AUDIO VA VIDEO MALUMOTLARNI SIQISH ALGORITMLARI SAMARADORLIGI

PERFORMANCE OF AUDIO AND VIDEO DATA COMPRESSION ALGORITHMS

Ernazar Umirzakov

Assistant teacher of the department of information transmission networks and systems, Nukus branch of the Tashkent University

of Information Technologies named after Muhammad al-Khorazmi,

UZ, Nukus

Aykerim Karimova

Assistant teacher of the department of information transmission networks and systems, Nukus branch of the Tashkent University of Information Technologies named after Muhammad al-Khorazmi,

UZ, Nukus

Bekpolat Masharipov

Assistant teacher of the department of information transmission networks and systems, Nukus branch of the Tashkent University of Information Technologies named after Muhammad al-Khorazmi,

 UZ, Nukus

ANNOTATSIYA

Ushbu maqola audio va video ma'lumotlarni siqish jarayonida qo‘llaniladigan algoritmlarning samaradorligini tahlil qiladi. Algoritmlar ma'lumot hajmini kamaytirish bilan birga, sifati saqlanib qolishini ta'minlash uchun muhimdir. Siqish algoritmlarining samaradorligi quyidagi omillarga bog‘liq:

- Siqish darajasi: Siqish jarayonida ma'lumotning qanchalik hajmi kamaytirilishi.

- Sifat yo'qolishi: Yo'qotishli siqish (lossy compression) algoritmlari sifatni biroz kamaytirishi mumkin, yo'qotishsiz siqish (lossless compression) esa sifatni saqlaydi.

- Ishlash vaqti: Algoritmning siqish va qayta tiklash tezligi, bu katta ma'lumotlar bilan ishlashda muhimdir.

- Resurslardan foydalanish: Siqish algoritmlarining hisoblash quvvatlari va energiya iste'moliga ta'siri.

ABSTRACT

This article analyzes the efficiency of algorithms used in the compression of audio and video data. These algorithms reduce data size while maintaining as much quality as possible. The effectiveness of compression algorithms depends on several factors:

- Compression ratio: How much the data size is reduced during the compression process.

- Quality loss: Lossy compression algorithms may reduce quality, while lossless compression preserves the original quality.

- Processing time: The speed of compression and decompression, which is important when handling large amounts of data.

- Resource usage: The impact of the algorithms on computational power and energy consumption.

Kalit so`zlar: Audio siqish algoritmlari, video siqish algoritmlari, yo'qotishsiz siqish (Lossless compression), yo'qotishli siqish (Lossy compression), siqish samaradorligi, FLAC, MP3, AAC, H.264, HEVC, VP9, ma'lumotlar siqish, sifat yo'qolishi, siqish vaqti, resurslardan foydalanish.

Keywords: Audio compression algorithms, video compression algorithms, lossless compression, lossy compression, compression efficiency, FLAC, MP3, AAC, H.264, HEVC, VP9, data compression, quality loss, compression time, resource usage.

Audio va video ma’lumotlarini siqish algoritmlarining samaradorligini baholash juda muhim, chunki siqish texnologiyalari raqamli ma’lumotlar hajmini kamaytirish orqali tarmoqlar orqali uzatishni tezlashtiradi, saqlash hajmini minimallashtiradi va umumiy sifatni saqlab qoladi. Siqish algoritmlarini baholash bir nechta mezonlar va ko‘rsatkichlar asosida amalga oshiriladi. Quyida siqish algoritmlarini samaradorligini baholash usullari, ko‘rsatkichlari va ular bilan bog‘liq texnik detallar berilgan.

1. Siqish samaradorligi ko‘rsatkichlari

1.1. Siqish nisbati (Compression Ratio)

Siqish nisbati — siqilgan ma’lumot hajmining asl ma’lumot hajmiga nisbati. Siqish nisbati quyidagicha ifodalanadi:

Masalan, agar video faylning asl hajmi 100 MB bo‘lsa va siqishdan keyin 25 MB bo‘lsa, siqish nisbati 4:1 ga teng bo‘ladi. Yuqori siqish nisbati, algoritmning samarali ekanligidan dalolat beradi, lekin ma’lumot sifati ham e’tiborga olinishi kerak.

1.2. Ma'lumotlarning yo'qotish darajasi (Loss vs. Lossless)

Siqish algoritmlari ikki turga bo‘linadi: yo‘qotishli (lossy) va yo‘qotishsiz (lossless).

Yo‘qotishli siqish (Lossy compression): Ma’lum darajada sifatni qurbon qilgan holda hajmni sezilarli kamaytiradi. Bunday algoritmlar audio va video siqish uchun keng qo‘llaniladi (masalan, MP3, AAC, MPEG-4).

Yo‘qotishsiz siqish (Lossless compression): Asl ma’lumotlar siqishdan keyin to‘liq tiklanadi, ammo hajmni kamaytirish darajasi past bo‘ladi (masalan, FLAC, ALAC, ZIP).

1.3. Ma’lumotni qayta tiklash sifati (Reconstruction Quality)

Siqilgan audio yoki video fayl tiklanganidan keyin uning asl faylga qanchalik o‘xshashligini baholash muhimdir. Tiklash sifatini baholashda quyidagi parametrlar qo‘llaniladi:

PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio): Bu siqishdan keyingi video yoki audio signalning sifatini baholashda keng qo‘llaniladigan ko‘rsatkich. PSNR yuqori bo‘lsa, siqilgan faylning sifati yuqori hisoblanadi. PSNR dB bilan o‘lchanadi va odatda 30 dB yoki undan yuqori qiymatlar qoniqarli sifat deb hisoblanadi.

SSIM (Structural Similarity Index): Bu video va rasm siqishda qo‘llaniladigan ko‘rsatkich bo‘lib, asl va siqilgan faylning tuzilishini solishtiradi. SSIM 0 dan 1 gacha bo‘ladi, 1 esa mukammal moslikni bildiradi.

MOS (Mean Opinion Score): Bu inson subyektiv bahosi bo‘lib, odatda audio va video sifati yuzasidan foydalanuvchilardan olinadi. Bu indeks inson sezgi organlariga asoslanib, sifatni subyektiv tarzda baholashga imkon beradi.

2. Siqish algoritmlari turlari

2.1. Audio siqish algoritmlari

MP3 (MPEG-1 Audio Layer III): MP3 audio siqishda eng keng tarqalgan algoritmlardan biri. U yo‘qotishli siqish orqali yuqori darajadagi siqishni ta’minlaydi va hajmni sezilarli kamaytiradi. MP3 siqishning samaradorligi bitrate (masalan, 128 kbps yoki 320 kbps) ga bog‘liq. Yuqori bitrate yuqori sifatni saqlab qoladi, lekin fayl hajmi kattaroq bo‘ladi.

AAC (Advanced Audio Coding): AAC MP3 ga nisbatan yuqori sifat va siqish nisbatini ta’minlaydi. U MPEG-4 audio formati sifatida ishlatiladi va odatda video fayllar bilan birga ishlatiladi (masalan, MP4).

FLAC (Free Lossless Audio Codec): FLAC yo‘qotishsiz siqish algoritmi bo‘lib, sifatni yo‘qotmasdan hajmni kamaytiradi. Uning siqish nisbati 30-60% atrofida bo‘ladi, lekin fayl hajmi katta bo‘lishi mumkin.

2.2. Video siqish algoritmlari

MPEG-4 (H.264): MPEG-4 video siqishda keng qo‘llaniladigan algoritmdir. U yuqori sifat va siqishni ta'minlaydi, shuningdek, videoning bitrate va o‘lchamini boshqarish imkonini beradi. MPEG-4 H.264 siqish algoritmi kadrlar orasidagi farqlarni siqish orqali samaradorlikni oshiradi.

H.265 (HEVC - High Efficiency Video Coding): H.265 avvalgi H.264 algoritmidan ikki barobar samaraliroq bo‘lib, yuqori sifatli videolarni kamroq hajmda saqlash imkonini beradi. U ayniqsa 4K va 8K videolarni siqishda samarali.

VP9: Bu algoritm Google ^* tomonidan ishlab chiqilgan bo‘lib, H.265 ga raqobatchi hisoblanadi. VP9 asosan YouTube videolarini siqish uchun ishlatiladi va yuqori siqish darajasini ta’minlaydi.

3. Siqish algoritmlarining samaradorligini baholashning boshqa aspektlari

3.1. Siqish vaqti

Algoritmning samaradorligini baholashda siqish vaqti muhim mezon hisoblanadi. Real vaqtda audio va video uzatish tizimlarida siqish algoritmining tezligi juda katta ahamiyatga ega. Ko‘pgina algoritmlar katta hajmdagi ma’lumotlarni siqishda ancha ko‘p vaqt talab qilishi mumkin, bu esa tarmoq yuklanishini oshiradi yoki real vaqtda uzatish sifatiga ta’sir qiladi.

3.2. Dekodlash (qayta tiklash) vaqti

Fayl siqilgandan so‘ng, uni qayta tiklash (dekodlash) uchun vaqt ham hisobga olinishi kerak. Ba'zi siqish algoritmlari dekodlash jarayonida ko‘proq hisoblash quvvatini talab qilishi mumkin, bu esa video oqimlarni qayta ishlashda yoki real vaqtli xizmatlarda kechikishlarga olib kelishi mumkin.

3.3. Ma’lumotlarni uzatish tezligi (Bitrate)

Bitrate — audio va video ma’lumotlar uzatilish tezligini bildiruvchi ko‘rsatkich bo‘lib, siqish samaradorligini ham aniqlashda muhim o‘rin tutadi. Past bitrate bilan yuqori sifatni ta’minlaydigan algoritmlar samarali hisoblanadi. Misol uchun, H.265 algoritmi H.264 ga nisbatan past bitrate bilan yuqori sifat beradi.

4. Foydalanish holatlari va tarmoqli kengligi

Past tarmoqli kengligi: Past kenglikli tarmoqlar uchun algoritmlar ma’lumotlarni sezilarli darajada siqishi va qisqa vaqt ichida dekodlashi kerak. Masalan, mobil tarmoqlarda video yoki audio siqish algoritmlarining yuqori samaradorligi juda muhim.

Oliy sifatli xizmatlar (High-end applications): Yuqori sifatli striming va video tahrirlashda siqish algoritmlarining sifati va rekonstruksiya aniqligi yuqori bo‘lishi lozim. Audio va video ma’lumotlarini siqish algoritmlarining samaradorligi bir nechta asosiy ko‘rsatkichlar orqali baholanadi: siqish nisbati, ma’lumotlarni yo‘qotish darajasi, rekonstruksiya sifati, siqish va dekodlash vaqti va bitrate. Shuningdek, siqish algoritmlarining ishlashi ma’lumot uzatiladigan tarmoqning kengligi va foydalanish holatiga ham bog‘liq. Algoritm tanlashda samaradorlik bilan birga sifati va maqsadli qo‘llanilish doirasi ham muhim ahamiyatga ega.

Adabiyotlar ro`yihati:

1. Sayood, K. (2017). Introduction to Data Compression. 5th ed. Morgan Kaufmann Publishers.
2. Richardson, I. (2010). The H.264 Advanced Video Compression Standard. 2nd ed. Wiley.
3. Pereira, F., & Ebrahimi, T. (2002). The MPEG-4 Book. Prentice Hall.
4. Witten, I. H., Moffat, A., & Bell, T. C. (1999). Managing Gigabytes: Compressing and Indexing Documents and Images. 2nd ed. Morgan Kaufmann Publishers.
5. Ohm, J.-R. (2015). Multimedia Communication Technology: Representation, Transmission and Identification of Multimedia Signals. Springer.
6. Shapiro, J. M. (1993). Embedded Image Coding Using Zerotrees of Wavelet Coefficients. IEEE Transactions on Signal Processing.

* At the request of Roskomnadzor, we inform you that a foreign person who owns Google information resources is a violator of the legislation of the Russian Federation - ed. note)