Компресия без загуба: какво е това и как да го използвате

от ким Обновено: Юни 28, 2022

Компресия без загуба е важна концепция, когато става дума за цифрови медии. Отнася се до процеса, при който данните се компресират без никаква загуба на данни. Компресията без загуби е чудесен начин да намалите размера на файла на вашите цифрови медии, без да жертвате качеството.

В тази статия ще проучим

• какво е компресия без загуби,
• как работи, и
• как можете да го използвате във ваша полза.

Да започваме!

Определение за компресия без загуби

Компресия без загуба е вид компресия на данни, която запазва всички оригинални данни по време на процеса на кодиране и декодиране, така че резултатът да е точно копие на оригиналния файл или данни. Той работи, като намира модели в данните и ги съхранява по-ефективно. Например, ако файлът има 5 повтарящи се думи, вместо да съхранява тези 5 дублиращи се думи, компресията без загуби ще съхрани само едно копие на тази дума, плюс препратка към това къде може да намери информация за нейното използване във файла.

За разлика от компресия със загуби (което избирателно отхвърля част от информацията, за да намали размера) Компресия без загуби ви позволява да поддържате резолюция на изображението, яснота на текста и цялост на файла с без загуба на качество. Това го прави подходящ за приложения, където част от информацията е от съществено значение и не може да бъде пожертвана за намаляване на размера. Обичайните употреби за компресия без загуби включват:

• Компресиране на музикални файлове (следователно качеството на звука трябва да остане непокътнато)
• Компресиране на медицински изображения (тъй като малките детайли може да са критични за диагнозата)
• Компресиране на изходния код на софтуерни приложения
• Архивиране на документи за дългосрочно съхранение.

Примери за компресори, които могат да използват този тип алгоритъм са ZIP и PNG файлове както и някои формати на изображения като TIFF и GIF.

Предимства на компресията без загуби

Компресия без загуба е технология, която компресира данни в по-малък размер без загуба на качество. Това става възможно чрез използването на алгоритми, които идентифицират излишни или повтарящи се поредици от данни и след това ги заменят с по-кратки кодове. Използването на този метод може да помогне за значително намаляване на размера на данните, често с половината или повече, което позволява на потребителите да съхраняват и предават големи количества информация по-ефективно.

Освен спестяването на място за съхранение, има няколко други ключови предимства от използването на компресия без загуби. Те включват:

• Подобрена производителност: Компресията без загуби може да подобри скоростта, с която се прехвърлят файловете, тъй като те са по-малки и заемат по-малко честотна лента при изпращане или изтегляне.
• Целостта на данните: Тъй като не се губят данни при използване на компресия без загуби, всяка кодирана информация ще остане непокътната при декомпресия.
• Съвместимост: Компресираните файлове обикновено могат да се отварят с различни приложения на различни платформи поради стандартните си алгоритми за кодиране.
• Намалено време за обработка: Намаляването на размера на файла ускорява процеси като печат, поточно предаване и редактиране, тъй като по-малките файлове изискват по-малко изчислителна мощност.

Видове компресия без загуба

Има различни видове компресия без загуби техники, които ви позволяват да компресирате данни, без да губите информация. Най-често срещаните видове компресия без загуби са ZIP, gzip и LZW. Всички тези три, заедно с други различни видове, имат своите предимства и недостатъци.

В тази статия ще обсъдим различните видове методи за компресия без загуби и как да ги използвате:

• Пощенски
• GZIP
• LZW

Кодиране на дължината на цикъла

Кодиране на дължината на цикъла (RLE) е алгоритъм за компресиране на данни, използван за намаляване на размера на файл без загуба на данни. Той работи, като анализира данни, търси последователни знаци и след това ги компресира в по-малка, по-съкратена форма. Това прави файловете по-лесни за съхранение и прехвърляне. По време на процеса на декомпресия оригиналните данни могат да бъдат напълно реконструирани.

Run Length Encoding обикновено се използва за компресиране на цифрови изображения, тъй като ефективно намалява излишъка на информация в материал като напр. повтарящи се модели, серии от пиксела или големи области, запълнени с един цвят. Текстовите документи също са подходящи кандидати за RLE компресия, защото често съдържат повтарящи се думи и фрази.

Run Length Encoding се възползва от факта, че много последователни проби в аудио файловете имат идентични стойности за да се намали размерът им, но да се запази първоначалното им качество при декомпресия. Това може да доведе до значително намаляване на размера на файла - обикновено 50% или повече – с много малко загуби по отношение на аудио качество и производителност.

Когато използвате RLE кодиране, важно е да запомните, че въпреки че има вероятност да намалите размерите на файловете, свързани със звукови или графични файлове, всъщност може да не е от полза за типове текстови файлове, които обикновено нямат много излишък поради това как са изработени конвенционално . Следователно може да се наложи известно експериментиране с различни видове приложения, преди да направите окончателен избор дали този тип технология за компресиране е най-подходяща за вашите нужди.

Кодиране на Хъфман

Кодиране на Хъфман е адаптивен алгоритъм за компресиране на данни без загуби. Този алгоритъм използва набор от символи за данни или знаци, заедно с тяхната честота на срещане във файл, за да конструира ефективен код за префикс. Този код се състои от по-къси кодови думи, които представляват по-чести знаци и по-дълги кодови думи, които представляват по-редки. Използвайки тези кодове, Huffman Coding може да намали размера на файла с малък ефект върху целостта на данните му.

Huffman Coding работи в две стъпки: конструиране на набор от уникални символни кодове и използването му за компресиране на потока от данни. Символните кодове обикновено се изграждат от разпределението на знаците в различни файлове и от информация, получена чрез изследване на относителните честоти, с които в него се появяват различни герои. Като цяло, Huffman Coding работи по-ефективно от други алгоритми за компресия без загуби, когато се използва върху потоци от данни, които съдържат символи, които имат неравномерни вероятности за поява – например характеризиране на текстов документ, в който някои букви (като "д") се срещат по-често от други (като "z").

Аритметично кодиране

Един вид компресия без загуби, която може да се използва, се нарича Аритметично кодиране. Този метод се възползва от факта, че поток от данни може да има излишни части, които заемат място, но които не предават действителна информация. Той компресира данните, като премахва тези излишни части, като същевременно запазва оригиналното им информационно съдържание.

За да разберете как работи аритметичното кодиране, нека разгледаме текстов пример. Да предположим, че има четири знака в нашия поток от данни – А, Б, В, намлява D. Ако данните бяха оставени некомпресирани, всеки знак ще заема осем бита за общо 32 бита в целия поток. При аритметичното кодиране обаче повтарящите се стойности като А и Б могат да бъдат представени с по-малко от осем бита всеки.

В този пример ще използваме четири-битови блокове, за да представим всеки знак, което означава, че всичките четири знака могат да бъдат пакетирани в един 16-битов блок. Кодерът разглежда потока от данни и присвоява вероятности на всеки знак въз основа на вероятността им да се появят в последователни низове, за да спести място, като същевременно гарантира максимална точност, когато те се декомпресират в другия край. Следователно по време на компресия само тези символи с по-високи вероятности отнемат по-малко битове, докато тези с по-ниски честоти или тези, които се появяват по-рядко, ще изискват повече битове на блок от символи, но все още остават групирани в един 16-битов блок, както преди да запазят няколко байта в целия поток от данни, когато в сравнение с неговата некомпресирана версия.

Как да използвате компресия без загуби

Компресия без загуба е начин за кодиране и компресиране на данни без загуба на информация. Този метод на компресиране се използва за намаляване на размера на цифрови изображения, аудио и видео файлове. Компресията без загуби позволява данните да се съхраняват на част от оригиналния им размер, което води до много по-малък файл.

Така че, нека да навлезем в подробности и да проучим как да използвате компресия без загуби:

Файлови формати

Компресия без загуба е вид компресия на данни, която намалява размера на файла, без да се жертва която и да е от данните, съдържащи се в оригиналния файл. Това го прави идеален метод за компресиране на големи файлове като цифрови снимки, аудио файлове и видеоклипове. За да използвате този тип компресия, трябва да разберете типовете файлове, които се поддържат от компресори без загуби и как да ги настроите правилно за оптимални резултати.

Когато компресирате файл за цели без загуби, имате няколко опции за файлови формати. Най-вероятно ще избирате между JPEG и PNG файлове тъй като и двата предоставят отлични резултати с добри размери на файловете. Можете също да използвате формати като GIF или TIFF ако вашият софтуер ги поддържа. Има и някои специфични компресирани формати, предназначени специално за аудио или видео. Те включват FLAC (аудио без загуби), AVI (видео без загуби) и Apple Lossless формат на QuickTime (ALAC).

Важно е да се отбележи, че въпреки че тези формати предлагат по-добра компресия от некомпресираните си колеги, работата с тях може да бъде по-трудна поради ограничената им поддръжка в някои приложения и софтуерни програми. В зависимост от вашата настройка, използването некомпресирани формати може да бъде по-просто в дългосрочен план, дори ако заема повече дисково пространство.

Инструменти за компресиране

Налични са различни инструменти за компресиране, които са предназначени да намалят размера на файловете с данни, като същевременно поддържат целостта на оригиналните данни. Тези инструменти използват алгоритми, за да идентифицират излишните данни и да ги изхвърлят от файла, без да губят информация.

Компресията без загуби е особено полезна за графични изображения или аудио и видео записи. Инструменти като ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP и ARJ поддържат различни нива на компресия без загуби за различни типове файлове, включително PDF файлове и компресирани изпълними файлове (EXE). Например, ако компресирате изображение с един от тези формати на настройка за максимално намаляване на размера, ще можете да отворите и прегледате тази снимка, без да губите подробности или информация за цвят.

Използваният алгоритъм ще повлияе на размера на файла, който може да бъде постигнат, както и на времето, необходимо за обработка и компресиране на файл. Това може да варира от минути до няколко часа в зависимост от това колко сложен е избраният от вас инструмент. Популярни инструменти за компресиране като 7-цип (LZMA2) предлагат по-високи нива на компресия, но изискват по-дълго време за обработка. Силно оптимизирани програми като SQ=z (СКУОШ) са рутинни процедури на ниско ниво, които могат да изтръгнат допълнителни байтове със светкавична скорост в сравнение с по-популярни приложения като WinZip or WinRAR но тяхната техническа сложност означава, че рядко се използват от любители потребители на компютри.

Компресиране на изображения

Компресиране на изображения е начин за намаляване на количеството данни, необходими за представяне на цифрово изображение. Това се прави чрез единия или и двата подхода: чрез премахване или намаляване на незначителни данни за изображение, т.нар. компресия без загуби; или чрез внимателно елиминиране на данни, т.нар компресия със загуби.

с компресия без загуби, изображението се появява точно както преди да бъде компресирано и използва по-малко памет за съхранение. С компресия със загуби техника, някои данни се губят, когато файлът се записва и компресира отново, но когато се направи правилно, не трябва да се вижда видимо изкривяване от оригиналния некомпресиран файл.

Техниките за компресиране без загуби се използват широко в цифровата фотография и в работните потоци на графичния дизайн. Техниките без загуба позволяват файловете да бъдат компресирани в много по-малки размери, отколкото ако бяха компресирани с други методи, като например JPEG изображения, които са предназначени за компресия със загуби където получавате по-малък размер на файла за сметка на загуба на качество или детайлност.

Форматите на изображения без загуба включват:

• Фойерверки PNG (ortf)
• GIF файлове (gif)
• и най-често използваният формат TIFF (тиф).

Софтуерните приложения за обработка на изображения като Photoshop могат да отварят различни типове изображения и да ги конвертират в един от тези формати, като използват функции като „Запазване като“, което е колко често файловете се конвертират между формати, без да се налага да изтегляте допълнителен софтуер.

Някои алтернативни формати на изображения, като напр JPEG 2000 (jp2) също използват този тип техника за компресиране, но осигуряват допълнителна полза, тъй като могат да съхраняват по-точно директна информация в сравнение с JPEG, като същевременно имат малък размер на файла поради ефективната си схема за кодиране.

Заключение

Компресия без загуба е мощен инструмент, който може да ви помогне да намалите размера на файловете и да спестите място за съхранение, като същевременно гарантира, че няма да загубите никакви данни в процеса. Тя ви позволява да компресирате файлове, без да губите информацията, която съдържат, което ги прави по-лесни за съхранение, достъп и споделяне.

В заключение, компресия без загуби е основен инструмент за модерно съхранение и управление на данни.

Резюме на компресията без загуби

Компресия без загуба е вид техника за компресиране на данни, която намалява размерите на файловете, без да жертва нито една от данните, съдържащи се в тях. Той е идеален за компресиране на текстови файлове като документи, електронни таблици, както и изображения и аудио файлове.

Основното предимство на компресията без загуби е, че тя ви позволява да намалите размера на файла, без да жертвате качеството на файла. Това означава, че един и същ точен файл може да бъде компресиран многократно, което улеснява съхраняването и прехвърлянето на големи файлове бързо и лесно. Той също така позволява по-ефективно използване на хранилището чрез премахване на излишни данни от файл и съхраняване само на основните елементи на информацията.

Като цяло има два вида алгоритми за компресия без загуби – базирани на речник алгоритми като Deflate/GZip или Lempel-Ziv (който компресира файлове в индексиран списък) или методи за премахване на излишъка като аритметично кодиране или кодиране на дължина на цикъла (което премахва излишъка чрез кодиране на повтарящи се модели). Всеки тип има свои специфични цели, когато става въпрос за видове медии и приложения.

За изображения, по-специално, формати на изображения без загуба като PNG са предпочитани пред други формати със загуба, като напр JPEG тъй като запазват детайлите на изображението по-добре от JPEG, като същевременно предлагат разумно ниво на компресия без значително влошаване на качеството на картината или затруднения при декодиране или извличане на оригиналните изходни данни. По същия начин, цифрово аудио файлове с некомпресирани вълнови форми са склонни да се справят по-добре с техники за векторно квантуване вместо чисти техники за намаляване на битрейт.

В заключение, компресията без загуби е ефективен начин за намаляване на големи размери на файлове без жертва на качеството; това ги прави страхотни алтернативи за запазване на ценни данни, като същевременно спестяват място за съхранение и разходи. Тъй като различните алгоритми отговарят на различните видове медии по-ефективно от други, винаги е най-добре да направите проучване кой формат отговаря най-добре на вашите нужди както за защита на поверителността, така и за ефективност на пространството – правилният избор може да направи всичко различно!

Предимства на компресията без загуби

Компресия без загуба е процес на кодиране и декодиране на данни, който позволява на файловете да пестят място, без да се жертва качеството. Въпреки че разходите за съхранение непрекъснато намаляват, поддържането на висококачествено цифрово съдържание може да бъде скъпо и отнема много време. Алгоритмите за компресия без загуби улесняват съхранението, мрежовата оптимизация и прехвърлянето на файлове между различни системи. Освен това оптимизираните скорости на предаване на данни могат да намалят оперативните разходи, свързани с I/O операциите, и да помогнат на отделите за анализ на научни или медицински данни да валидират резултатите си по-бързо.

Предимствата на използването на техники за компресия без загуби включват:

• Намаляване на размера на файла без въвеждане на изкривяване или влошаване на качеството
• Подобрена скорост на зареждане на страницата чрез намаляване на количеството данни, прехвърляни през мрежата
• Шлюзове към приложения с отворен код, които намаляват комуникационните разходи за достъп до съдържание на онлайн сървъри
• Повишени възможности за архивиране за дългосрочно съхранение на цифрово съдържание
• Отворени пътища за виртуална апаратура и интернет стрийминг медийни услуги чрез обслужване на потенциално масивна публика с минимални ресурси за честотна лента

Здравейте, аз съм Ким, майка и ентусиаст на stop-motion с опит в създаването на медии и уеб разработката. Имам огромна страст към рисуването и анимацията и сега се гмуркам с главата напред в света на стоп-кадъра. С моя блог споделям наученото с вас, момчета.