 4 байт; Ксж = No/N = 2,5.

-Открыть окно Мой компьютер;

-Открыть папку INFORM;

-Открыть папку GR440.

А) В папке GR 343 создать две папки с именами DIR 1 и DIR 2:

-В подменю Файлвыбрать команду Создать, а затем выбрать Папка;

Б) В папке DIR 1 с помощью редактора Блокнот создать два текстовых файла: myfilel . txt и myfile 2. txt объемом не менее 5 печатных строк:

-Перейти в папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

-В подменю Файл выбрать команду Создать , азатем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Открыть файл myfile1.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile1.txt);

-В подменю Файл выбрать команду Создать, азатем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Открыть файл myfile2.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile2.txt).

В) В папке DIR 2 создать файл myfile 3. txt , также объемом не менее 5 печатных строк:

-Вернуться в папкуGR440, выбрав в подменю команду Закрыть (папка Dir1 закроется, и мы окажемся в паке GR440);

-Перейти в папку Dir2, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir2);

-В подменю Файл выбрать команду Создать , азатем выбрать тип создаваемого файла – текстовый документ;

-Открыть файл myfile3.txt, щелкнув по нему дважды левой клавишей мыши (откроется окно текстового редактора);

-Ввести текст с клавиатуры;

-В подменю Файл выбрать команду Сохранить. (Набранный текст сохранен в файле myfile3.txt).

Задание 2: Запустить программу-архиватор WinRAR.

- Открыть главное меню "Пуск" на панели задач Windows;

- В разделе "Программы" открывшегося главного меню выбрать пункт " WinRAR ".

Задание 3: С помощью архиватора WinRAR создать архив- arhivl .гаг, содержащий в себе файлы myfile1.txt и myfile3.txt, используя наилучший (best) метод уплотнения.

-Вернуться в папкуGR440;

-Перейти в папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

-Щелчком левой клавиши мыши выбрать файл myfile1.txt (файл выделится цветом);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-В открывшемся диалоговом окне ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv1.rar”;

-В диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатия;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv1.rar появится в паке Dir1);

-Открыть папку Dir2, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir2);

-Перетащить файл myfile3.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv1;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv1.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile3.txt).

Задание 4: Добавить в существующий файл arhivl .гаг файл myfile2.txt.

-Открыть папку Dir1, щелкнув по ней дважды левой клавишей мыши (откроется окно папки Dir1);

-Перетащить файл myfile1.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv1;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv1.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile2.txt).

Задание5: Удалить из архива файл myfilel.txt.

- Щелчком левой клавиши мышивыделить в архиве файл myfile1.txt (файл выделится цветом);

-Нажать кнопку Delete;

-Подтвердить удаление, нажав клавишу Enter (файл myfile1.txt будет удален из архива arhiv1.rar).

Задание 6: Создать архив arhiv2.rar, содержащий в себе файлы myfile2.txt и myfile3.txt, используя нормальную степень сжатия (normal).

-Перейти в папку Dir1;

- Щелчком левой клавиши мышивыделить файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-Ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv2.rar”;

-В диалоговом окне выбрать нормальную (normal) степень сжатия;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv2.rar появится в паке Dir1);

-Открыть папку Dir2;

-Перетащить файл myfile3.txt на окно, открытого в WinRar, архива arhiv2.rar;

-В открывшемся диалоговом окне выбрать наилучшую (best) степень сжатья;

-Подтвердить добавление нового файла к архиву arhiv2.rar, нажав клавишу Enter (в архиве arhiv.rar появится новый файл myfile3.txt).

Задание 7: Преобразовать файл myfile2.txt архива arhivl.гаг в SFX архив.

-Открыть архив arhivl.гаг;

- Щелчком левой клавиши мышивыделить файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Преобразовать архив в SFX (Alt+X);

-Подтвердить действия, нажав Enter.

Задание 8: Создать архив arhiv3.rar из файлов myfile1.txt и myfile2.txt.

-Выбрать файлы myfile1.txt , myfile2.txt (это можно сделать выделяя их поочередно с зажатой клавишей Ctrl);

-Вывести диалоговое окно создания нового архива (Alt+A);

-Ввести в соответствующее поле имя будущего архива: “arhiv3.rar”;

-Подтвердить действия, нажав Enter (архив с именем arhiv3.rar появится в паке Dir1);

Задание 9: Преобразовать аrhivЗ.гаг в самораспаковывающийся архив.

-Выбрать arhive3.rar (архив выделится цветом);

-Преобразовать архив в SFX (Alt+X);

-Подтвердить действия, нажав Enter.

Задание10: Из файла arhiv2.rar файл myfile2.txt распаковать в папку Dir2, а файл myfile3.txt удалить.

-Перейти в архив arhiv2.rar;

-Выбрать файл myfile2.txt (файл выделится цветом);

-Извлечь данные из архива (Alt+E);

-Выбрать папку Dir2, в которую будут извлечены файлы;

-Подтвердить действия, нажав Enter;

-Выбрать файл myfile3.txt (файл выделится цветом);

-Нажать кнопку Delete;

-Подтвердить удаление, нажав клавишу Enter (файл myfile3.txt будет удален из архива arhiv2.rar).

Список использованной литературы

сжатие архиватор winrar преобразование

1) Информатика, ч.I: Методические указания к лабораторным работам / Сост. Н. И. Иопа – Рязань: РГРТА 2002.

Информация, ее виды и свойства. Алгоритмы сжатия текстов и файлов неизвестного формата. Программные средства для сжатия данных - архиваторы. Сжатие данных с потерями информации. Преимущество методов сжатия с потерями над методами сжатия без потерь.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	07.05.2012
Размер файла	27,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Сжатие данных

1. Информация. Её виды и свойства

Сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.

Информация и ее свойства являются объектом исследования целого ряда научных дисциплин, таких как теория информации (математическая теория систем передачи информации), кибернетика (наука о связи и управлении в машинах и животных, а также в обществе и человеческих существах), семиотика (наука о знаках и знаковых системах), теория массовой коммуникации (исследование средств массовой информации и их влияния на общество), информатика (изучение процессов сбора, преобразования, хранения, защиты, поиска и передачи всех видов информации и средств их автоматизированной обработки), физика и математика.

Информация имеет двойственный характер: материальный - она может передаваться, храниться и т.д.; и нематериальный - по сере передачи она может пополняться. Информация не может существовать без своего материального носителя, средства переноса ее в пространстве и во времени. В качестве носителя может выступать непосредственно сам физический объект или его энергетический эквивалент в качестве звуковых, световых, электрических и других сигналов.

Стремление зафиксировать, сохранить надолго свое восприятие информации было всегда свойственно человеку. Мозг человека хранит множество информации, и использует для хранения ее свои способы, основа которых - двоичный код, как и у компьютеров. Человек всегда стремился иметь возможность поделиться своей информацией с другими людьми и найти надежные средства для ее передачи и долговременного хранения.

Для этого в настоящее время изобретено множество способов хранения информации на внешних (относительно мозга человека) носителях и ее передачи на огромные расстояния.

Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это:

· графическая или изобразительная - первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;

· звуковая - мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретение звукозаписывающих устройств в 1877 г.; ее разновидностью является музыкальная информация - для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;

· текстовая - способ кодирования речи человека специальными символами - буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;

· числовая - количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами - цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными;

Для передачи информации на большие расстояния первоначально использовались кодированные световые сигналы, с изобретением электричества - передача закодированного определенным образом сигнала по проводам, позднее - с использованием радиоволн.

С появлением компьютеров (или, как их вначале называли в нашей стране, ЭВМ - электронные вычислительные машины) вначале появилось средство для обработки числовой информации. Однако в дальнейшем, особенно после широкого распространения персональных компьютеров (ПК), компьютеры стали использоваться для хранения, обработки, передачи и поиска текстовой, числовой, изобразительной, звуковой и видеоинформации. С момента появления первых персональных компьютеров - ПК (80-е годы 20 века) - до 80% их рабочего времени посвящено работе с текстовой информацией.

Хранение информации при использовании компьютеров осуществляется на магнитных дисках или лентах, на лазерных дисках (CD и DVD), специальных устройствах энергонезависимой памяти (флэш-память и пр.). Эти методы постоянно совершенствуются, изобретаются новые устройства и носители информации. Обработку информации (воспроизведение, преобразование, передача, запись на внешние носители) выполняет процессор компьютера. С помощью компьютера возможно создание и хранение новой информации любых видов, для чего служат специальные программы, используемые на компьютерах, и устройства ввода информации.

Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и передачи распределенной информации больших объемов и особые способы работы с различными видами информации. Постоянно совершенствуется программное обеспечение, обеспечивающее коллективную работу с информацией всех видов.

Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те, которые ей более важны. С точки зрения информатики, наиболее важными представляются следующие свойства:

1. Объективность и субъективность информации. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньшую субъективный элемент. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается.

2. Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся.

4. Адекватность информации - это степень соответствия реальному объективному состоянию дела.

5. Доступность информации.

2. Сжатие данных

Сжатие основано на устранении избыточности информации, содержащейся в исходных данных. Примером избыточности является повторение в тексте фрагментов (например, слов естественного или машинного языка). Подобная избыточность обычно устраняется заменой повторяющейся последовательности более коротким значением (кодом). Другой вид избыточности связан с тем, что некоторые значения в сжимаемых данных встречаются чаще других, при этом возможно заменять часто встречающиеся данные более короткими кодами, а редкие - более длинными (вероятностное сжатие). Сжатие данных, не обладающих свойством избыточности (например, случайный сигнал или шум), невозможно без потерь. Также, обычно невозможно сжатие зашифрованной информации.

Алгоритмы сжатия текстов / файлов неизвестного формата

Имеется 2 основных подхода к сжатию файлов неизвестного формата.

На каждом шаге алгоритма сжатия либо следующий символ помещается как есть (со специальным флагом помечающим, что он не сжат), либо указываются границы слова из предыдущего куска, которое совпадает со следующими символами файла. Разархивирование сжатых таким образом файлов выполняется очень быстро, поэтому эти алгоритмы используются для создания самораспаковывающихся программ.

Для каждой последовательности в каждый момент времени собирается статистика её встречаемости в файле. На основе этой статистики вычисляется вероятность значений для очередного символа. После этого можно применять ту или иную разновидность статистического кодирования, например, арифметическое кодирование или кодирование Хаффмана для замены часто встречающихся последовательностей на более короткие, а редко встречающихся - на более длинные.

Сжатие бывает без потерь (когда возможно восстановление исходных данных без искажений) или с потерями (восстановление возможно с искажениями, несущественными с точки зрения дальнейшего использования восстановленных данных). Сжатие без потерь обычно используется при обработке компьютерных программ и данных, реже - для сокращения объёма звуковой, фото- и видеоинформации. Сжатие с потерями применяется для сокращения объёма звуковой, фото- и видеоинформации, оно значительно эффективнее сжатия без потерь.

3. Программные средства сжатия данных

Архиваторы предназначены для сжатия файлов, т.е. для уменьшения занимаемого ими места на диске. Они позволяют за счет специальных методов упаковки информации сжимать информацию на дисках, создавая копии файлов в один архивный файл. Несмотря на то, что объемы памяти ЭВМ постоянно растут, потребность в архивации не уменьшается.

Итак, архивация может пригодиться:

1) При хранении копий файлов и флоппи-дисках, т.к. флоппи-диск ограничен по размеру;

2) Для освобождения места на жестком диске;

3) При передачи информации по сети.

Архивация информации - это такое преобразование информации, при котором ее объем не уменьшается, а количество информации остается прежним.

Сжатый файл называется архивом. Архивный файл - это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом и не сжатом виду и служебную информацию об их именах.

Степень сжатия информации зависит от типа исходного файла, от используемой программы, а также от выбранного метода упаковки. Наиболее хорошо сжимаются файлы графических объектов, текстовые файлы и файлы данных, для которых степень сжатия может достигать 5-40%, меньше сжимаются файлы исполняемых программ и загрузочных модулей -60-90%.

Различными разработчиками созданы много программ-архиваторов. Среди них наиболее распространенные для Windows - WINRAR, WINZIP.

По своей популярности архиватор WinRAR, без сомнения, находится на первом месте в России, и на одном из первых - во всем мире. Архиватор был разработан Евгением Рошалом в 2003 году. Программа обеспечивает полное управление файлами в архивах, восстановление поврежденных архивов, шифрование, создание самораспаковывающихся и многотомных архивов.

WinZip - одна из самых популярных в Интернете программ, собравшая значительное число наград самых различных компьютерных изданий во всех концах мира.

Сам Zip - алгоритм свободно используется в десятках программ, тем не менее для очень многих пользователей Windows ИМЕННО WinZip является стандартной программой для работы с архивами. Встроенные средства обработки архивов WinZIP позволяют упаковывать, просматривать и извлекать файлы из широко распространенных форматов архивов, таких как ZIP, CAB, Microsoft Compress, GZIP, TAR и т.д. WinZip очень прост и удобен в работе.

Однако не всегда оправдано использовать отдельные архиваторы с их собственными графическими оболочками. Наиболее удобной оболочкой для архиваторов является обычный файловый менеджер, например, Windows Commander, который имеет возможность просматривать и распаковывaть файлы архивов форматов ZTP, ARJ, RAR, TAR, GZ, CAB, ACE. Всё-таки большинство операций с файлами, в том числе и с архивами, выполняются именно в таких менеджерах.

4. Сжатие данных с потерями информации

Типы сжатия с потерями

Существуют две основных схемы сжатия с потерями:

В трансформирующих кодеках берутся фреймы изображений или звука, разрезаются на небольшие сегменты, трансформируются в новое базисное пространство и производится квантизация. Результат затем сжимается энтропийными методами.

В предсказывающих кодеках предыдущие и / или последующие данные используются для того, чтобы предсказать текущий фрейм изображения или звука. Ошибка между предсказанными данными и реальными вместе с добавочной информацией, необходимой для производства предсказания, затем квантизуется 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 существенно превосходят по степени сжатия, продолжая удовлетворять поставленным требованиям.

Методы сжатия с потерями часто используются для сжатия звука или изображений.

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

Звуковые данные, прошедшие сжатие с потерями, не принимаются судами как вещественные доказательства (и даже не берутся во внимание) по причине того, что информация, прошедшая сжатие, приобретает артефакты сжатия и теряет естественные шумы среды, из которой производилась запись. В связи с чем невозможно установить подлинная ли запись или синтезированная. Поэтому важные записи рекомендуется производить в формате ИКМ (PCM) или использовать плёночный диктофон.

Фотографии, записанные в формате JPEG, могут быть приняты судом (несмотря на то, что данные прошли сжатие с потерями). Но при этом должен быть предоставлен фотоаппарат, которым они сделаны, или соответствующая фототаблица цветопередачи.

Во многих стадиях информация, содержащаяся в файлах, избыточна. Для устранения избыточности используются специальные методы сжатия данных, основанные на поиске в файле избыточной информации и последующем ее кодировании с целью получения минимального объема.
Сжатие информации – это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и соответственно требуется меньший объем памяти для хранения; процесс сокращения количества битов, необходимых для хранения и передачи некоторого объема информации.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Сжатие информации. docx

Реферат по информатике

На тему: Сжатие информации.

1. Основные понятия и методы сжатия данных

Основные способы сжатия: статистический и словарный.

При первом каждому символу присваивается код, основанный на вероятности его появления в тексте. Высоко вероятные символы получают короткие коды и наоборот. Одним из самых ранних и широко известных статистических методов является алгоритм Хаффмана, при котором символы заменяются кодом, состоящим из целого количества битов. Позднее он был вытеснен арифметическим кодированием, имеющим схожую с кодом Хаффмана функцию и основанным на идее кодирования символов дробным числом битов. Арифметическое сжатие может быть использовано в тех случаях, когда степень сжатия важнее, чем временные затраты на сжатие информации.

Одним из наиболее простых и наглядных является метод сжатия последовательностей одинаковых символов, не относящийся к названным основным методам.

На основе методов сжатия данных созданы различные программы, называемые архиваторами или упаковщиками. Существует много программ-архиваторов, имеющих различные показатели по степени и времени сжатия. Среди самых известных и часто используемых программ выделяются следующие: ARJ, PKZIP, RAR, НА и т. д. для DOS и WinARJ, WinZip, WinRAR, Zip Magic для Windows. Обычно упаковщики осуществляют сжатие сразу несколькими способами.

Могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.

К базовым функциям, которые выполняют большинство современных архиваторов, относятся:

- извлечение файлов из архивов;

- создание новых архивов;

- добавление файлов в имеющийся архив;

- создание самораспаковывающихся архивов;

- создание распределенных архивов на носителях малой емкости;

- тестирование целостности структуры архивов;

- полное или частичное восстановление поврежденных архивов;

- защита архивов от просмотра или несанкционированной модификации.

3. Программа-архиватор WinRAR

Достоинства и основные возможности WinRAR

- интеллектуальный алгоритм сжатия (глубокий анализ данных, подлежащих сжатию, и др.);

- специальный алгоритм сжатия для мультимедиа-файлов;

- не архивное управление RAR;

- создание архивов с различной степенью уплотнения;

- просмотр как архивных, так и обычных файлов;

- создание многотомных архивов;

- создание самораспаковывающихся архивов (в том числе и многотомных);

- восстановление физически поврежденных архивов.

- поддержка других типов архивов, просмотра их содержимого, изменения и преобразования;

- защита архивов паролем. [3],[стр. 427-428]

Работа с программой-архиватором WinRAR

Меню WinRAR содержит следующие пункты:

"Файл", "Команды", "Операции", "Избранное", "Параметры" и " Справка". Щёлкните на интересующей вас ссылке, чтобы показать информацию о соответствующем меню.

Ещё один элемент интерфейса панель инструментов. Она находится ниже меню и выше списка файлов. Кнопки на панели инструментов повторяют пункты из меню "Команды" (обратите внимание, что у всех пунктов в этом меню есть "горячие клавиши" для быстрого доступа). Во время просмотра содержимого архива некоторые кнопки могут быть отключены, если их функции неприменимы к архиву. При желании вы можете выбрать отображаемые кнопки, убрать текст с кнопок или уменьшить их размер, вызвав диалог общих параметров программы или щёлкнув правой кнопкой мыши на панели инструментов.

Под панелью инструментов находится маленькая кнопка со стрелкой вверх и строка списка дисков. При нажатии этой кнопки происходит переход в родительскую папку. Список дисков служит для выбора текущего диска или, скажем, сети. Этот список также можно открыть нажатием клавиши . При желании кнопку "Вверх" и список дисков можно перетащить в правый угол панели инструментов. Текущий диск также можно изменить нажатием сочетания клавиш или щелчком мыши на маленьком значке диска в строке состояния.

Ниже панели инструментов расположено файловое окно. В нём отображается содержимое текущей папки или, если в WinRAR открыт архив, содержимое архива. Эти режимы называются режимом управления файлами и режимом управления архивами. Для каждого файла выводится следующая информация: имя, размер, тип и дата изменения. Для файлов в архиве показываются ещё два параметра значение CRC32 и упакованный размер. CRC32 это особая контрольная сумма, вычисляемая на основании данных файла, с её помощью можно сразу определить, одинаковы ли упакованные в архиве файлы, не прибегая к их распаковке. Файлы с одинаковым содержимым всегда имеют одинаковые CRC32. Все параметры представлены в виде колонок. Порядок сортировки файлов можно поменять щелчком на заголовке колонки (там же синей стрелкой указывается направление сортировки). Кроме того, можно изменить ширину колонок, перетаскивая мышью разделители заголовков колонок. Несколько дополнительных параметров списка можно изменить в диалоге "Список файлов".

Если находящийся в архиве файл зашифрован, то после его имени будет стоять звёздочка ( * ). Если файл продолжается в следующем томе, то после его имени будут стоять символы "-->". Если файл продолжается из предыдущего тома, то после имени будут стоять символы " ".

Перед обработкой файлов их необходимо выделить. Помимо стандартных способов выделения Windows в WinRAR для той же цели служат несколько дополнительных клавиш: , , а также и на цифровой клавиатуре. Более подробно это описано в разделе "Выделение файлов".

Следующие комбинации клавиш можно использовать для навигации по списку файлов. Чтобы перейти в родительскую папку, нажмите клавиши , или дважды щёлкните мышью на папке ".." в списке файлов. Если вы сделаете это в корневой папке архива, то этим закроете архив и перейдёте в ту папку на диске, где он находится. Для перехода в другую папку можно нажать , или дважды щёлкнуть левой кнопкой мыши на этой папке. То же действие на файле архива приведёт к открытию архива. Для перехода в корневую папку служит комбинация клавиш .

Если щёлкнуть правой кнопкой мыши на списке файлов, то появится меню с командами интерфейса и управления файлами. Эти команды доступны также из обычных меню WinRAR, с панели инструментов и с помощью сочетаний клавиш, поэтому вы можете использовать наиболее удобный для себя способ.

В левой части окна WinRAR может отображаться панель с деревом папок, если это включено в подменю "Дерево папок" в меню "Параметры". Дерево папок удобно использовать для быстрой навигации по папкам на диске и в архиве. Ширину панели с деревом можно изменять, перетаскивая мышью её правую границу.

Если включён параметр "Показывать комментарий" в диалоге общих параметров, а в открытом архиве есть комментарий, он будет показан в специальном окне справа от списка файлов. Ширину окна комментария можно изменять, перетаскивая мышью его левый край.

Внизу окна WinRAR (под списком файлов) находится строка состояния. В её левой части расположены два маленьких значка: "накопитель" и "ключ". Щелчком по значку "накопитель" можно изменить текущий диск, а щелчком по "ключу" текущий пароль. Две соответствующие команды также есть в меню "Файл". По умолчанию значок "ключ" жёлтого цвета, но если введён пароль, то он становится красным. В средней части строки состояния выводится информация об общем размере выделенных файлов или о текущем состоянии. В правой части строки состояния отображаются общее количество файлов в текущей папке и их размер.

Методы сжатия данных имеют достаточно длинную историю развития, которая началась задолго до появления первого компьютера.

Сжатие информации - проблема, имеющая достаточно давнюю историю, гораздо более давнюю, нежели история развития вычислительной техники, которая (история) обычно шла параллельно с историей развития проблемы кодирования и шифровки информации. Все алгоритмы сжатия оперируют входным потоком информации, минимальной единицей которой является бит, а максимальной - несколько бит, байт или несколько байт. Целью процесса сжатия, как правило, есть получение более компактного выходного потока информационных единиц из некоторого изначально некомпактного входного потока при помощи некоторого их преобразования. Основными техническими характеристиками процессов сжатия и результатов их работы являются:

- степень сжатия (compress rating) или отношение (ratio) объемов исходного и результирующего потоков;

- скорость сжатия - время, затрачиваемое на сжатие некоторого объема информации входного потока, до получения из него эквивалентного выходного потока;

- качество сжатия - величина, показывающая на сколько сильно упакован выходной поток, при помощи применения к нему повторного сжатия по этому же или иному алгоритму.

Существует несколько различных подходов к проблеме сжатия информации. Одни имеют весьма сложную теоретическую математическую базу, другие основаны на свойствах информационного потока и алгоритмически достаточно просты. Любой способ, подход и алгоритм, реализующий сжатие или компрессию данных, предназначен для снижения объема выходного потока информации в битах при помощи ее обратимого или необратимого преобразования.

Глава I. Основные понятия и методы сжатия данных. 1.1. Основные способы сжатия.

Основные способы сжатия: статистический и словарный.

При первом каждому символу присваивается код, основанный на вероятности его появления в тексте. Высоко вероятные символы получают короткие коды и наоборот. Одним из самых ранних и широко известных статистических методов является алгоритм Хаффмана , при котором символы заменяются кодом, состоящим из целого количества битов. Позднее он был вытеснен арифметическим кодированием, имеющим схожую с кодом Хаффмана функцию и основанным на идее кодирования символов дробным числом битов. Арифметическое сжатие может быть использовано в тех случаях, когда степень сжатия важнее, чем временные затраты на сжатие информации.

Рис. 1. Классификация алгоритмов сжатия файлов без потерь.

1.2. Характеристики алгоритмов сжатия и их применимость. 1.2.1. Коэффициент сжатия.

Коэффициент сжатия — основная характеристика алгоритма сжатия. Она определяется как отношение объёма исходных несжатых данных к объёму сжатых, то есть:

где k — коэффициент сжатия, So — объём исходных данных, а Sc — объём сжатых. Таким образом, чем выше коэффициент сжатия, тем алгоритм эффективнее. Следует отметить:

средний (обычно по некоторому тестовому набору данных);

максимальный (случай наилучшего сжатия);

минимальный (случай наихудшего сжатия);

или каким-либо другим.

Коэффициент сжатия с потерями при этом сильно зависит от допустимой погрешности сжатия или качества, которое обычно выступает как параметр алгоритма. В общем случае постоянный коэффициент сжатия способны обеспечить только методы сжатия данных с потерями.

1.2.2. Системные требования алгоритмов

Различные алгоритмы могут требовать различного количества ресурсов вычислительной системы, на которых они реализованы:

оперативной памяти (под промежуточные данные);

постоянной памяти (под код программы и константы);

Так как алгоритмы сжатия и восстановления работают в паре, имеет значение соотношение системных требований к ним. Нередко можно усложнив один алгоритм значительно упростить другой. Таким образом, возможны три варианта:

Алгоритм сжатия требует больших вычислительных ресурсов, нежели алгоритм восстановления.

Это наиболее распространённое соотношение, характерное для случаев, когда однократно сжатые данные будут использоваться многократно. В качестве примера можно привести цифровые аудио- и видеопроигрыватели.

Алгоритмы сжатия и восстановления требуют приблизительно равных вычислительных ресурсов.

Наиболее приемлемый вариант для линий связи, когда сжатие и восстановление происходит однократно на двух её концах (например, в цифровой телефонии).

Алгоритм сжатия существенно менее требователен, чем алгоритм восстановления.

Такая ситуация характерна для случаев, когда процедура сжатия реализуется простым, часто портативным устройством, для которого объём доступных ресурсов весьма критичен, например, космический аппарат или большая распределённая сеть датчиков. Это могут быть также данные, распаковка которых требуется в очень малом проценте случаев, например запись камер видеонаблюдения.

Глава II. Программы-архиваторы.

На основе методов сжатия данных созданы различные программы, называемые архиваторами или упаковщиками . Существует много программ-архиваторов, имеющих различные показатели по степени и времени сжатия. Среди самых известных и часто используемых программ выделяются следующие: ARJ, PKZIP, RAR, НА и т. д. для DOS, WinARJ, WinZip, WinRAR, ZipMagic для Windows. Обычно упаковщики осуществляют сжатие сразу несколькими способами.

Могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.

Рис. 2. Пример самораспаковывающегося архивного файла.

К базовым функциям , которые выполняют большинство современных архиваторов, относятся:

- извлечение файлов из архивов;

- создание новых архивов;

- добавление файлов в имеющийся архив;

- создание самораспаковывающихся архивов;

- создание распределенных архивов на носителях малой емкости;

- тестирование целостности структуры архивов;

- полное или частичное восстановление поврежденных архивов;

- защита архивов от просмотра или несанкционированной модификации.

Далее будут рассмотрены две программы-архиваторы WinRAR и WinZip.

2.1. Программа-архиватор WinRAR.

- интеллектуальный алгоритм сжатия (глубокий анализ данных, подлежащих сжатию, и др.);

- специальный алгоритм сжатия для мультимедиа-файлов;

- не архивное управление RAR;

- создание архивов с различной степенью уплотнения;

- просмотр как архивных, так и обычных файлов;

- создание многотомных архивов;

-создание самораспаковывающихся архивов (в том числе и многотомных);

- восстановление физически поврежденных архивов;

- поддержка других типов архивов, просмотра их содержимого, изменения и преобразования;

- защита архивов паролем.

2.1.1. Работа с программой-архиватором WinRAR

Для запуска программы WinRAR необходимо выполнить одно из следующих действий:

- открыть меню Пуск;

- выбрать Программы / WinRAR.

Рис. 3. Вид запущенной программы WinRAR.

Рис. 4. Метод сжатия файлов в WinRAR.

2.1.2. Архивация файлов.

- SFX archive / Самораспаковывающийся архив - создается ЕХЕ модуль архива;

- Put recovery record / Добавление записи восстановления данных – облегчение восстановления данных при их порче или потере;

- Delete files after archiving / Удалять файлы после их архивации - после перемещения в архив файлы будут удалены.

Рис. 5. Опции архивации в Win-RAR.

Можно также добавлять файлы к уже существующему архиву. Для этого надо выделить архив и нажать Enter (или дважды щелкнуть мышью), после чего Win-RAR прочитает архив и отобразит его содержание. Далее можно просто перетаскивать мышью необходимые файлы из другого окна.

2.2. Программа-архиватор WinZip.

Программа-архиватор WinZip - один из старейших (представлен на рынке с 1991 года) архиваторов для Windows, имеющих собственный графический интерфейс. Столь солидный возраст, по всей видимости, и обеспечивает данному архиватору столь внушительную аудиторию пользователей.

Рис. 6. Интерфейс программы-архиватора WinZip.

Архиватор WinZip сжимает файлы, преобразуя их в такие форматы, как: .zip, LHA (.lzh и .lha). Кроме того, WinZip имеет и собственный формат сжатия .zipx, использование которого позволяет добиться максимальной компрессии данных.

WinZip имеет поддержку практически всех известных на сегодня форматов, используемых для сжатия файлов, это: .rar, .7z, .bz2, .cab, .gzip, .tar, .cab и многие другие, кроме того WinZip располагает функционалом, позволяющим преобразовывать сжатые файлы этих форматов в Zip.

С помощью WinZip очень удобно сжимать цифровые фото без потери качества изображения, что может понадобиться, к примеру, для отправки большого количества файлов по электронной почте или FTP, а также и для хранения на всевозможных съемных носителях. В WinZip имеется возможность просмотра и редактирования файлов содержащихся в архивах других типовых форматов, например таких как: 7z или RAR.

Таким образом, было рассмотрено понятие сжатия данных, способы и методы их архивации. Существует множество алгоритмов архивации данных, основанных на различных подходах, с разными вариантами полученных сжатых файлов. Также , на основе этих способов, были разработаны многообразные программы-архиваторы, представляющие собой более простой метод сжатия данных. В данной работе были подробно рассмотрены два архиватора WinRAR и WinZip.

Д. Ватолин, А. Ратушняк, М. Смирнов, В. Юкин. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. — Диалог-МИФИ, 2002.

Информатика, ч. I: Методические указания к лабораторным работам / Сост. Н. И. Иопа – Рязань: РГРТА 2002.

Информатика. Базовый курс / С. В. Симонович и др. СПб.: Питер 2001

Информатика: Учебник/ Под ред. проф. Макаровой. 3-е изд. М.: Финансы и статистика, 2001

Читайте также: