Bezeztrátová komprese: Co to je a jak ji používat

od kim Aktualizováno: Června 28, 2022

Bezeztrátová komprese je důležitý pojem, pokud jde o digitální média. Týká se procesu, kdy jsou data komprimována bez jakékoli ztráty dat. Bezeztrátová komprese je skvělý způsob, jak zmenšit velikost souboru vašich digitálních médií, aniž byste museli obětovat kvalitu.

V tomto článku prozkoumáme

• co je bezeztrátová komprese,
• Jak to funguje, a
• jak to můžete využít ve svůj prospěch.

Začněme!

Definice bezeztrátové komprese

Bezeztrátová komprese je typ komprese dat, která zachovává všechna původní data během procesu kódování a dekódování, takže výsledkem je přesná replika původního souboru nebo dat. Funguje tak, že v datech najde vzory a efektivněji je uloží. Pokud má například soubor 5 opakujících se slov, místo uložení těchto 5 duplicitních slov bezztrátová komprese uloží pouze jednu instanci tohoto slova plus odkaz, kde v souboru může najít informace o jeho použití.

Na rozdíl od ztrátová komprese (který selektivně zahazuje některé informace, aby se zmenšila velikost) Bezeztrátová komprese umožňuje udržovat rozlišení obrázku, srozumitelnost textu a integrita souboru s žádná ztráta kvality. Díky tomu je vhodný pro aplikace, kde jsou některé informace zásadní a nelze je obětovat zmenšení velikosti. Mezi běžné způsoby použití bezeztrátové komprese patří:

• Komprese hudebních souborů (kvalita zvuku musí zůstat nedotčena)
• Komprese lékařských snímků (protože malé detaily mohou být pro diagnózu rozhodující)
• Komprese zdrojového kódu softwarových aplikací
• Archivace dokumentů pro dlouhodobé uložení.

Příklady kompresorů, které mohou používat tento typ algoritmu, jsou ZIP a PNG soubory stejně jako některé formáty obrázků jako TIFF a GIF.

Výhody bezztrátové komprese

Bezeztrátová komprese je technologie, která komprimuje data na menší velikost bez ztráty kvality. To je možné díky použití algoritmů, které identifikují redundantní nebo opakující se řetězce dat a poté je nahrazují kratšími kódy. Použití této metody může pomoci výrazně snížit velikost dat, často o polovinu nebo více, což uživatelům umožňuje efektivněji ukládat a přenášet velké množství informací.

Kromě úspory úložného prostoru má použití bezztrátové komprese několik dalších klíčových výhod. Tyto zahrnují:

• Zlepšený výkon: Bezztrátová komprese může zlepšit rychlost přenosu souborů, protože jsou menší a zabírají menší šířku pásma při odesílání nebo stahování.
• Integrita dat: Protože při použití bezeztrátové komprese nedochází ke ztrátě dat, všechny zakódované informace zůstanou po dekompresi nedotčené.
• Kompatibilita: Komprimované soubory lze obvykle otevřít pomocí různých aplikací na různých platformách díky standardním kódovacím algoritmům.
• Zkrácená doba zpracování: Zmenšení velikosti souborů urychluje procesy, jako je tisk, streamování a úpravy, protože menší soubory vyžadují menší výpočetní výkon.

Typy bezztrátové komprese

Existují různé typy bezeztrátová komprese techniky, které umožňují komprimovat data bez ztráty jakýchkoli informací. Nejběžnější typy bezztrátové komprese jsou ZIP, gzip a LZW. Tyto tři, spolu s dalšími různými typy, mají všechny své výhody a nevýhody.

V tomto článku probereme různé typy metod bezztrátové komprese a jak je používat:

• ZIP
• gzip
• LZW

Kódování délky běhu

Kódování délky běhu (RLE) je algoritmus komprese dat používaný ke zmenšení velikosti souboru bez ztráty dat. Funguje tak, že analyzuje data, vyhledává po sobě jdoucí znaky a poté je komprimuje do menší, zhuštěnější podoby. To usnadňuje ukládání a přenos souborů. Během procesu dekomprese mohou být původní data kompletně rekonstruována.

Run Length Encoding se běžně používá pro kompresi digitálních obrázků, protože účinně snižuje redundanci informací v materiálu, jako je např opakující se vzory, běhy pixelů nebo velké plochy vyplněné jednou barvou. Textové dokumenty jsou také vhodnými kandidáty pro kompresi RLE, protože často obsahují opakující se slova a fráze.

Run Length Encoding využívá skutečnosti, že mnoho sekvenčních vzorků v rámci audio souborů má identické hodnoty aby se zmenšila jejich velikost, ale zachovala se jejich původní kvalita po dekompresi. To může vést k výraznému snížení velikosti souboru – obvykle 50% nebo více – s velmi malými ztrátami z hlediska kvality zvuku a výkonu.

Při použití kódování RLE je důležité si uvědomit, že i když je pravděpodobné, že se sníží velikost souborů souvisejících se zvukovými nebo obrazovými soubory, nemusí být ve skutečnosti výhodné pro typy textových souborů, které nemají příliš velkou redundanci kvůli tomu, jak jsou konvenčně vytvořeny. . Proto může být nutné určité experimentování s různými typy aplikací před konečným rozhodnutím, zda je tento typ kompresní technologie nejvhodnější pro vaše potřeby.

Huffman kódování

Huffman kódování je adaptivní, bezztrátový algoritmus komprese dat. Tento algoritmus používá sadu datových symbolů nebo znaků spolu s jejich četností výskytu v souboru k vytvoření efektivního kódu předpony. Tento kód se skládá z kratších kódových slov, která představují častější znaky, a delších kódových slov, která představují vzácnější znaky. Pomocí těchto kódů může Huffman Coding zmenšit velikost souboru s malým vlivem na integritu dat.

Huffman Coding funguje ve dvou krocích: sestavení sady jedinečných symbolových kódů a jejich použití ke kompresi datového toku. Kódy symbolů jsou obecně konstruovány z různého rozložení znaků v souboru a z informací získaných zkoumáním relativních frekvencí, se kterými vyskytují se v něm různé postavy. Obecně platí, že Huffmanovo kódování funguje efektivněji než jiné bezeztrátové kompresní algoritmy při použití na datových tocích, které obsahují symboly, které mají nestejné pravděpodobnosti výskytu – například charakterizující textový dokument, ve kterém jsou některá písmena (jako "e") se vyskytují častěji než ostatní (jako "z").

Aritmetické kódování

Jeden typ bezztrátové komprese, který lze použít, se nazývá Aritmetické kódování. Tato metoda využívá skutečnosti, že tok dat může mít redundantní části, které zabírají místo, ale nepřenášejí žádné skutečné informace. Data komprimuje odstraněním těchto nadbytečných částí při zachování jejich původního informačního obsahu.

Abychom pochopili, jak funguje aritmetické kódování, uvažujme textový příklad. Předpokládejme, že v našem datovém toku jsou čtyři znaky – A, B, C, a D. Pokud by byla data ponechána nekomprimovaná, každý znak by zabral osm bitů, celkem 32 bitů v celém toku. U aritmetického kódování se však opakující hodnoty líbí A a B každý může být reprezentován méně než osmi bity.

V tomto příkladu použijeme čtyřbitové bloky k reprezentaci každého znaku, což znamená, že všechny čtyři znaky lze sbalit do jednoho 16bitového bloku. Kodér se dívá na tok dat a přiřazuje pravděpodobnosti každému znaku na základě jejich pravděpodobnosti, že se objeví v po sobě jdoucích řetězcích, aby šetřil místo a zároveň zajistil maximální přesnost, když jsou dekomprimovány na druhém konci. Během komprese proto pouze znaky s vyšší pravděpodobností zaberou méně bitů, zatímco znaky s nižší frekvencí nebo ty, které se objevují méně často, budou vyžadovat více bitů na znakový blok, ale přesto zůstanou svázané v rámci jednoho 16bitového bloku jako před uložením několika bajtů v celém datovém toku, když ve srovnání s jeho nekomprimovanou verzí.

Jak používat bezeztrátovou kompresi

Bezeztrátová komprese je způsob kódování a komprese dat bez jakékoli ztráty informací. Tato metoda komprese se používá ke zmenšení velikosti digitálních obrázků, audio a video souborů. Bezeztrátová komprese umožňuje ukládat data ve zlomku jejich původní velikosti, což má za následek mnohem menší soubor.

Pojďme tedy do detailů a prozkoumáme jak používat bezeztrátovou kompresi:

Formáty souborů

Bezeztrátová komprese je typ komprese dat, která zmenšuje velikost souboru, aniž by byla obětována jakákoli data obsažená v původním souboru. Díky tomu je ideální metodou pro kompresi velkých souborů, jako jsou digitální fotografie, zvukové soubory a videoklipy. Chcete-li použít tento typ komprese, musíte porozumět typům souborů, které jsou podporovány bezztrátovými kompresory a jak je správně nastavit pro optimální výsledky.

Při komprimaci souboru pro bezeztrátové účely máte několik možností formátů souborů. S největší pravděpodobností si vyberete mezi JPEG a PNG protože oba poskytují vynikající výsledky s dobrými velikostmi souborů. Můžete také použít formáty jako GIF nebo TIFF pokud je váš software podporuje. Existují také některé specifické komprimované formáty navržené speciálně pro zvuk nebo video. Tyto zahrnují FLAC (bezeztrátový zvuk), AVI (bezztrátové video) a formát Apple Lossless (ALAC) QuickTime.

Je důležité si uvědomit, že i když tyto formáty nabízejí lepší kompresi než jejich nekomprimované protějšky, může být obtížnější s nimi pracovat kvůli jejich omezené podpoře v některých aplikacích a softwarových programech. V závislosti na vašem nastavení použijte nekomprimované formáty může být z dlouhodobého hlediska jednodušší, i když zabírá více místa na disku.

Kompresní nástroje

K dispozici je celá řada komprimačních nástrojů, které jsou navrženy tak, aby zmenšily velikost datových souborů při zachování integrity původních dat. Tyto nástroje používají algoritmy k identifikaci nadbytečných dat a jejich odstranění ze souboru bez ztráty jakýchkoli informací.

Bezeztrátová komprese je užitečná zejména pro grafické obrázky nebo audio a video nahrávky. Nástroje jako např ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP a ARJ podporuje různé úrovně bezztrátové komprese pro různé typy souborů včetně PDF a komprimovaných spustitelných souborů (EXE). Pokud například komprimujete obrázek pomocí jednoho z těchto formátů at nastavení maximální velikosti zmenšení, budete moci otevřít a zobrazit tento obrázek bez ztráty jakýchkoli detailů nebo informací o barvách.

Použitý algoritmus ovlivní velikost souboru, kterého lze dosáhnout, a také čas potřebný ke zpracování a komprimaci souboru. To se může pohybovat od minut do několika hodin v závislosti na tom, jak sofistikovaný je vámi vybraný nástroj. Populární kompresní nástroje jako např 7-zip (LZMA2) nabízejí vyšší úroveň komprese, ale vyžadují delší dobu zpracování. Vysoce optimalizované programy jako SQ=z (SQUASH) jsou nízkoúrovňové rutiny, které mohou vytlačit další bajty bleskovou rychlostí ve srovnání s populárnějšími aplikacemi, jako je WinZip or WinRAR ale jejich technická složitost znamená, že je používají jen zřídka amatérští uživatelé PC.

Komprese obrazu

Komprese obrazu je způsob, jak snížit množství dat potřebných k reprezentaci digitálního obrazu. To se provádí jedním nebo oběma ze dvou přístupů: odstraněním nebo snížením nevýznamných obrazových dat, tzv bezeztrátová komprese; nebo pečlivou eliminací dat, tzv ztrátová komprese.

S bezeztrátová komprese, obraz vypadá přesně jako před komprimací a využívá méně paměti pro ukládání. S ztrátová komprese Při této technice dojde ke ztrátě některých dat, když je soubor uložen a znovu zkomprimován, ale při správném provedení by nemělo být vidět žádné viditelné zkreslení z původního nekomprimovaného souboru.

Techniky bezztrátové komprese jsou široce používány v digitální fotografii a v pracovních postupech grafického designu. Bezeztrátové techniky umožňují komprimovat soubory na mnohem menší velikosti, než kdyby byly komprimovány jinými metodami, jako jsou obrázky JPEG, které jsou určeny pro ztrátová komprese kde získáte menší velikost souboru na úkor ztracené kvality nebo detailů.

Mezi bezztrátové formáty obrázků patří:

• Ohňostroje PNG (ortf)
• GIF (gif)
• a nejčastěji používaný formát TIFF (tiff).

Softwarové aplikace pro zpracování obrázků, jako je Photoshop, mohou otevřít různé typy obrázků a převést je do jednoho z těchto formátů pomocí funkcí, jako je „Uložit jako“, což je způsob, jak často se soubory převádějí mezi formáty, aniž by bylo nutné stahovat další software.

Některé alternativní obrazové formáty jako např JPEG 2000 (jp2) také používají tento typ kompresní techniky, ale poskytují další výhodu, protože mohou ukládat přesněji přímé informace ve srovnání s JPEGy a přitom mají stále malou velikost souboru díky jejich efektivnímu schématu kódování.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Bezeztrátová komprese je výkonný nástroj, který vám může pomoci zmenšit velikost souborů a ušetřit úložný prostor a zároveň zajistit, že během procesu nepřijdete o žádná data. Umožňuje komprimovat soubory, aniž by došlo ke ztrátě informací, které obsahují, a tím k jejich vytvoření snadnější ukládání, přístup a sdílení.

Závěrem lze říci, bezeztrátová komprese je nezbytným nástrojem pro moderní ukládání a správu dat.

Shrnutí bezeztrátové komprese

Bezeztrátová komprese je typ techniky komprese dat, která zmenšuje velikost souborů, aniž by byla obětována jakákoli data v něm obsažená. Je ideální pro kompresi textových souborů, jako jsou dokumenty, tabulky a také obrázky a zvukové soubory.

Hlavní výhodou bezztrátové komprese je, že ano umožňuje zmenšit velikost souboru bez obětování kvality souboru. To znamená, že stejný přesný soubor lze komprimovat vícekrát, což usnadňuje rychlé a snadné ukládání a přenos velkých souborů. Umožňuje také efektivnější využití úložiště odstraněním nadbytečných dat ze souboru a uložením pouze nezbytných prvků informací.

Obecně existují dva druhy bezeztrátových kompresních algoritmů – algoritmy založené na slovníku jako Deflate/GZip nebo Lempel-Ziv (který komprimuje soubory do indexovaného seznamu) nebo metody eliminace nadbytečnosti jako je aritmetické kódování nebo kódování délky běhu (které odstraňuje nadbytečnost kódováním opakujících se vzorů). Každý typ má své vlastní specifické účely, pokud jde o typy médií a aplikací.

Pro obrázky, konkrétně, bezztrátové obrazové formáty jako PNG jsou preferovány před jinými ztrátovými formáty, jako jsou např JPEG protože zachovávají detaily obrazu lépe než JPEG a přitom stále nabízejí rozumnou úroveň komprese bez výrazného snížení kvality obrazu nebo potíží s dekódováním nebo načítáním původních zdrojových dat. Podobně digitální audio nekomprimované soubory křivek mají tendenci dělat lépe vektorové kvantovací techniky spíše než čisté techniky snižování datového toku.

Závěrem lze říci, že bezztrátová komprese je účinný způsob, jak snížit velké velikosti souborů bez obětování kvality; díky tomu jsou skvělou alternativou pro uchování cenných dat a zároveň šetří úložný prostor a náklady. Vzhledem k tomu, že různé algoritmy vyhovují různým typům médií efektivněji než jiné, je vždy nejlepší provést průzkum, který formát nejlépe vyhovuje vašim potřebám z hlediska ochrany soukromí i prostorové úspory – správná volba může mít zásadní význam!

Výhody bezztrátové komprese

Bezeztrátová komprese je proces kódování a dekódování dat, který umožňuje souborům šetřit místo bez obětování kvality. Přestože náklady na úložiště neustále klesají, udržování vysoce kvalitního digitálního obsahu může být nákladné a časově náročné. Bezztrátové kompresní algoritmy usnadňují ukládání, optimalizaci sítě a přenos souborů mezi různými systémy. Optimalizovaná rychlost přenosu dat může navíc snížit provozní náklady spojené s I/O operacemi a pomoci oddělením pro analýzu vědeckých nebo lékařských dat rychleji ověřit jejich výsledky.

Mezi výhody použití bezeztrátových kompresních technik patří:

• Zmenšení velikosti souboru bez zavedení jakéhokoli zkreslení nebo snížení kvality
• Vylepšená rychlost načítání stránek snížením množství dat přenášených přes web
• Brány k aplikacím s otevřeným zdrojovým kódem, které snižují náklady na komunikaci pro přístup k obsahu na online serverech
• Rozšířené možnosti archivace pro dlouhodobé uchování digitálního obsahu
• Otevřené cesty pro virtuální instrumentaci a internetové streamovací mediální služby tím, že uspokojí potenciálně velké publikum s minimální šířkou pásma.

Ahoj, jmenuji se Kim, máma a nadšenkyně stop-motion se zkušenostmi s tvorbou médií a vývojem webu. Mám obrovskou vášeň pro kreslení a animaci a teď se vrhám po hlavě do světa stop-motion. Na svém blogu s vámi sdílím své poznatky.