Практические работы по теме "Сжатие данных"

08.10.2024

Практическая работа №1
Алгоритм RLE

1. Используя алгоритм RLE, закодируйте последовательность символов

BBBBBBACCCABBBBBB

Запишите результат в виде шестнадцатеричных кодов (каждый символ кодируется в виде байта, который представлен двумя шестнадцатеричными цифрами ). Проверьте полученный результат с помощью программы RLE.

Ответ:

1. Раскодируйте последовательность, упакованную с помощью алгоритма RLE (приводятся шестнадцатеричные коды): 01 4D 8E 41 01 4D 8E 41₁₆. Для определения символов по их шестнадцатеричным кодом используйте таблицу ASCII. В приведённой таблице в первом столбце записана первая цифра шестнадцатеричного кода символа, а в первой строке – вторая. Например, символ «&» имеет шестнадцатеричный код 26₁₆.

Ответ:

1. Определите количество байтов в исходной и распакованной последовательности (см. предыдущее задание) и вычислите коэффициент сжатия:

   Сжатая последовательность	Несжатая последовательность	Коэффициент сжатия

2. Проверьте результат, полученный в предыдущем пункте, с помощью программы RLE. Предложите два способа проверки.

3. Постройте последовательности, которые сжимаются алгоритмом RLE ровно в 2 раза, в 4 раза, в 5 раз. Проверьте свои ответы с помощью программы RLE.

   Несжатая последовательность	Сжатая последовательность	Коэффициент сжатия
   		2
   		4
   		5

4. Придумайте три последовательности, которые невозможно сжать с помощью алгоритма RLE:

   Несжатая последовательность	«Сжатая» последовательность	Коэффициент сжатия

5. Используя программу RLE, примените RLE-сжатие к следующим файлам и найдите для каждого из них коэффициент сжатия:

   Файл	Размер без сжатия	Размер после сжатия	Коэффициент сжатия
   grad_vert.bmp
   grad_horz.bmp
   grad_diag.jpg

6. Объясните результаты, полученные в предыдущем пункте:

• почему не удается сжать рисунки в формате JPEG?

Ответ:

• почему для двух рисунков в формате BMP одинакового размера коэффициенты сжатия по алгоритму RLE так сильно отличаются? Подсказка: откройте эти рисунки в любой программе просмотра.

Ответ:

1. Оцените максимально достижимый коэффициент сжатия с помощью рассмотренного в учебнике варианта RLE-алгоритма. В каком случае его удастся достичь?

Ответ:

1. Оцените коэффициент сжатия с помощью RLE-алгоритма в худшем случае. Опишите этот худший случай.

Ответ:

Практическая работа №2
Сравнение алгоритмов сжатия

При выполнении этой работы используются программы RLE (алгоритм сжатия RLE) и Huffman (кодирование Хаффмана и Шеннона-Фано).

1. Запустите программу Huffman.exe и закодируйте строку «ЕНОТ НЕ ТОНЕТ», используя методы Шеннона-Фано и Хаффмана. Запишите результаты в таблицу:

Сделайте выводы.

Ответ:

Как, по вашему мнению, будет изменяться коэффициент сжатия при увеличении длины текста, при условии, что набор символов и частота их встречаемости останутся неизменной? Проверьте ваш вывод с помощью программы (например, можно несколько раз скопировать ту же фразу).

Ответ:

1. Используя кнопку Анализ файла в программе Huffman, определите предельный теоретический коэффициент сжатия для файла a.txt¹ при побайтном кодировании.

Ответ:

1. С помощью программ RLE и Huffman выполните сжатие файла a.txt разными способами. Запишите результаты в таблицу:

Объясните результат, полученный с помощью алгоритма RLE.

Ответ:

1. Используя кнопку Анализ файла в программе Huffman, определите предельный теоретический коэффициент сжатия для файла a.txt.huf при побайтном кодировании. Объясните результат.

Ответ:

1. Примените несколько раз повторное сжатие этого файла с помощью алгоритма Хаффмана (новые файлы получат имена a.txt.huf2, a.txt.huf3 и т.д.) и заполните таблицу, каждый раз выполняя анализ полученного файла.

Объясните, почему с некоторого момента при повторном сжатии файла его размер увеличивается.

Ответ:

1. Выполните те же действия, используя метод Шеннона-Фано.

Объясните, почему с некоторого момента при повторном сжатии файла его размер увеличивается.

Ответ:

1. Сравните результаты сжатия этого файла с помощью алгоритма RLE, лучшие результаты, полученные методами Шеннона-Фано и Хаффмана, а также результат сжатия этого файла каким-нибудь архиватором.

Объясните результаты и сделайте выводы.

Ответ:

Практическая работа №3
Использование архиватора

1. Изучите возможности архиватора, который установлен на вашем компьютере (Ark, 7-Zip, WinRAR или др.).

2. Откройте каталог, указанный учителем. Он должен содержать все файлы, которые используются далее.

3. Распакуйте архив secret.zip, который упакован с паролем secretLatin. В подкаталогах, получившихся после распаковки, вы должны найти 3 файла, содержащие части высказывания на латинском языке, которое означает «договоры следует выполнять».

4. Создайте новый текстовый файл latin.txt и запишите в него это высказывание на латыни. После этого удалите архив secret.zip.

5. Выполните сжатие отдельно для каждого из перечисленных в таблице файлов, используя формат архива, указанный учителем. Вычислите коэффициент сжатия (для этого удобно использовать табличный процессор):

Сделайте выводы о том, какие файлы обычно сжимаются лучше, а какие – хуже:

Ответ:

1. Если ваш архиватор позволяет создавать самораспаковывающиеся архивы, сравните размеры обычного архива и SFX-архива для файла tolstoy.txt:

Объясните, почему размеры двух архивов получились разные. После этого удалите оба созданных архива.

1. Переместите рисунки в отдельный каталог Pictures, а звуковые файлы – в каталог Sounds.

2. Упакуйте рисунки и звуки в архив Media с паролем media123.

3. Упакуйте все остальные файлы и папки в архив Data (без пароля).

4. Удалите все файлы, кроме архивов Media и Data, и покажите работу учителю.

Практическая работа №4
Сжатие с потерями

1. Скопируйте в свою папку файл valaam.bmp.

2. Используя растровый графический редактор (GIMP, Photoshop), сохраните несколько копий этого рисунка с разным качеством, от 0% до 100%.

В редакторе GIMP нужно выбрать пункт меню Файл – Экспортировать, ввести имя файла с расширением JPG (например, для файла с качеством 50% можно использовать имя valaam50.jpg) и в появившемся окне установить нужное качество:

В редакторе Photoshop нужно выбрать пункт меню Файл – Сохранить как…, далее в окне сохранения файла выбрать формат JPEG, ввести имя файла с расширением JPG (например, для файла с качеством 50% можно использовать имя valaam50.jpg) и в появившемся окне установить нужное качество (от 0 до 12):

1. В табличном процессоре заполните таблицу

Для GIMP:

Для Photoshop:

С помощью табличного процессора постройте график по этим данным.

График:

Сделайте выводы.

Ответ:

1. Просмотрите файлы, полученные при разных степенях сжатия. Выберите оптимальный на ваш взгляд вариант, когда при небольшом размере файла сохраняется приемлемое качество рисунка.

Ответ:

1. Скопируйте в свою папку звуковой файл bears.mp3.

2. Используя звуковой редактор (например, Audacity), сохраните несколько копий этого звукового файла с разным качеством. Для формата Ogg Vorbis используйте качество от 0 до 10, для формата MP3 – битрейт от 8 до 128 Кбит/с.

3. В табличном процессоре заполните таблицу

Для формата Ogg Vorbis:

Для формата MP3:

Постройте график по этим данным.

График:

Объясните, почему получилась именно такая зависимость.

Ответ:

1. Прослушайте файлы, полученные при разных степенях сжатия. Выберите оптимальный на ваш взгляд вариант, когда при небольшом размере файла сохраняется приемлемое качество звука.

Ответ:

1^ Этот файл имеет объем 1 Мбайт и состоит из одних символов «А».