Verlustfreie Komprimierung: Was ist das und wie wird es verwendet?

von Kim Aktualisiert: 28. Juni 2022

Verlustfreie Kompression ist ein wichtiger Begriff, wenn es um digitale Medien geht. Es bezieht sich auf den Prozess, bei dem Daten komprimiert werden ohne Datenverlust. Die verlustfreie Komprimierung ist eine großartige Möglichkeit, die Dateigröße Ihrer digitalen Medien ohne Qualitätseinbußen zu reduzieren.

In diesem Artikel werden wir untersuchen

• was verlustfreie Komprimierung ist,
• wie es funktioniert und
• wie Sie es zu Ihrem Vorteil nutzen können.

Lass uns loslegen!

Definition von verlustfreier Komprimierung

Verlustfreie Kompression ist eine Art der Datenkomprimierung, bei der alle Originaldaten während des Codierungs- und Decodierungsprozesses erhalten bleiben, sodass das Ergebnis eine exakte Kopie der Originaldatei oder -daten ist. Es funktioniert, indem es Muster in den Daten findet und diese effizienter speichert. Wenn eine Datei beispielsweise 5 sich wiederholende Wörter enthält, speichert die verlustfreie Komprimierung, anstatt diese 5 doppelten Wörter zu speichern, nur eine Instanz dieses Wortes sowie einen Verweis darauf, wo Informationen über seine Verwendung in der Datei zu finden sind.

Im Gegensatz zu verlustbehaftete Kompression (was einige Informationen selektiv verwirft, um die Größe zu reduzieren) Verlustfreie Kompression ermöglicht es Ihnen, zu warten Bildauflösung, Textklarheit und Dateiintegrität mit kein Qualitätsverlust. Dadurch eignet es sich für Anwendungen, bei denen einige Informationen wesentlich sind und nicht zur Größenreduzierung geopfert werden können. Häufige Anwendungen für verlustfreie Komprimierung sind:

• Komprimieren von Musikdateien (wobei die Audioqualität erhalten bleiben muss)
• Komprimieren medizinischer Bilder (da kleine Details für die Diagnose entscheidend sein können)
• Komprimieren des Quellcodes von Softwareanwendungen
• Archivierung von Dokumenten zur langfristigen Aufbewahrung.

Beispiele für Kompressoren, die diese Art von Algorithmus verwenden können, sind ZIP- und PNG-Dateien sowie einige Bildformate wie TIFF und GIF.

Vorteile der verlustfreien Komprimierung

Verlustfreie Kompression ist eine Technologie, die Daten ohne Qualitätsverlust auf eine kleinere Größe komprimiert. Möglich wird dies durch die Verwendung von Algorithmen, die redundante oder sich wiederholende Datenfolgen identifizieren und diese dann durch kürzere Codes ersetzen. Die Verwendung dieser Methode kann dazu beitragen, die Größe der Daten erheblich zu reduzieren, oft um die Hälfte oder mehr, wodurch Benutzer große Informationsmengen effizienter speichern und übertragen können.

Abgesehen von der Einsparung von Speicherplatz bietet die Verwendung der verlustfreien Komprimierung mehrere weitere wichtige Vorteile. Diese schließen ein:

• Verbesserte Leistung: Die verlustfreie Komprimierung kann die Geschwindigkeit verbessern, mit der Dateien übertragen werden, da sie kleiner sind und beim Senden oder Herunterladen weniger Bandbreite beanspruchen.
• Datenintegrität: Da bei der verlustfreien Komprimierung keine Daten verloren gehen, bleiben alle verschlüsselten Informationen bei der Dekomprimierung intakt.
• Kompatibilität: Komprimierte Dateien können aufgrund ihrer standardmäßigen Kodierungsalgorithmen normalerweise mit einer Vielzahl von Anwendungen auf verschiedenen Plattformen geöffnet werden.
• Reduzierte Bearbeitungszeit: Das Reduzieren der Dateigröße beschleunigt Prozesse wie Drucken, Streamen und Bearbeiten, da kleinere Dateien weniger Rechenleistung benötigen.

Arten der verlustfreien Komprimierung

Es gibt verschiedene Arten von Verlustfreie Kompression Techniken, mit denen Sie Daten komprimieren können, ohne Informationen zu verlieren. Die häufigsten Arten der verlustfreien Komprimierung sind ZIP, gzip und LZW. Diese drei, zusammen mit anderen verschiedenen Typen, haben alle ihre eigenen Vor- und Nachteile.

In diesem Artikel besprechen wir die verschiedenen Arten von verlustfreien Komprimierungsmethoden und wie man sie verwendet:

• ZIP
• gzip
• Lzw

Längencodierung ausführen

Lauflängenkodierung (RLE) ist ein Datenkomprimierungsalgorithmus, der verwendet wird, um die Größe einer Datei zu reduzieren, ohne Daten zu verlieren. Es funktioniert, indem es Daten analysiert, nach aufeinanderfolgenden Zeichen sucht und sie dann in eine kleinere, komprimiertere Form komprimiert. Dies erleichtert das Speichern und Übertragen der Dateien. Während des Dekomprimierungsprozesses können die ursprünglichen Daten vollständig rekonstruiert werden.

Die Lauflängencodierung wird häufig zum Komprimieren digitaler Bilder verwendet, da sie die Informationsredundanz in Material wie z sich wiederholende Muster, Läufe von Pixel oder große Flächen, die mit einer einzigen Farbe gefüllt sind. Textdokumente sind auch geeignete Kandidaten für die RLE-Komprimierung, da sie oft sich wiederholende Wörter und Phrasen enthalten.

Run Length Encoding nutzt die Tatsache, dass viele aufeinanderfolgende Samples in Audiodateien vorhanden sind identische Werte um sie zu verkleinern, aber ihre ursprüngliche Qualität bei der Dekompression beizubehalten. Dies kann zu erheblichen Reduzierungen der Dateigröße führen – in der Regel 50% oder mehr – mit sehr geringen Einbußen in Bezug auf Audioqualität und Leistung.

Bei der Verwendung der RLE-Codierung ist es wichtig, daran zu denken, dass sie zwar wahrscheinlich die Dateigröße von Ton- oder Bilddateien reduziert, aber möglicherweise nicht für Arten von Textdateien von Vorteil ist, die aufgrund ihrer herkömmlichen Erstellung in der Regel nicht viel Redundanz aufweisen . Daher kann es erforderlich sein, mit verschiedenen Arten von Anwendungen zu experimentieren, bevor Sie eine endgültige Entscheidung darüber treffen, ob diese Art von Komprimierungstechnologie für Ihre Anforderungen am besten geeignet ist.

Huffman-Codierung

Huffman-Codierung ist ein adaptiver, verlustfreier Datenkompressionsalgorithmus. Dieser Algorithmus verwendet einen Satz von Datensymbolen oder Zeichen zusammen mit ihrer Häufigkeit des Vorkommens in einer Datei, um einen effizienten Präfixcode zu konstruieren. Dieser Code besteht aus kürzeren Codewörtern, die häufigere Zeichen darstellen, und längeren Codewörtern, die seltenere darstellen. Mithilfe dieser Codes kann Huffman Coding die Dateigröße mit geringen Auswirkungen auf die Datenintegrität reduzieren.

Die Huffman-Codierung funktioniert in zwei Schritten: Erstellen eines Satzes eindeutiger Symbolcodes und deren Verwendung zum Komprimieren des Datenstroms. Die Symbolcodes werden im Allgemeinen aus der Zeichenverteilung der verschiedenen Dateien und aus Informationen konstruiert, die durch Untersuchen der relativen Häufigkeiten erhalten werden Darin kommen unterschiedliche Charaktere vor. Im Allgemeinen arbeitet die Huffman-Codierung effizienter als andere verlustfreie Komprimierungsalgorithmen, wenn sie für Datenströme verwendet wird, die Symbole enthalten, die haben ungleiche Eintrittswahrscheinlichkeiten – zum Beispiel die Charakterisierung eines Textdokuments, in dem einige Buchstaben (wie "e") treten häufiger auf als andere (wie "z").

Arithmetische Codierung

Eine Art der verlustfreien Komprimierung, die verwendet werden kann, wird aufgerufen Arithmetische Codierung. Dieses Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, dass ein Datenstrom redundante Teile haben kann, die Platz verbrauchen, aber keine eigentlichen Informationen übermitteln. Es komprimiert die Daten, indem es diese redundanten Teile entfernt, während sein ursprünglicher Informationsgehalt erhalten bleibt.

Um zu verstehen, wie arithmetische Codierung funktioniert, betrachten wir ein textbasiertes Beispiel. Angenommen, unser Datenstrom enthält vier Zeichen – A, B, C, und D. Wenn die Daten unkomprimiert bleiben würden, würde jedes Zeichen acht Bit für insgesamt 32 Bit über den gesamten Strom einnehmen. Bei arithmetischer Codierung werden jedoch die sich wiederholenden Werte wie A und B mit jeweils weniger als acht Bits dargestellt werden.

In diesem Beispiel verwenden wir Vier-Bit-Blöcke, um jedes Zeichen darzustellen, was bedeutet, dass alle vier Zeichen in einen einzigen 16-Bit-Block gepackt werden können. Der Encoder betrachtet den Datenstrom und weist jedem Zeichen Wahrscheinlichkeiten zu, basierend auf der Wahrscheinlichkeit, dass es in aufeinanderfolgenden Zeichenfolgen erscheint, um Platz zu sparen und gleichzeitig maximale Genauigkeit zu gewährleisten, wenn sie am anderen Ende dekomprimiert werden. Bei der Komprimierung benötigen daher nur die Zeichen mit höheren Wahrscheinlichkeiten weniger Bits, während diejenigen mit niedrigeren Häufigkeiten oder solche, die seltener vorkommen, mehr Bits pro Zeichenblock benötigen, aber dennoch in einem 16-Bit-Block gebündelt bleiben, wie vor dem Speichern mehrerer Bytes über den gesamten Datenstrom wann im Vergleich zu seiner unkomprimierten Version.

So verwenden Sie die verlustfreie Komprimierung

Verlustfreie Kompression ist eine Möglichkeit, Daten ohne Informationsverlust zu kodieren und zu komprimieren. Diese Komprimierungsmethode wird verwendet, um die Größe digitaler Bilder, Audio- und Videodateien zu reduzieren. Durch die verlustfreie Komprimierung können Daten in einem Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe gespeichert werden, was zu einer viel kleineren Datei führt.

Lassen Sie uns also ins Detail gehen und erkunden wie man verlustfreie Komprimierung verwendet:

Dateiformate

Verlustfreie Kompression ist eine Art der Datenkomprimierung, die die Dateigröße reduziert, ohne die in der Originaldatei enthaltenen Daten zu opfern. Dies macht es zu einer idealen Methode zum Komprimieren großer Dateien wie Digitalfotos, Audiodateien und Videoclips. Um diese Art der Komprimierung verwenden zu können, müssen Sie die Dateitypen verstehen, die von verlustfreien Komprimierern unterstützt werden, und wissen, wie Sie sie für optimale Ergebnisse richtig einrichten.

Beim Komprimieren einer Datei für verlustfreie Zwecke haben Sie mehrere Optionen für Dateiformate. Höchstwahrscheinlich werden Sie zwischen wählen JPEGs und PNGs da beide hervorragende Ergebnisse mit guten Dateigrößen liefern. Sie können auch Formate wie verwenden GIF oder TIFF wenn Ihre Software sie unterstützt. Es gibt auch einige spezifische komprimierte Formate, die speziell für Audio oder Video entwickelt wurden. Diese beinhalten FLAC (verlustfreies Audio), AVI (verlustfreies Video) und QuickTimes Apple Lossless-Format (ALAC).

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Formate zwar eine bessere Komprimierung als ihre nicht komprimierten Gegenstücke bieten, aber aufgrund ihrer begrenzten Unterstützung in einigen Anwendungen und Softwareprogrammen schwieriger zu handhaben sein können. Abhängig von Ihrer Einrichtung verwenden Sie unkomprimierte Formate kann auf lange Sicht einfacher sein, auch wenn es mehr Speicherplatz benötigt.

Komprimierungswerkzeuge

Es gibt eine Vielzahl von Komprimierungstools, die darauf ausgelegt sind, die Größe von Datendateien zu reduzieren, während die Integrität der Originaldaten erhalten bleibt. Diese Tools verwenden Algorithmen, um redundante Daten zu identifizieren und sie aus der Datei zu entfernen, ohne dass Informationen verloren gehen.

Die verlustfreie Komprimierung ist besonders nützlich für grafische Bilder oder Audio- und Videoaufnahmen. Werkzeuge wie z ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP und ARJ unterstützen verschiedene Ebenen der verlustfreien Komprimierung für eine Vielzahl von Dateitypen, einschließlich PDFs und komprimierte ausführbare Dateien (EXE). Wenn Sie beispielsweise ein Bild mit einem dieser Formate komprimieren Einstellung für maximale Größenreduzierung, könnten Sie dieses Bild öffnen und anzeigen, ohne Details oder Farbinformationen zu verlieren.

Der verwendete Algorithmus beeinflusst die erreichbare Dateigröße sowie die Zeit, die zum Verarbeiten und Komprimieren einer Datei benötigt wird. Dies kann von Minuten bis zu mehreren Stunden dauern, je nachdem, wie ausgefeilt das von Ihnen gewählte Tool ist. Beliebte Komprimierungstools wie z 7-Reißverschluss (LZMA2) bieten höhere Komprimierungsgrade, erfordern jedoch längere Verarbeitungszeiten. Hochoptimierte Programme wie SQ=z (SQUASH) sind Low-Level-Routinen, die im Vergleich zu populäreren Anwendungen wie z. B. blitzschnell zusätzliche Bytes auspressen können WinZip or WinRAR Aufgrund ihrer technischen Komplexität werden sie jedoch nur selten von Laien-PC-Benutzern verwendet.

Bildkompression

Bildkompression ist eine Möglichkeit, die Datenmenge zu reduzieren, die zur Darstellung eines digitalen Bildes erforderlich ist. Dies erfolgt durch einen oder beide von zwei Ansätzen: durch Entfernen oder Reduzieren unbedeutender Bilddaten, genannt Verlustfreie Kompression; oder durch sorgfältige Datenlöschung, genannt verlustbehaftete Kompression.

Mit der Verlustfreie Kompression, wird das Bild genau so angezeigt, wie es vor der Komprimierung war, und benötigt weniger Speicherplatz für die Speicherung. Mit einem verlustbehaftete Kompression Technik gehen einige Daten verloren, wenn die Datei gespeichert und erneut komprimiert wird, aber wenn es richtig gemacht wird, sollte keine sichtbare Verzerrung von der ursprünglichen unkomprimierten Datei zu sehen sein.

Verlustfreie Komprimierungstechniken werden häufig in der digitalen Fotografie und in Grafikdesign-Workflows verwendet. Verlustfreie Techniken ermöglichen es, Dateien auf viel kleinere Größen zu komprimieren, als wenn sie mit anderen Methoden wie JPEG-Bildern komprimiert würden, die dafür entwickelt wurden verlustbehaftete Kompression wo Sie eine kleinere Dateigröße auf Kosten von verlorener Qualität oder Detail erhalten.

Zu den verlustfreien Bildformaten gehören:

• Feuerwerk PNGs (ortf)
• GIFs (gif)
• und am häufigsten verwendete Format TIFF (Tiff).

Bildverarbeitungssoftwareanwendungen wie Photoshop können verschiedene Arten von Bildern öffnen und sie mithilfe von Funktionen wie „Speichern unter“ in eines dieser Formate konvertieren. So werden Dateien zwischen Formaten konvertiert, ohne dass zusätzliche Software heruntergeladen werden muss.

Einige alternative Bildformate wie z JPEG 2000 (jp2) verwenden ebenfalls diese Art von Komprimierungstechnik, bieten jedoch einen zusätzlichen Vorteil, da sie im Vergleich zu JPEGs direkte Informationen genauer speichern können, während sie aufgrund ihres effizienten Codierungsschemas immer noch eine kleine Dateigröße haben.

Zusammenfassung

Verlustfreie Kompression ist ein leistungsstarkes Tool, mit dem Sie Dateigrößen reduzieren und Speicherplatz sparen können, während Sie gleichzeitig sicherstellen, dass Sie dabei keine Daten verlieren. Es ermöglicht Ihnen, Dateien zu komprimieren, ohne die darin enthaltenen Informationen zu verlieren, indem Sie sie erstellen einfacher zu speichern, darauf zuzugreifen und zu teilen.

Abschließend Verlustfreie Kompression ist ein unverzichtbares Werkzeug für die moderne Datenspeicherung und -verwaltung.

Zusammenfassung der verlustfreien Komprimierung

Verlustfreie Kompression ist eine Art von Datenkomprimierungstechnik, die die Dateigröße reduziert, ohne die darin enthaltenen Daten zu opfern. Es ist ideal zum Komprimieren von textbasierten Dateien wie Dokumenten, Tabellenkalkulationen sowie Bildern und Audiodateien.

Der Hauptvorteil der verlustfreien Komprimierung besteht darin, dass sie ermöglicht es Ihnen, die Größe einer Datei zu reduzieren, ohne die Dateiqualität zu beeinträchtigen. Dies bedeutet, dass genau dieselbe Datei mehrmals komprimiert werden kann, was das schnelle und einfache Speichern und Übertragen großer Dateien erleichtert. Es ermöglicht auch eine effizientere Speichernutzung, indem redundante Daten aus einer Datei entfernt und nur die wesentlichen Informationselemente gespeichert werden.

Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von verlustfreien Komprimierungsalgorithmen – Wörterbuchbasierte Algorithmen wie Deflate/GZip oder Lempel-Ziv (das Dateien in eine indizierte Liste komprimiert) oder Methoden zur Redundanzbeseitigung wie arithmetische Codierung oder Lauflängencodierung (die Redundanz durch Codierung sich wiederholender Muster beseitigt). Jeder Typ hat seine eigenen spezifischen Zwecke, wenn es um Medientypen und Anwendungen geht.

Für Bilder speziell verlustfreie Bildformate wie PNG werden gegenüber anderen verlustbehafteten Formaten wie z JPEG weil sie Bilddetails besser bewahren als JPEG und gleichzeitig ein angemessenes Maß an Komprimierung bieten, ohne die Bildqualität erheblich zu beeinträchtigen oder Schwierigkeiten beim Decodieren oder Abrufen der ursprünglichen Quelldaten. Ebenso digitales Audio unkomprimierte Wellenformdateien tendenziell besser mit Vektorquantisierungstechniken eher als reine Bitratenreduktionstechniken.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die verlustfreie Komprimierung eine effektive Möglichkeit ist, große Dateien ohne Qualitätseinbußen zu reduzieren. Dies macht sie zu großartigen Alternativen für die Aufbewahrung wertvoller Daten bei gleichzeitiger Einsparung von Speicherplatz und Kosten. Da unterschiedliche Algorithmen besser zu unterschiedlichen Medientypen passen als andere, ist es immer am besten, zu recherchieren, welches Format am besten zu Ihren Anforderungen hinsichtlich Datenschutz und Platzeffizienz passt – die richtige Wahl kann den Unterschied ausmachen!

Vorteile der verlustfreien Komprimierung

Verlustfreie Kompression ist ein Datencodierungs- und -decodierungsprozess, mit dem Dateien Platz sparen können, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Obwohl die Speicherkosten stetig sinken, kann die Pflege hochwertiger digitaler Inhalte teuer und zeitaufwändig sein. Verlustfreie Komprimierungsalgorithmen erleichtern die Speicherung, Netzwerkoptimierung und Dateiübertragung zwischen verschiedenen Systemen. Darüber hinaus können optimierte Datenübertragungsgeschwindigkeiten die mit E/A-Vorgängen verbundenen Betriebskosten senken und wissenschaftlichen oder medizinischen Datenanalyseabteilungen helfen, ihre Ergebnisse schneller zu validieren.

Zu den Vorteilen der Verwendung verlustfreier Komprimierungstechniken gehören:

• Reduzierung der Dateigröße ohne Verzerrung oder Qualitätsminderung
• Verbesserte Seitenladegeschwindigkeiten durch Reduzierung der über das Internet übertragenen Datenmenge
• Gateways zu Open-Source-Anwendungen, die die Kommunikationskosten für den Zugriff auf Inhalte auf Online-Servern reduzieren
• Erweiterte Archivierungsfunktionen für die langfristige Aufbewahrung digitaler Inhalte
• Eröffnete Möglichkeiten für virtuelle Instrumentierung und Internet-Streaming-Mediendienste, indem potenziell riesige Zielgruppen mit minimalen Bandbreitenressourcen bedient wurden

Hallo, ich bin Kim, eine Mutter und eine Stop-Motion-Enthusiastin mit einem Hintergrund in Medienerstellung und Webentwicklung. Ich habe eine große Leidenschaft für Zeichnen und Animation und tauche jetzt kopfüber in die Stop-Motion-Welt ein. Mit meinem Blog teile ich meine Erkenntnisse mit euch.