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यूनिट 2: मूलभूत संकुचन तकनीकें
संकुचन (Compression) एक महत्वपूर्ण अवधारणा है जो मल्टीमीडिया तकनीकों में डेटा के आकार को कम करने के लिए उपयोग की जाती है। इस प्रक्रिया से वीडियो, ऑडियो, इमेजेज़ आदि जैसे डेटा को स्टोर करने के लिए कम जगह चाहिए होती है या नेटवर्क के माध्यम से भेजने में आसानी होती है। संकुचन दो प्रमुख प्रकार के होते हैं: लॉसी संकुचन (Lossy Compression) और लॉसलेस संकुचन (Lossless Compression)।
इस यूनिट में हम इन दोनों प्रकार के संकुचन और उनके प्रमुख एल्गोरिदम्स और मानकों के बारे में विस्तार से जानेंगे।
2.1 वीडियो और ऑडियो डेटा संकुचन तकनीकें – लॉसी और लॉसलेस
लॉसी संकुचन (Lossy Compression):
लॉसी संकुचन में कुछ डेटा को संकुचन प्रक्रिया के दौरान हटा दिया जाता है। इस प्रकार के संकुचन में डेटा का कुछ हिस्सा खो जाता है, लेकिन यह आमतौर पर मानव द्वारा महसूस नहीं किया जाता है, विशेषकर जब डेटा को उपयुक्त तरीके से हटाया जाता है। इसका मुख्य लाभ है कि यह बहुत बड़े आकार को छोटा कर सकता है।
मुख्य विशेषताएँ:
- फ़ाइल का आकार घटाना: लॉसी संकुचन फ़ाइल के आकार में बहुत बड़ी कमी ला सकता है (90% तक)।
- गुणवत्ता का नुकसान: डेटा का कुछ हिस्सा हटा दिया जाता है, जिससे गुणवत्ता में कुछ कमी हो सकती है। हालांकि, यह कमी सामान्यत: उपयोगकर्ता को महसूस नहीं होती, विशेषत: यदि संकुचन अनुपात उचित हो।
- मल्टीमीडिया में उपयोग: वीडियो, ऑडियो और चित्र संकुचन में आमतौर पर उपयोग किया जाता है।
लॉसी संकुचन प्रारूपों के उदाहरण:
- JPEG (चित्रों के लिए)
- MP3 (ऑडियो के लिए)
- MPEG (वीडियो के लिए)
- H.264 / H.265 (वीडियो के लिए)
लाभ:
- उच्च संकुचन अनुपात।
- इंटरनेट पर स्ट्रीमिंग या स्टोरेज के लिए उपयुक्त।
नुकसान:
- गुणवत्ता में कमी (विशेष रूप से उच्च संकुचन अनुपात में)।
- मूल फ़ाइल को पूरी तरह से पुनर्प्राप्त नहीं किया जा सकता है।
लॉसलेस संकुचन (Lossless Compression):
लॉसलेस संकुचन में, संकुचन प्रक्रिया के दौरान डेटा का कोई नुकसान नहीं होता। संकुचित फ़ाइल और मूल फ़ाइल के बीच कोई अंतर नहीं होता है। इस प्रकार के संकुचन का उपयोग तब किया जाता है जब डेटा की अखंडता महत्वपूर्ण होती है, जैसे चिकित्सा इमेजिंग, अभिलेखीय स्टोरेज या प्रोफेशनल ऑडियो रिकॉर्डिंग्स में।
मुख्य विशेषताएँ:
- कोई डेटा हानि नहीं: संकुचित फ़ाइल और मूल फ़ाइल पूरी तरह से समान होती हैं।
- कम संकुचन अनुपात: सामान्यत: लॉसी संकुचन के मुकाबले संकुचन का अनुपात कम होता है।
- गुणवत्ता की रक्षा: कोई गुणवत्ता हानि नहीं होती।
लॉसलेस संकुचन प्रारूपों के उदाहरण:
- FLAC (ऑडियो के लिए)
- ALAC (Apple Lossless Audio Codec)
- PNG (चित्रों के लिए)
- ZIP और GZIP (सामान्य डेटा संकुचन के लिए)
लाभ:
- गुणवत्ता में कोई हानि नहीं।
- महत्वपूर्ण डेटा को संरक्षित करने के लिए उपयुक्त।
नुकसान:
- लॉसी संकुचन के मुकाबले कम संकुचन अनुपात।
- अधिक स्थान की आवश्यकता होती है।
2.2 उदाहरण एल्गोरिदम्स और मानक
हफ़मैन कोडिंग (Huffman Coding):
हफ़मैन कोडिंग एक लॉसलेस संकुचन एल्गोरिदम है जो डेटा संकुचन के लिए बहुत प्रसिद्ध है। यह एक वैरिएबल-लेंथ प्रीफिक्स कोडिंग एल्गोरिदम है, जिसमें अधिक आवर्ती प्रतीकों को छोटे कोड्स और कम आवर्ती प्रतीकों को लंबे कोड्स के रूप में एंकोड किया जाता है।
कैसे काम करता है:
- यह एक हफ़मैन ट्री बनाता है, जहाँ अधिक आवर्ती प्रतीकों को छोटे बाइनरी कोड मिलते हैं, और कम आवर्ती प्रतीकों को लंबे कोड मिलते हैं।
- यह विधि कई फ़ाइल स्वरूपों में उपयोग की जाती है, जैसे ZIP और JPEG।
उदाहरण:
- यदि एक टेक्स्ट फ़ाइल में "E" अक्षर अधिक बार आता है, तो हफ़मैन कोडिंग उसे
01जैसा छोटा कोड प्रदान करेगा, जबकि "Z" जैसे कम आवर्ती अक्षर को11101जैसा लंबा कोड मिलेगा।
रन-लेंथ एन्कोडिंग (Run-Length Encoding – RLE):
RLE एक बहुत सरल संकुचन एल्गोरिदम है जो डेटा में लगातार दोहराए जाने वाले प्रतीकों को एकल मान और गिनती के रूप में बदलता है। यह सरल डेटा, जैसे एक रंग में भरे हुए चित्रों, या कुछ प्रकार के वीडियो और ऑडियो फ़ाइलों को संकुचित करने के लिए प्रभावी होता है।
कैसे काम करता है:
- यदि एक डेटा सीक्वेंस (जैसे
AAAABBBCCDA) में बार-बार एक ही डेटा आता है, तो इसे इस प्रकार संकुचित किया जाता है(4A)(3B)(2C)(1D)(1A)।
उपयोग:
- आमतौर पर TIFF चित्रों और बिटमैप ग्राफिक्स में उपयोग होता है।
JPEG (जॉइंट फोटोग्राफिक एक्सपर्ट्स ग्रुप):
JPEG एक बहुत प्रसिद्ध लॉसी इमेज संकुचन एल्गोरिदम है जो विशेष रूप से फ़ोटोग्राफिक चित्रों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जहाँ गुणवत्ता में हल्का नुकसान सामान्यत: मानव आंख को महसूस नहीं होता।
कैसे काम करता है:
- DCT (Discrete Cosine Transform): JPEG चित्र को छोटे ब्लॉक्स (आमतौर पर 8x8 पिक्सल) में विभाजित करता है और इन ब्लॉक्स को DCT के माध्यम से फ़्रीक्वेंसी डोमेन में ट्रांसफॉर्म करता है।
- क्वांटाइजेशन: कोएफ़िशिएंट्स को क्वांटाइज़ किया जाता है, जो कम विज़ुअल जानकारी को हटा देते हैं, और इसके परिणामस्वरूप संकुचन होता है।
- एंट्रॉपी कोडिंग: संकुचन को और बढ़ाने के लिए हफ़मैन कोडिंग या अन्य विधियाँ लागू की जाती हैं।
उपयोग:
- वेब चित्र, डिजिटल फ़ोटोग्राफ़, और ऑनलाइन मीडिया।
MPEG (मूविंग पिक्चर एक्सपर्ट्स ग्रुप):
MPEG वीडियो और ऑडियो संकुचन मानकों का एक समूह है, जिसका उपयोग डिजिटल वीडियो और ऑडियो के लिए किया जाता है। प्रमुख MPEG मानकों में MPEG-1, MPEG-2, और MPEG-4 शामिल हैं।
कैसे काम करता है:
- MPEG-1: वीडियो सीडी और कुछ स्ट्रीमिंग वीडियो अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।
- MPEG-2: DVDs, डिजिटल टेलीविज़न ब्रॉडकास्ट और कुछ स्ट्रीमिंग अनुप्रयोगों में उपयोग होता है।
- MPEG-4: वीडियो फ़ाइलों को संकुचित करने के लिए उपयोग किया जाता है, और कम बैंडविड्थ पर उच्च गुणवत्ता वाले वीडियो स्ट्रीमिंग को सक्षम बनाता है।
उपयोग:
- वीडियो स्ट्रीमिंग, DVDs, और टेलीविजन ब्रॉडकास्ट।
MP3 (MPEG-1 ऑडियो लेयर 3):
MP3 एक लॉसी ऑडियो संकुचन प्रारूप है जो ऑडियो फ़ाइलों के आकार को कम करता है, बिना किसी महत्वपूर्ण गुणवत्ता नुकसान के।
कैसे काम करता है:
- साइकोएकॉस्टिक मॉडलिंग: MP3 संकुचन ऑडियो का विश्लेषण करता है और उन हिस्सों को हटा देता है जो मानव सुनने में कम महत्वपूर्ण होते हैं (जैसे बहुत उच्च या निम्न आवृत्तियाँ)।
- बिटरेट: उपयोगकर्ता विभिन्न बिटरेट्स का चयन कर सकते हैं, जो संकुचन और गुणवत्ता के स्तर को प्रभावित करता है।
उपयोग:
- म्यूजिक फ़ाइलें, पॉडकास्ट, ऑडियो स्ट्रीमिंग।
MP4 (MPEG-4 पार्ट 14):
MP4 एक डिजिटल मल्टीमीडिया प्रारूप है जो वीडियो, ऑडियो, चित्रों और उपशीर्षकों को स्टोर करने के लिए उपयोग होता है। यह एक कंटेनर प्रारूप है जो कई प्रकार के डेटा को एक ही फ़ाइल में संग्रहीत करने की अनुमति देता है।
कैसे काम करता है:
- MP4 फ़ाइलें आमतौर पर वीडियो संकुचन के लिए H.264 और ऑडियो संकुचन के लिए AAC (Advanced Audio Coding) का उपयोग करती हैं।
- MP4 उच्च गुणवत्ता वाले वीडियो को अपेक्षाकृत छोटे आकार में स्टोर करता है, जिससे यह स्ट्रीमिंग के लिए आदर्श है।
उपयोग:
- वीडियो स्ट्रीमिंग (YouTube, Vimeo), ऑनलाइन मीडिया, मोबाइल वीडियो।
LZMA (लेम्पल-ज़िव-मार्कोव चेन एल्गोरिदम):
LZMA एक लॉसलेस डेटा संकुचन एल्गोरिदम है जो अपने उच्च संकुचन अनुपात के लिए जाना जाता है। यह 7z प्रारूप (7-Zip) में उपयोग होता है और कई सामान्य उद्देश्य संकुचन यूटिलिटी में भी होता है।
कैसे काम करता है:
- LZMA एक डिक्शनरी संकुचन तकनीक का उपयोग करता है, जहाँ दोहराए गए स्ट्रिंग्स को छोटे संदर्भों के रूप में प्रतिस्थापित किया जाता है।
- यह हाई संकुचन अनुपात प्रदान करता है, लेकिन संकुचन और डीकंप्रेशन में अधिक समय लगता है।
उपयोग:
- सामान्य उद्देश्य फ़ाइल संकुचन, सॉफ़्टवेयर वितरण।
सारांश:
इस यूनिट में हमने संकुचन तकनीकों और मानकों के बारे में जाना, जो वीडियो और ऑडियो डेटा के संकुचन में उपयोग होती हैं। संकुचन के दो प्रमुख प्रकार—लॉसी और लॉसलेस—हर एक के लिए उपयुक्त होते हैं और प्रत्येक का उपयोग विशेष परिस्थितियों में किया जाता है। उदाहरण स्वरूप, JPEG, MPEG, MP3, FLAC, और H.265 जैसे मानक मल्टीमीडिया संकुचन में प्रमुख रूप से उपयोग किए जाते हैं, जो गुणवत्ता और फ़ाइल आकार के बीच संतुलन स्थापित करते हैं।
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