C4 - Compressie en digitaal geluid

• Informatica
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Compressie

lgg

• Je weet waarom compressie wordt toegepast bij afbeeldingen en geluidsfragmenten
• Je weet wanneer je lossless of lossy compressie moet gebruiken
• Je weet hoe analoog geluid naar digitaal wordt omgezet 
• Je weet het verschil tussen bitdepth en samplerate

lgg c4

lgg c4

Eerst een korte herhaling

van afbeeldingen, binair en hexadecimaal

Hoe schrijf je deze kast op?

1. 0x10
2. 0x17
3. 0x2
4. 0x11

Hoeveel staat 0x11 gelijk aan in decimaal?

tip:       16^0 = 1, 16^1 = 16, 16^3=256

1. 11
2. 16
3. 17
4. 10

hoe schrijf je het decimale getal 10
om in binair?

tip: 2^0 = 1, 2^1 = 2, 2^3=4

1. 0b1111
2. 0b1010
3. 0b0101
4. 0b10

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

1. raster
2. vector

Voor mijn toffe achtergrond gebruik ik het beste een ... bestand

1. jpg
2. gif
3. bpm
4. ai

Nier perse behandeld, maar  een mooi bruggetje naar compressie

Terug naar het onderwerp

Compressie

Hoe groot is de opslag op je telefoon?

computers werken met machten van 2

2^10 = 1024

dichtsbijzijnde getal bij 1000.

dus in 1 megabyte zitten

1024 x 1024 = 1048576 bytes

en niet 100.000

niet elke fabrikant gebruikt hetzelfde systeem.

Hier links gaat het over het

binaire systeem.

(voorbeeld: MiB, GiB)

fabrikanten gebruiken wel eens het SI- model, omdat het dan naar boven word afgerond.

Waarom is Jules zo moeilijk te verstaan?

Grootte van een bitmap afbeelding berekenen

In een bitmap worden de pixels in een matrix opgeslagen en één voor één getekend. Stel we hebben een HD afbeelding van 1920 x 1080 pixels. Dan begin je dus bij 1, 1 en eindigt bij 1920, 1080.

Op elk coördinaat wordt een kleurcode opgeslagen. Hoeveel kleuren worden opgeslagen is afhankelijk van de hoeveelheid bits die gebruikt worden. Zie het als een bakje met een bepaalde grootte; hoe groter het bakje, hoe meer mogelijke kleuren je kan gebruiken:

• 16 bits => 2^16 =                 65536 kleuren (16^4)
• 32 bits => 2^32 = 4,294,967,296 kleuren (16^8)

Dus: 1980 x 1080 =  2 miljoen pixels

2 miljoen x 16 bits = 32 miljoen

Maar een bit is geen byte

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

Hoe groot is een afbeelding van je camera? (als bitmap)

Compressie

Compressie is niet veel anders dan het inpakken van je bestanden om ze kleiner te maken

maar waarom?

Lossles

• "zonder verlies"
  
• Wordt gebruikt voor b.v. teksten

Lossy

• "beetje verlies"
• wordt gebruikt bij b.v. muziek en afbeeldingen

lossles compressie

• Orginele kwaliteit word niet beïnvloed (er raakt niet verloren)
• inhoud word efficiënter opgeslagen
• zijn veel verschillende trucjes voor
• verschillende bestandstypes doen het op een andere manier.

LZ77 compresie - lossless

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

lossy compressie

• Orginele kwaliteit word beinvloed
• voorbeeld: whatsapp maakt gebruik van lossy compressie. Dit is de rede waarom de foto's over whatsapp van mindere kwaliteit zijn dan het origineel.
  
  
• JPEG voorbeeld: => omzetten naar YUV (als groepje pixels heel weinig afwijken van elkaar (bereken het gemiddelde en sla dit op)

JPEG Compressie - lossy

Meer weten?

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

Jpeg DCT tabel

Voor het opbouwen van (een deel  van) een afbeelding worden verschillende verlopen uit de tabel over elkaar heen gelegd. Het enige wat hoeft opgeslagen te worden is welke verlopen hoeveel keer. Hoe lager de gekozen kwaliteit hoe minder verschillende verlopen gebruikt hoeven worden.

Gebruiken jullie zelf wel eens compressie in je eigen leven?

Brt = be right there

Lol = laughing out loud

Smh = shaking my head

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

1. lossless
2. lossy

Het omzetten van analoog geluid naar digitaal heet sampling. 

Geluid bestaat uit golfen.

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

Sampling

Meer weten?

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

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

Waarom zijn niet perse alle blauwen pijlen hier relevant?

Sampling

Bit depth

Net als afbeeldingen heeft ook geluid heeft 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

Sampling

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?

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

Je zou kunnen zeggen dat sampling een vorm van compressie is.

1. Lossless
2. Lossy

Dus, waarom is Jules zo moeilijk te verstaan?

Hoeveel verschillende tonen je kan opslaan is

1. sample rate
2. bit depth

noem een voordeel en nadeel van
lossless compressie

Noem een voordeel en nadeel van
lossy compressie

Waarom worden video's meestal
lossy opgeslagen?

Aan de slag

• Fundament C4 - beeld en geluid 3.3
• Fundament C4 - data-compressie 4.1 t/m 4.5