ماذا تعرف عن ضغط البيانات؟ 2/2

<a href="mailto:[email protected]">Prof.awad@alasmari.com</a>

في المقال السابق أوردنا وصفا مختصرا ومبسطا لتقنية ضغط البيانات، وبينا أهميتها في حالة تخزين المعلومات أو إرسالها. وأنه يمكن ضغط المعلومة بالحجم المناسب أو بمعدَل إرسال مناسب (حسب التطبيق). هناك تطبيقات لا تقبل عمليات الضغط المفقود مثل النصوص وبعض الصور الطبية والرسائل المشفرة، لأنه لا يمكن استرجاع المعلومة الأصلية بسهولة. وعليه فإنه يمكن تقسيم طرق ضغط البيانات إلى فئتين: طرق الضغط دون فقدان Lossless Compression وطرق الضغط المفقود Lossy Compression.
تضمن طرق الضغط دون فقدان للمعلومات المضغوطة إمكانية إعادتها إلى صورتها الأصلية بالضبط. عموماً يستخدم الضغط دون فقدان للبيانات المهمة مثل النصوص، والبيانات المستخرجة من الحاسب الآلي، وبعض أنواع الصور، والإشارات الصادرة عن الزلازل والبراكين، والصور الطبية المقطعية والملونة ومعلومات الفيديو المهمة. ومن أشهر البرامج المستخدمة حالياً برامج Winzip وWinRAR وبرنامج JBEG المستخدمة للفاكس.
الضغط دون فقدان مجال مهم في ضغط النصوص، حيث إنه يمكننا من إعادة هيكلة (بناء) النص المضغوط ليكون مطابقاً للنص الأصلي، لأن الاختلافات البسيطة جدا في بعض الرموز، قد تسبب إشكالات كبيرة مثل إيقاف ملفات في الحاسب الآلي أو تغيير معلومات لبيانات معينة مصنفة مثل سجلات البنوك. البيانات التي يتم الحصول عليها من الأقمار الصناعية، غالباً ما تتم معالجتها لاحقاً للحصول على مؤشرات عددية مختلفة عن النباتات، وإزالة الغابات، وما شابه ذلك، وإن لم تكن البيانات المعاد هيكلتها (بناؤها) غير مطابقة للبيانات الأصلية، فقد تسفر المعالجة عن " تحسين" الاختلافات. وفي هذه الحالة قد لا يكون من الممكن العودة والحصول على نفس المعلومات مرة أخرى. وبالتالي لا ننصح بظهور أي اختلافات في عملية الضغط للمعلومات الحساسة.
بينما تتسبب طرق الضغط المفقود في ضياع بعض المعلومات (غير المهمة)، والتي عادة لا يمكن استرجاعها أو إعادة هيكلتها بالضبط باستخدام الضغط المفقود. ولقبول مثل هذا التشوه الحاصل في إعادة الهيكلة عموما يمكن أن نحصل على نسبة ضغط أعلى بكثير من تلك التي حصلنا عليها باستخدام الضغط دون فقدان.
في كثير من التطبيقات، النقص الحاصل في الإعادة الدقيقة للهيكلة غير مهم. فعلى سبيل المثال عند تخزين أو بث حديث (كلام) فإن القيمة الدقيقة لكل عينة من الحديث ليست ضروريةً.
واعتماداً على الجودة المطلوبة للحديث المعاد هيكلته، يمكن تحمل مقادير متنوعة من ضياع المعلومات عن قيمة كل عينة. إن كانت جودة الحديث المعاد هيكلته يجب أن تكون مماثلة لتلك المسموعة في الهاتف فإنه بالإمكان تحمل (قبول) ضياع كمية كبيرة من المعلومات. علما بأنه لا يمكن تحمل نفس الكمية من المعلومات المفقودة في حالة القرص المدمج، حيث إنه يجب أن تكون جودة الحديث المسموع على القرص المدمج عالية. ومن ثم يكون مقدار المعلومات الضائعة التي يمكن تحملها منخفضة نسبياً.
أيضاً، عند مشاهدة إعادة هيكلة (استرجاع) فيلم فيديو قصير مضغوط، فإن الفيلم المُعاد (المسترجع) هيكلته مختلف عن الفيلم الأصلي، المعلومات المفقودة ليست مهمة (بشكل عام) طالما أن الاختلافات لا تسفر عن تشوهات مزعجة سواء كانت مرئية أو مسموعة.
يستخدم في أفلام الفيديو طرق مختلفة للضغط المفقود. ومن أمثلة برامج الضغط المفقود JPEG للصور، الذي طور إلى JPEG2000. كذلك هناك عدد من المواصفات العالمية والمستخدمة لضغط إشارات الفيديو. ومنها على سبيل المثال: MPEG1، MPEG2، MPEG4، MPEG7 والمستخدمة في تطبيقات مختلفة. فبرامج الضغط المستخدمة لإشارات الفيديو المخزنة في CD تختلف عن تلك المستخدمة في حالة الإرسال التلفزيوني MPEG2. كذلك البرامج المستخدمة لضغط صور الفيديو في الجيل الثالث MPEG4 صممت للاتصالات الخليوية. وآخر ما وصلت له تقنية الضغط، عملية البحث باستخدام MPEG7 لمقاطع فيديو. هناك مواصفات عالمية أخرى مثل: H.234، H.323، H.320، H.321، H.310 والمستخدمة من قبل اتحاد الاتصالات الدولي عند معدلات إرسال مختلفة، وبصور ذات كفاءات مختلفة ، تتدرج من صور منخفضة الجودة إلى صور عالية الجودة.
هناك عدد كبير من تقنيات الضغط، التي يصعب حصرها أو التطرق لها في مقال واحد. ولكن الغرض إعطاء فكرة مبسطة عن طرق ضغط المعطيات Data Compression لأنها من تقنيات العصر، التي يصعب تناسيها فقد أسهمت في تطور التقنية الحديثة تطوراً هائلا. حيث إنه يمكن تخزين (اختزال)عدد كبير من ساعات البث على قرص صغير جداً لا يتعدى حجمه بضعة سنتيمترات.