Häviötön pakkaus: mitä se on ja kuinka sitä käytetään

kirjoittanut kim Päivitetty: Kesäkuu 28, 2022

Häviötön puristus on tärkeä käsite digitaalisessa mediassa. Se viittaa prosessiin, jossa tiedot pakataan ilman tietojen menetystä. Häviötön pakkaus on loistava tapa pienentää digitaalisen median tiedostokokoa laadusta tinkimättä.

Tässä artikkelissa tutkimme

• mitä häviötön pakkaus on,
• Näin se toimiija
• kuinka voit käyttää sitä hyödyksesi.

Aloitetaan!

Määritelmä häviötön puristus

Häviötön puristus on tiedonpakkaustyyppi, joka säilyttää kaiken alkuperäisen tiedon koodaus- ja dekoodausprosessin aikana siten, että tulos on tarkka kopio alkuperäisestä tiedostosta tai tiedoista. Se toimii etsimällä kuvioita tiedoista ja tallentamalla ne tehokkaammin. Jos tiedostossa on esimerkiksi 5 toistuvaa sanaa, näiden 5 päällekkäisen sanan tallentamisen sijaan häviötön pakkaus tallentaa vain yhden esiintymän kyseisestä sanasta sekä viittauksen siihen, mistä tiedostosta löytyy tietoa sen käytöstä.

Toisin kuin häviöllinen pakkaus (joka hylkää osan tiedoista valikoivasti pienentääkseen kokoa) Häviötön pakkaus mahdollistaa ylläpitämisen kuvan resoluutio, tekstin selkeys ja tiedostojen eheys ei laadun heikkenemistä. Tämä tekee siitä sopivan sovelluksiin, joissa osa tiedoista on välttämätöntä, eikä niitä voida uhrata koon pienentämiseksi. Yleisiä häviöttömän pakkauksen käyttökohteita ovat:

• Musiikkitiedostojen pakkaaminen (jolloin äänenlaadun on säilyttävä ennallaan)
• Lääketieteellisten kuvien pakkaaminen (koska pienet yksityiskohdat voivat olla kriittisiä diagnoosin kannalta)
• Ohjelmistosovellusten lähdekoodin pakkaaminen
• Asiakirjojen arkistointi pitkäaikaista säilytystä varten.

Esimerkkejä kompressoreista, jotka voivat käyttää tämän tyyppistä algoritmia, ovat ZIP- ja PNG-tiedostot sekä jotkin kuvamuodot, kuten TIFF ja GIF.

Häviöttömän pakkauksen edut

Häviötön puristus on tekniikka, joka pakkaa tiedot pienempään kokoon ilman laadun heikkenemistä. Tämä on mahdollista käyttämällä algoritmeja, jotka tunnistavat redundantteja tai toistuvia tietojonoja ja korvaavat ne sitten lyhyemmillä koodeilla. Tämän menetelmän käyttäminen voi auttaa pienentämään tietojen kokoa merkittävästi, usein jopa puolet tai enemmän, jonka avulla käyttäjät voivat tallentaa ja siirtää suuria tietomääriä tehokkaammin.

Tallennustilan säästämisen lisäksi häviöttömällä pakkauksella on useita muita tärkeitä etuja. Nämä sisältävät:

• Parannettu suorituskyky: Häviötön pakkaus voi parantaa tiedostojen siirtonopeutta, koska ne ovat pienempiä ja vievät vähemmän kaistanleveyttä lähetettäessä tai ladattaessa.
• Tietojen eheys: Koska tietoja ei menetetä häviötöntä pakkausta käytettäessä, kaikki koodatut tiedot pysyvät ennallaan purettaessa.
• Yhteensopivuus: Pakatut tiedostot voidaan yleensä avata useilla eri sovelluksilla eri alustoilla sen standardien koodausalgoritmien ansiosta.
• Lyhennetty käsittelyaika: Tiedostokoon pienentäminen nopeuttaa prosesseja, kuten tulostusta, suoratoistoa ja editointia, koska pienemmät tiedostot vaativat vähemmän laskentatehoa.

Häviöttömän puristuksen tyypit

On olemassa erilaisia ​​tyyppejä häviötön pakkaus tekniikoita, joiden avulla voit pakata tietoja menettämättä mitään tietoja. Yleisimmät häviötön pakkaustyypit ovat ZIP, gzip ja LZW. Näillä kolmella, muiden erilaisten tyyppien ohella, kaikilla on omat etunsa ja haittansa.

Tässä artikkelissa keskustelemme erityyppisistä häviöttömistä pakkausmenetelmistä ja niiden käytöstä:

• ZIP
• gzip
• LZW

Suorita pituuskoodaus

Run Length Encoding (RLE) on tietojen pakkausalgoritmi, jota käytetään pienentämään tiedoston kokoa menettämättä tietoja. Se toimii analysoimalla tietoja, etsimällä peräkkäisiä merkkejä ja pakkaamalla ne sitten pienempään, tiivistetympään muotoon. Tämä helpottaa tiedostojen tallentamista ja siirtämistä. Purkuprosessin aikana alkuperäiset tiedot voidaan rekonstruoida kokonaan.

Run Length Encodingia käytetään yleisesti digitaalisten kuvien pakkaamiseen, koska se vähentää tehokkaasti tiedon redundanssia materiaalissa, kuten esim. toistuvat kuviot, juoksut kuvapistettä tai suuria alueita, jotka on täytetty yhdellä värillä. Tekstidokumentit sopivat myös RLE-pakkaukseen, koska ne sisältävät usein toistuvia sanoja ja lauseita.

Run Length Encoding hyödyntää sitä tosiasiaa, että monet peräkkäiset näytteet äänitiedostoissa ovat identtiset arvot pienentääkseen niiden kokoa mutta säilyttääkseen niiden alkuperäisen laadun dekompression jälkeen. Tämä voi johtaa tiedostokoon huomattavaan pienenemiseen – tyypillisesti 50% tai enemmän – erittäin vähän äänenlaadun ja suorituskyvyn menetyksiä.

RLE-koodausta käytettäessä on tärkeää muistaa, että vaikka se todennäköisesti pienentää ääni- tai kuvatiedostoihin liittyviä tiedostokokoja, se ei välttämättä ole hyödyllistä tekstitiedostotyypeille, joilla ei yleensä ole paljon redundanssia, koska ne on muotoiltu perinteisesti. . Siksi jonkinlainen kokeilu erityyppisillä sovelluksilla saattaa olla tarpeen ennen kuin teet lopullisen valinnan siitä, sopiiko tämäntyyppinen pakkaustekniikka parhaiten tarpeisiisi.

Huffman-koodaus

Huffman-koodaus on mukautuva, häviötön tietojen pakkausalgoritmi. Tämä algoritmi käyttää joukkoa datasymboleja tai merkkejä sekä niiden esiintymistiheyttä tiedostossa rakentaakseen tehokkaan etuliitekoodin. Tämä koodi koostuu lyhyemmistä koodisanoista, jotka edustavat useammin esiintyviä merkkejä, ja pitemmistä koodisanoista, jotka edustavat harvinaisempia merkkejä. Näitä koodeja käyttämällä Huffman Coding voi pienentää tiedoston kokoa vaikuttamatta vain vähän sen tietojen eheyteen.

Huffman Coding toimii kahdessa vaiheessa: muodostaa joukon ainutlaatuisia symbolikoodeja ja käyttää sitä datavirran pakkaamiseen. Symbolikoodit muodostetaan yleensä sekalaisen tiedoston merkkijakaumasta ja tiedoista, jotka on saatu tutkimalla suhteellisia taajuuksia, joilla siinä esiintyy erilaisia ​​hahmoja. Yleensä Huffman Coding toimii tehokkaammin kuin muut häviöttömät pakkausalgoritmit, kun sitä käytetään tietovirroissa, jotka sisältävät symboleja, epätasaiset esiintymistodennäköisyydet – esimerkiksi kuvaamaan tekstidokumenttia, jossa on joitakin kirjaimia (kuten "e") esiintyy useammin kuin muut (kuten "z").

Aritmeettinen koodaus

Yksi häviötön pakkaustyyppi, jota voidaan käyttää, on nimeltään Aritmeettinen koodaus. Tämä menetelmä hyödyntää sitä tosiasiaa, että tietovirrassa voi olla redundantteja osia, jotka käyttävät tilaa, mutta jotka eivät välitä varsinaista tietoa. Se pakkaa tiedot poistamalla nämä ylimääräiset osat säilyttäen samalla alkuperäisen tietosisältönsä.

Ymmärtääksemme, miten aritmeettinen koodaus toimii, tarkastellaan tekstipohjaista esimerkkiä. Oletetaan, että tietovirrassamme on neljä merkkiä – A, B, C, ja D. Jos tiedot jätettäisiin pakkaamatta, kukin merkki vei kahdeksan bittiä eli yhteensä 32 bittiä koko streamissa. Aritmeettisessa koodauksessa toistuvat arvot kuitenkin pitävät A ja B voidaan esittää alle kahdeksalla bitillä.

Tässä esimerkissä käytämme nelibittisiä lohkoja edustamaan jokaista merkkiä, mikä tarkoittaa, että kaikki neljä merkkiä voidaan pakata yhteen 16-bittiseen lohkoon. Enkooderi tarkastelee tietovirtaa ja määrittää kullekin merkille todennäköisyydet niiden esiintymisen todennäköisyyden perusteella peräkkäisissä merkkijonoissa tilan säästämiseksi ja maksimaalisen tarkkuuden varmistamiseksi, kun ne puretaan toisessa päässä. Siksi pakkaamisen aikana vain ne merkit, joilla on suurempi todennäköisyys, vievät vähemmän bittejä, kun taas ne, joilla on alhaisemmat taajuudet tai jotka esiintyvät harvemmin, vaativat enemmän bittejä merkkilohkoa kohden, mutta pysyvät silti niputettuina yhden 16-bittisen lohkon sisällä, kuten ennen useiden tavujen tallentamista koko tietovirrassa. verrattuna sen pakkaamattomaan versioon.

Kuinka käyttää häviötöntä pakkausta

Häviötön puristus on tapa koodata ja pakata tietoja ilman tietojen menetystä. Tätä pakkausmenetelmää käytetään digitaalisten kuvien, ääni- ja videotiedostojen koon pienentämiseen. Häviötön pakkaus mahdollistaa tietojen tallentamisen murto-osassa sen alkuperäisestä koosta, jolloin tiedosto on paljon pienempi.

Joten mennään yksityiskohtiin ja tutkitaan kuinka käyttää häviötöntä pakkausta:

Tiedostomuodot

Häviötön puristus on tiedonpakkaustyyppi, joka pienentää tiedostokokoa tinkimättä alkuperäisen tiedoston sisältämistä tiedoista. Tämä tekee siitä ihanteellisen menetelmän suurten tiedostojen, kuten digitaalisten valokuvien, äänitiedostojen ja videoleikkeiden, pakkaamiseen. Jotta voit käyttää tämäntyyppistä pakkausta, sinun on ymmärrettävä, minkä tyyppisiä tiedostotyyppejä häviöttömät kompressorit tukevat ja kuinka ne määritetään oikein optimaalisen tuloksen saavuttamiseksi.

Kun pakkaat tiedostoa häviöttömään tarkoitukseen, sinulla on useita tiedostomuotovaihtoehtoja. Todennäköisesti valitset välillä JPEG ja PNG koska ne molemmat tarjoavat erinomaisia ​​tuloksia hyvillä tiedostokooilla. Voit myös käyttää muotoja, kuten GIF tai TIFF jos ohjelmistosi tukee niitä. On myös joitain erityisiä pakattuja muotoja, jotka on suunniteltu erityisesti äänelle tai videolle. Nämä sisältävät FLAC (häviötön ääni), AVI (häviötön video) ja QuickTimen Apple Lossless -muoto (ALAC).

On tärkeää huomata, että vaikka nämä muodot tarjoavat paremman pakkauksen kuin pakkaamattomat vastineet, niiden kanssa voi olla vaikeampaa työskennellä joidenkin sovellusten ja ohjelmistojen rajallisen tuen vuoksi. Asetuksistasi riippuen käytä pakkaamattomia muotoja voi olla pitkällä aikavälillä yksinkertaisempi, vaikka se vie enemmän levytilaa.

Pakkaustyökalut

Saatavilla on useita pakkaustyökaluja, jotka on suunniteltu pienentämään datatiedostojen kokoa säilyttäen samalla alkuperäisten tietojen eheys. Nämä työkalut käyttävät algoritmeja ylimääräisten tietojen tunnistamiseen ja niiden poistamiseen tiedostosta menettämättä tietoja.

Häviötön pakkaus on erityisen hyödyllinen graafisille kuville tai ääni- ja videotallenteille. Työkaluja, kuten ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP ja ARJ tukevat häviötöntä pakkausta useille eri tiedostotyypeille, mukaan lukien PDF-tiedostot ja pakatut suoritettavat tiedostot (EXE). Jos esimerkiksi pakkaat kuvan jollakin näistä muodoista osoitteessa enimmäiskoon pienennysasetus, voit avata ja tarkastella kuvaa menettämättä mitään yksityiskohtia tai väritietoja.

Käytetty algoritmi vaikuttaa saavutettavaan tiedostokokoon sekä tiedoston käsittelyyn ja pakkaamiseen kuluvaan aikaan. Tämä voi vaihdella minuuteista useisiin tunteihin riippuen valitsemasi työkalun edistyksestä. Suosittuja pakkaustyökaluja, kuten 7-zip (LZMA2) tarjoavat korkeamman pakkaustason, mutta vaativat pidemmän käsittelyajan. Erittäin optimoidut ohjelmat, kuten SQ=z (SQUASH) ovat matalan tason rutiineja, jotka voivat puristaa lisää tavuja salamannopeasti verrattuna suositumpiin sovelluksiin, kuten WinZip or WinRAR mutta niiden tekninen monimutkaisuus tarkoittaa, että amatööri-PC-käyttäjät käyttävät niitä harvoin.

Kuvien pakkaus

Kuvan pakkaus on tapa vähentää digitaalisen kuvan esittämiseen tarvittavan tiedon määrää. Tämä tehdään jommallakummalla tai molemmilla kahdella lähestymistavalla: poistamalla tai vähentämällä merkityksetöntä kuvadataa, ns häviötön pakkaus; tai huolellisella tietojen poistamisella, ns häviöllinen pakkaus.

Kanssa häviötön pakkaus, kuva näyttää täsmälleen samalta kuin ennen pakkaamista ja käyttää vähemmän muistia tallennustilaan. Kanssa häviöllinen pakkaus tekniikkaa, osa tiedoista katoaa, kun tiedosto tallennetaan ja pakattaan uudelleen, mutta kun se tehdään oikein, alkuperäisestä pakkaamattomasta tiedostosta ei pitäisi nähdä mitään näkyvää vääristymää.

Häviötöntä pakkaustekniikkaa käytetään laajalti digitaalisessa valokuvauksessa ja graafisen suunnittelun työnkulkuissa. Häviöttömillä tekniikoilla tiedostot voidaan pakata paljon pienempiin kokoihin kuin jos ne pakattaisiin muilla menetelmillä, kuten JPEG-kuvilla, jotka on suunniteltu häviöllinen pakkaus jossa saat pienemmän tiedostokoon laadun tai yksityiskohtien menettämisen kustannuksella.

Häviöttömät kuvamuodot sisältävät:

• Ilotulitus PNG:t (ortf)
• GIF (gif)
• ja yleisimmin käytetty muoto TIFF (tiff).

Kuvankäsittelyohjelmistot, kuten Photoshop, voivat avata erityyppisiä kuvia ja muuntaa ne johonkin näistä muodoista käyttämällä ominaisuuksia, kuten "Tallenna nimellä", mikä tarkoittaa, kuinka usein tiedostot muunnetaan muotojen välillä ilman lisäohjelmistojen lataamista.

Jotkut vaihtoehtoiset kuvamuodot, kuten JPEG 2000 (jp2) käyttävät myös tämän tyyppistä pakkaustekniikkaa, mutta ne tarjoavat lisäetua, koska ne voivat tallentaa tarkemmin suoria tietoja verrattuna JPEG-tiedostoihin, mutta silti niillä on pieni tiedostokoko tehokkaan koodausjärjestelmän ansiosta.

Yhteenveto

Häviötön puristus on tehokas työkalu, jonka avulla voit pienentää tiedostokokoa ja säästää tallennustilaa samalla kun varmistat, ettet menetä tietoja prosessin aikana. Sen avulla voit pakata tiedostoja menettämättä mitään niiden sisältämää tietoa, mikä tekee niistä helpompi tallentaa, käyttää ja jakaa.

Lopuksi häviötön pakkaus on olennainen työkalu nykyaikaiseen tiedon tallennukseen ja hallintaan.

Yhteenveto häviöttömästä pakkauksesta

Häviötön puristus on eräänlainen tiedonpakkaustekniikka, joka pienentää tiedostokokoja uhraamatta mitään sen sisältämiä tietoja. Se on ihanteellinen tekstipohjaisten tiedostojen, kuten asiakirjojen, laskentataulukoiden, sekä kuvien ja äänitiedostojen pakkaamiseen.

Häviöttömän pakkauksen tärkein etu on se voit pienentää tiedoston kokoa tinkimättä tiedoston laadusta. Tämä tarkoittaa, että täsmälleen sama tiedosto voidaan pakata useita kertoja, mikä helpottaa suurten tiedostojen tallentamista ja siirtämistä nopeasti ja helposti. Se mahdollistaa myös tehokkaamman tallennustilan poistamalla tiedostosta ylimääräiset tiedot ja tallentamalla vain olennaiset tiedot.

Yleensä häviöttömiä pakkausalgoritmeja on kahdenlaisia ​​- sanakirjapohjaiset algoritmit kuten Deflate/GZip tai Lempel-Ziv (joka pakkaa tiedostot indeksoiduksi luetteloksi) tai redundanssin eliminointimenetelmät kuten aritmeettinen koodaus tai run pituuskoodaus (joka poistaa redundanssin koodaamalla toistuvia kuvioita). Jokaisella tyypillä on omat erityiset tarkoituksensa, mitä tulee mediatyyppeihin ja sovelluksiin.

Kuville, erityisesti häviöttömälle kuvamuodolle, kuten PNG ovat paremmat kuin muut häviölliset formaatit, kuten JPEG koska ne säilyttävät kuvan yksityiskohdat paremmin kuin JPEG, mutta tarjoavat silti kohtuullisen pakkaustason ilman merkittävää kuvanlaadun heikkenemistä tai vaikeuksia purkaa tai hakea alkuperäistä lähdedataa. Samoin digitaalinen ääni pakkaamattomia aaltomuototiedostoja yleensä pärjää paremmin vektorikvantisointitekniikat puhtaiden bittinopeuden vähennystekniikoiden sijaan.

Yhteenvetona voidaan todeta, että häviötön pakkaus on tehokas tapa pienentää suuria tiedostokokoja laadusta tinkimättä. Tämä tekee niistä loistavia vaihtoehtoja arvokkaan tiedon säilyttämiseen samalla, kun säästät tallennustilaa ja kustannuksia. Koska erilaiset algoritmit sopivat erityyppisille medioille tehokkaammin kuin toiset, on aina parasta tutkia, mikä formaatti sopii parhaiten tarpeisiisi sekä yksityisyyden suojan että tilan tehokkuuden kannalta – oikea valinta voi olla ratkaiseva!

Häviöttömän pakkauksen edut

Häviötön puristus on tietojen koodaus- ja dekoodausprosessi, jonka avulla tiedostot voivat säästää tilaa laadusta tinkimättä. Vaikka tallennuskustannukset laskevat jatkuvasti, korkealaatuisen digitaalisen sisällön ylläpitäminen voi olla kallista ja aikaa vievää. Häviöttömät pakkausalgoritmit helpottavat tallennusta, verkon optimointia ja tiedostojen siirtoa eri järjestelmien välillä. Lisäksi optimoidut tiedonsiirtonopeudet voivat vähentää I/O-toimintoihin liittyviä käyttökustannuksia ja auttaa tieteellisiä tai lääketieteellisiä data-analyysiosastoja vahvistamaan tulokset nopeammin.

Häviöttömän pakkaustekniikan käytön etuja ovat:

• Tiedoston koon pienentäminen aiheuttamatta vääristymiä tai laadun heikkenemistä
• Sivujen latausnopeus on parantunut vähentämällä verkon kautta siirrettävän tiedon määrää
• Portit avoimen lähdekoodin sovelluksiin, jotka vähentävät verkkopalvelimien sisällön käyttökustannuksia
• Parannetut arkistointimahdollisuudet digitaalisen sisällön pitkäaikaiseen säilyttämiseen
• Avasi mahdollisuuksia virtuaalisille instrumentoinneille ja Internetin suoratoistomediapalveluille palvelemalla potentiaalisesti suuria yleisöjä minimaalisilla kaistanleveysresursseilla

Hei, olen Kim, äiti ja stop-motion-harrastaja, jolla on tausta median luomisesta ja verkkokehityksestä. Minulla on valtava intohimo piirtämiseen ja animaatioon, ja nyt sukeltan pää edellä stop-motion-maailmaan. Blogissani jaan oppimani kanssanne.