الترميز الإدراكي
الترميز الإدراكي هو أسلوب لضغط البيانات مع فقدان بعض البيانات ، يستغل محدودية النظام الحسي البشري لتقليل حجم البيانات. ويُستخدم على نطاق واسع في معايير ضغط الصوت والصورة والفيديو، حيث تُحذف بعض التفاصيل أو تُبسط لأنها من غير المرجح أن تُلاحظ في ظروف الاستماع أو المشاهدة العادية.
يعتمد الترميز الإدراكي على نماذج السمع والبصر البشريين، مثل تلك التي دُرست في علم النفس الصوتي وعلم النفس البصري . ومن خلال حذف أو تقليل مكونات الإشارة التي تقل عن العتبات الإدراكية، يحقق هذا الترميز انخفاضًا كبيرًا في معدل البتات مع الحفاظ على جودة مقبولة من الناحية الذاتية.
التطبيقات
يُعد الترميز الإدراكي أساسيًا للعديد من التقنيات اليومية، بما في ذلك:
- ضغط الصوت: تستخدم تنسيقات مثل MP3 و AAC و Opus نماذج علم النفس الصوتي لإزالة الترددات غير المسموعة أو الأصوات التي تحجبها ترددات أعلى.
- ضغط الصور: تعتمد المعايير مثل JPEG على مبادئ نفسية بصرية، مثل أخذ عينات فرعية من اللون (تقليل دقة اللون بالنسبة للسطوع).
- ضغط الفيديو: تستخدم معايير مثل MPEG-2 و H.264/AVC و HEVC أساليب ضغط مماثلة لضغط الصور وتضيف مبادئ أخرى، مثل الإخفاء الزمني (تقليل التفاصيل أثناء الحركة السريعة).
تاريخ
التطبيقات التناظرية المبكرة
تم تطبيق مبادئ الترميز الإدراكي في أنظمة الاتصالات التناظرية قبل ظهور الوسائط الرقمية بفترة طويلة.
- الاتصالات الهاتفية : اقتصرت شبكات الهاتف المبكرة على نقل الصوت في نطاق ضيق يتراوح تقريبًا بين 300 هرتز و3.4 كيلوهرتز. ورغم إهمال جزء كبير من الطيف المسموع، إلا أن هذا النطاق كان كافيًا لنقل الكلام بشكل مفهوم، مستغلًا حقيقة أن المستمعين يعتمدون بشكل أساسي على الترددات المتوسطة للتواصل. [ 1 ]
- البث الستيريو بتقنية FM : ظهر هذا النوع من البث في ستينيات القرن العشرين، وكان يعتمد على نظام إرسال يعتمد على الجمع والطرح . تحمل إشارة (L+R) المحتوى الرئيسي بجودة صوت كاملة، بينما يتم تعديل الفرق (L−R) على موجة حاملة فرعية. وقد ساهم ذلك في تقليل استهلاك عرض النطاق الترددي بافتراض أن معظم المعلومات في قنوات الستيريو مشتركة، مع الحفاظ على مستوى مناسب من الفصل المكاني. [ 2 ]
- التلفزيون الملون : ابتداءً من خمسينيات القرن العشرين، استغلت أنظمة التلفزيون الملون مثل NTSC و PAL و SECAM حساسية العين البشرية الأكبر للسطوع مقارنةً بالألوان. وقد قامت هذه الأنظمة بتشفير قناة إضاءة عالية الدقة إلى جانب قنوات لونية منخفضة الدقة ، مما أتاح التوافق مع أجهزة التلفزيون بالأبيض والأسود ووفر عرض النطاق الترددي للبث. [ 3 ]
- إرسال الفاكس : استخدمت أجهزة الفاكس، وخاصةً تلك التي تعمل وفقًا لمعيار المجموعة الثالثة من الاتحاد الدولي للاتصالات (1980)، أساليب ضغط مثل ترميز طول التشغيل لتقليل حجم البيانات. واختيرت دقة الفاكس القياسية (مثل 200 × 100 نقطة في البوصة) للحفاظ على وضوح النص مع إغفال التفاصيل الدقيقة مثل ملمس الورق أو تدرجات الحبر، وذلك بالاعتماد على الملاحظة النفسية البصرية بأن القراء يدركون المستندات سليمة حتى عند فقدان هذه التفاصيل الدقيقة. [ 4 ] [ 5 ]
أثبتت هذه الأنظمة التناظرية فعالية تصميم الإرسال وفقًا لخصائص الإدراك البشري، مما وضع الأساس لأساليب الترميز الإدراكي الرقمي.
التطوير الرقمي
أرست الأبحاث التي أُجريت في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي في مجال علم النفس الصوتي والنمذجة النفسية البصرية الأساسَ للترميز الإدراكي الرقمي. وفي مجال الصوت، أدى ذلك إلى تطوير صيغ الصوت MPEG (مثل MP3 ) في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، والتي حققت انخفاضًا كبيرًا في معدل البتات عن طريق حذف مكونات الصوت غير المسموعة. وفي الوقت نفسه، طبقت معايير MPEG مبادئ مماثلة على الفيديو، باستخدام تقنيات مثل أخذ عينات اللون الفرعية والترميز التكيفي مع الحركة.
خلال تسعينيات القرن الماضي والعقد الأول من الألفية الجديدة، تم دمج الترميز الإدراكي في تنسيقات شائعة الاستخدام، بما في ذلك AAC و MPEG-2 و H.264/AVC ، مما ساهم في انتشار توزيع الوسائط الرقمية على الأقراص المدمجة وأقراص DVD ومنصات الإنترنت المبكرة. وتواصل برامج الترميز الأحدث، مثل HEVC و AV1 و Opus ، تحسين النماذج الإدراكية لتحقيق التوازن بين كفاءة الضغط والجودة على الشبكات والأجهزة الحديثة.
العلاقة بالمجالات الأخرى
يعتمد الترميز الإدراكي بشكل مباشر على علم النفس السمعي (دراسة الإدراك السمعي) وعلم النفس البصري (دراسة الإدراك البصري). توفر هذه التخصصات النماذج التي تحدد أي أجزاء من الإشارة يمكن إزالتها بأمان دون التأثير على الجودة المدركة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ماثيالاجان، أ. (1984-10-01). "الهاتف الآلي: المكونات" . مجلة IETE للتعليم . 25 (4): 119-122 . doi : 10.1080/09747338.1984.11436022 . ISSN 0974-7338 .
- ↑ ستيرلينغ، كريستوفر هـ. (1971-06-01). "عقد من التطور: إذاعة FM في الستينيات" . مجلة الصحافة الفصلية . 48 (2): 222-230 . doi : 10.1177/107769907104800204 . ISSN 0022-5533 .
- ↑ ستيرن، جوناثان؛ مولفين، ديلان (2014-08-01). "ضعف حدة البصر للون الأزرق: التقنيات الإدراكية والتلفزيون الملون الأمريكي" . مجلة الثقافة البصرية . 13 (2): 118-138 . doi : 10.1177/1470412914529110 . ISSN 1470-4129 .
- ↑ ماكولوغ، تي إل (1980-05-19). "توحيد معايير CCITT للفاكس الرقمي". وقائع المؤتمر الوطني للحاسوب AFIPS '80، المنعقد في الفترة من 19 إلى 22 مايو 1980. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: رابطة آلات الحوسبة. الصفحات 409-413 . doi : 10.1145/1500518.1500582 . ISBN 978-1-4503-7923-6.
- ↑ ميتشل، جوان ل. (19 مايو 1980). "ترميز صور الفاكس" . وقائع المؤتمر الوطني للحاسوب AFIPS '80، المنعقد في الفترة من 19 إلى 22 مايو 1980. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: رابطة آلات الحوسبة. الصفحات 423-426 . doi : 10.1145/1500518.1500584 . ISBN 978-1-4503-7923-6.
- تصور
- نظرية الترميز
