Les 10: C4 - Datacompressie

• Informatica
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Blok 2: Informatie

Les 10

Na de les kun je...

• Tekst omzetten naar binair en/of hexadecimaal
• Uitleggen wat compressie is en waarom het toegepast wordt bij afbeeldingen en geluidsfragmenten
• Twee soorten compressie, lossy en lossless compression, beschrijven en de voor- en nadelen tegen elkaar afwegen.
• De termen kilobyte, megabyte, gigabyte en terabyte uitleggen en waarden omzetten.
• Uitleggen waarom een geheugenkaartje van 64 GB in je telefoon ineens 59,6 GB opslag heeft.
• De meest voorkomende bestandsformaten voor afbeeldingen, tekst- en geluidsbestanden opnoemen.

Lesplanning

1. SE-stof
2. Terugblik vorige les


3. Compressie en bestandstypen
4. Zelf aan de slag
5. Afsluiting
   

SE-stof

• Fundament C1-C2, paragraaf 1, 2 en 4
  
• Fundament C4, paragraaf 1 t/m 4
  
• Informatie en uitleg in de Lessonup-lessen
  
• Zie leerdoelen op de achterkant van de planner in Classroom

• SE = 45 minuten, ± 20 vragen

Voor mijn logo gebruik ik het beste een ... afbeelding

1. raster
2. vector

Terugblik

1. Noem een voor- en nadeel van vectorafbeeldingen t.o.v. rasterafbeeldingen?
2. Voor wat voor afbeeldingen gebruik je dan liever rasterafbeeldingen ipv vectorafbeeldingen? 


3. Op welke manier spelen bits een rol bij het opslaan van beeld bij rasterafbeeldingen? 
4. Op welke manier spelen bits een rol bij het opslaan van geluid?

1. Voordeel: vragen veel minder opslagruimte/ geheugenruimte + blijven scherp bij vergroten/verkleinen doordat ze opnieuw worden getekend; Nadeel: alleen voor afbeeldingen opgebouwd uit geometrische vormen en met beperkte kleurgebruik

3. Rasterafbeeldingen bestaan uit pixels: kleurtint van elke pixel opgeslagen in reeks bits. Hoe meer bits voor de opslag van de afbeelding, hoe meer kleurtinten mogelijk zijn (= kleinere pixels), maar ook hoe groter het bestand. 

4. Geluid omgezet naar elektrisch signaal: hoe sterker het signaal, hoe hoger de toon en hoe hoger de waarde. Die waarde wordt weergegeven in bits. 

Zet 'Happy 2023' om naar een binair en hexadecimaal getal
Gebruik voor 'Happy' de ASCII-tabel en voor 2023 de converter naar hexadecimaal van Fundament

ASCII-tabel

ASCII-tabel

Compressie

• Compressie = inpakken van je bestanden om ze kleiner te maken
  
• = minder opslagruimte + sneller te downloaden
  
• Compressie kan lossy of lossless

Lossles compression

• "zonder verlies" door efficiënter op te slaan, o.a. bij zipbestanden
  
• Bijv. aantal pixels naast elkaar met zelfde kleur als 1 informatie-element opslaan 
• bestandstypen: png, bmp, flac (geluid)

Lossy compression

• "beetje verlies"
• bijv. van aantal pixels gemiddelde kleurwaarde opslaan (.jpg);
• bijv. hoge tonen (> 16Hz) in muziek weglaten of opslaan in lager bitrate (MP3)
• bestandstypen: jpg, gif, mp3

LZ77 compresie - lossless

In teksten kan worden gekeken naar welke patronen van letters er eerder zijn voorgekomen. Als het patroon eerder is voorgekomen wordt in plaats van het patroon alleen het aantal stappen terug en de lengte van het patroon opgeslagen.

JPEG Compressie - lossy

Meer weten?

https://www.youtube.com/watch?v=n_uNPbdenRs

Jpeg DCT tabel

Voor het comprimeren van (een deel  van) een afbeelding kun je dus het kleurverloop op de horizontale en verticale as verminderen.

Hoe lager de gekozen kwaliteit hoe minder verschillende verlopen gebruikt hoeven worden.

Twee foto's in jpeg, waarbij de rechterfoto is gecomprimeerd door 100x minder kleur weer te geven. Verschil is met het blote / menselijke oog eigenlijk niet te zien. 

Ingezoomd op beide foto's van de bloem zie je wel enig verschil in grijsschalen, maar dat is dus een mate van inzoomen die wij als mensen niet kunnen. 

.zip, .rar, .7z zijn allemaal voorbeelden van ingepakte bestanden. Zijn deze lossless of lossy?

1. lossless
2. lossy

Video

Eigenlijk is het heel simpel: alle bekende video formaten zijn lossy omdat video anders veeeel te groot wordt.

mp4

mpg

avi

lossy

lossy

lossy

Bekende bestands- formaten

Deze bestandsformaten moet je kennen...

Sampling

Het omzetten van analoog geluid naar digitaal heet sampling. 

In de afbeelding hiernaast zie je hoe dat gebeurt: er wordt periodiek gemeten wat de hoogte van de geluidsgolf is.

Meer weten?

https://www.youtube.com/watch?v=BNVVq-iVPy8

De y-as representeert de toonhoogte van het geluid en de x-as de trillingstijd (nodig voor bepalen van de frequentie).

Waarom zijn niet perse alle blauwen pijlen hier relevant?

Sampling

Bit depth

Net als afbeeldingen heeft ook geluid een bit depth.

Bij geluid kan je met de bit depth bepalen tot hoe hoog je de geluidsgolven wil opslaan. De toonhoogte dus.

Sample rate

De sample rate is de hoeveelheid metingen per tijdseenheid. In de afbeelding hiernaast zijn dat de hoeveelheid blauwe pijltjes

Bitdepth

https://youtu.be/ubCMI3Jq6e4?t=41

Sample rate

https://youtu.be/fZzMXdxbOes?t=21

De y-as representeert de toonhoogte van het geluid en de x-as de toonhoogte.

Waarom zijn niet perse alle blauwen pijlen hier relevant?

Compressie van geluid

• Weglaten van tonen boven de 16kHz
• bitrate verlagen 
• bitrate = samplerate x bitdepth
• (= aantal samples per seconde keer aantal bits beschikbaar voor de opslag)
• MP3 = 16000Hz x 8 bit = 128000 bps
• 128000 x 60s = 7680000 bits
• = 960000 bytes = 938 Kilobytes

Meer weten?

https://www.youtube.com/watch?v=BNVVq-iVPy8

Een audiobestand van 1 minuut opgenomen met samplerate 44100 Hz en 16 bits per sample is dus 5.04Mb groot:

60 x 44100 x 16 = 42336000 bits

4233600 : 8 = 5292000 bytes

529200 : 1024 = 5168 kBytes

5168 : 1024 = 5.04 Mb

Je zou kunnen zeggen dat sampling een vorm van compressie is.
Gaat het dan om lossless of lossy compressie?

1. Lossless
2. Lossy

Een byte is 8 bits, een Kilobyte is 1024 bits... waarom werken (de meeste) besturingssystemen niet gewoon met 10 en 1000?

1. Dan lijkt het teveel op een binair getal
2. Omdat computers graag moeilijk doen
3. Dat zou inderdaad moeten veranderen!!!
4. Dat zijn geen machten van 2

Hoeveel Mb is 8192 Kb?

1. 8192 : 8 = 1024Mb
2. 8192 : 1024 = 8Mb
3. 8192 : 1024 : 1024 = 0,008Mb
4. 8192 x 8 = 65536Mb

Hoeveel bits is 1 Kb?

1. 1 x 1024 = 1024 bits
2. 1 x 8 = 8 bits
3. 1 x 1024 x 8 = 8192 bits
4. 1 x 1024 : 8 = 128 bits

huiswerk

Lees en maak paragraaf 4.1 t/m 4.5 van C4

 

www.fundament-online.nl

En nu...?

• Lees alvast 4.1 t/m 4.5
• Doe nog eens dit spelletje;
  
• Maak de omzetopdrachten in Classroom;
• Oefen met binair rekenen via opdracht in Classroom;
• Kijk deze video over geluid...

https://www.youtube.com/watch?v=BNVVq-iVPy8

Opdracht

1. Zoek op internet de resolutie van de camera van je telefoon.

2. Zoek op hoeveel bits de camera gebruikt. Dit wordt vaak aangegeven met bit-depth

3. Bereken hoeveel bytes (dus niet bits) de afbeelding groot is

Inleveren in classroom

Bereken de grootte van een foto van je telefoon

Hoeveel bytes is een afbeelding van jouw camera?