Kompresija bez gubitaka: što je to i kako se koristi

od kim Ažurirano: Lipnja 28, 2022

Kompresija bez gubitaka je važan koncept kada je riječ o digitalnim medijima. Odnosi se na proces u kojem se podaci komprimiraju bez ikakvog gubitka podataka. Kompresija bez gubitaka izvrstan je način za smanjenje veličine datoteke vašeg digitalnog medija bez žrtvovanja kvalitete.

U ovom ćemo članku istražiti

• što je kompresija bez gubitaka,
• kako se to radii
• kako to možete iskoristiti u svoju korist.

Započnimo!

Definicija kompresije bez gubitaka

Kompresija bez gubitaka je vrsta kompresije podataka koja čuva sve izvorne podatke tijekom procesa kodiranja i dekodiranja, tako da je rezultat točna replika izvorne datoteke ili podataka. Djeluje tako da pronalazi uzorke u podacima i pohranjuje ih učinkovitije. Na primjer, ako datoteka ima 5 riječi koje se ponavljaju, umjesto pohranjivanja tih 5 dupliciranih riječi, kompresija bez gubitaka pohranit će samo jednu instancu te riječi, plus referencu gdje se u datoteci mogu pronaći informacije o njezinoj upotrebi.

Za razliku od kompresija s gubitkom (koji odbacuje neke informacije selektivno kako bi smanjio veličinu) Kompresija bez gubitaka omogućuje održavanje razlučivost slike, jasnoću teksta i cjelovitost datoteke sa nema gubitka kvalitete. To ga čini prikladnim za aplikacije u kojima su neke informacije bitne i ne mogu se žrtvovati radi smanjenja veličine. Uobičajene upotrebe kompresije bez gubitaka uključuju:

• Sažimanje glazbenih datoteka (zbog čega kvaliteta zvuka mora ostati nepromijenjena)
• Sažimanje medicinskih slika (budući da mali detalji mogu biti ključni za dijagnozu)
• Sažimanje izvornog koda softverskih aplikacija
• Arhiviranje dokumenata za dugotrajnu pohranu.

Primjeri kompresora koji mogu koristiti ovu vrstu algoritma su ZIP i PNG datoteke kao i neki formati slika poput TIFF i GIF.

Prednosti kompresije bez gubitaka

Kompresija bez gubitaka je tehnologija koja sažima podatke u manju veličinu bez gubitka kvalitete. To je omogućeno korištenjem algoritama koji identificiraju suvišne ili ponavljajuće nizove podataka, a zatim ih zamjenjuju kraćim kodovima. Korištenje ove metode može značajno smanjiti veličinu podataka, često za pola ili više, omogućujući korisnicima učinkovitije pohranjivanje i prijenos velikih količina informacija.

Osim uštede prostora za pohranu, postoji nekoliko drugih ključnih prednosti korištenja kompresije bez gubitaka. To uključuje:

• Poboljšane performanse: Kompresija bez gubitaka može poboljšati brzinu prijenosa datoteka budući da su manje i zauzimaju manju propusnost tijekom slanja ili preuzimanja.
• Integritet podataka: Budući da se podaci ne gube kada se koristi kompresija bez gubitaka, sve kodirane informacije ostat će netaknute nakon dekompresije.
• Kompatibilnost: Komprimirane datoteke obično se mogu otvoriti s različitim aplikacijama na različitim platformama zahvaljujući svojim standardnim algoritmima kodiranja.
• Smanjeno vrijeme obrade: Smanjenje veličine datoteke ubrzava procese kao što su ispis, strujanje i uređivanje jer manje datoteke zahtijevaju manje računalne snage.

Vrste kompresije bez gubitaka

Postoje razne vrste kompresija bez gubitaka tehnike koje vam omogućuju komprimiranje podataka bez gubitka informacija. Najčešći tipovi kompresije bez gubitaka su ZIP, gzip i LZW. Ove tri, zajedno s drugim raznim vrstama, imaju svoje prednosti i nedostatke.

U ovom članku raspravljat ćemo o različitim vrstama metoda kompresije bez gubitaka i kako ih koristiti:

• Poštanski
• gzip
• LZW

Run Length Encoding

Run Length Encoding (RLE) je algoritam za kompresiju podataka koji se koristi za smanjenje veličine datoteke bez gubitka podataka. Djeluje tako da analizira podatke, traži uzastopne znakove i zatim ih sažima u manji, sažetiji oblik. To olakšava pohranu i prijenos datoteka. Tijekom procesa dekompresije, izvorni podaci mogu se potpuno rekonstruirati.

Run Length Encoding obično se koristi za komprimiranje digitalnih slika jer učinkovito smanjuje redundantnost informacija u materijalu kao što je ponavljajući obrasci, nizovi piksela ili velike površine ispunjene jednom bojom. Tekstualni dokumenti također su prikladni kandidati za RLE kompresiju jer često sadrže riječi i fraze koje se ponavljaju.

Run Length Encoding iskorištava činjenicu koju imaju mnogi uzastopni uzorci unutar audio datoteka identične vrijednosti kako bi im se smanjila veličina, ali zadržala njihova izvorna kvaliteta nakon dekompresije. To može dovesti do značajnog smanjenja veličine datoteke – obično 50% ili više – s vrlo malo gubitaka u pogledu kvalitete zvuka i izvedbe.

Kada koristite RLE kodiranje, važno je upamtiti da, iako je vjerojatno da će smanjiti veličinu datoteka u vezi sa zvučnim ili slikovnim datotekama, to možda zapravo neće biti korisno za vrste tekstualnih datoteka koje obično nemaju previše redundancije zbog načina na koji su izrađene konvencionalno . Stoga može biti potrebno malo eksperimentiranja s različitim vrstama aplikacija prije donošenja konačnog izbora o tome je li ova vrsta tehnologije kompresije najprikladnija za vaše potrebe.

Huffmanovo kodiranje

Huffmanovo kodiranje je prilagodljivi algoritam za kompresiju podataka bez gubitaka. Ovaj algoritam koristi skup podatkovnih simbola, ili znakova, zajedno s njihovom učestalošću pojavljivanja u datoteci za izradu učinkovitog koda prefiksa. Ovaj se kod sastoji od kraćih kodnih riječi koje predstavljaju češće znakove i dužih kodnih riječi koje predstavljaju rjeđe. Upotrebom ovih kodova Huffman Coding može smanjiti veličinu datoteke s malim učinkom na integritet podataka.

Huffmanovo kodiranje radi u dva koraka: konstruira skup jedinstvenih kodova simbola i koristi ih za komprimiranje toka podataka. Kodovi simbola općenito se sastavljaju od distribucije znakova u raznim datotekama i od informacija dobivenih ispitivanjem relativnih učestalosti koje u njemu se javljaju različiti likovi. Općenito, Huffmanovo kodiranje djeluje učinkovitije od drugih algoritama kompresije bez gubitaka kada se koristi na tokovima podataka koji sadrže simbole koji imaju nejednake vjerojatnosti pojavljivanja – na primjer, karakteriziranje tekstualnog dokumenta u kojem su neka slova (kao "e") pojavljuju se češće od ostalih (kao "z").

Aritmetičko kodiranje

Jedna vrsta kompresije bez gubitaka koja se može koristiti zove se Aritmetičko kodiranje. Ova metoda iskorištava činjenicu da tok podataka može imati suvišne dijelove koji zauzimaju prostor, ali ne prenose stvarne informacije. Sažima podatke uklanjanjem ovih suvišnih dijelova, a istovremeno čuva izvorni informacijski sadržaj.

Da bismo razumjeli kako funkcionira aritmetičko kodiranje, razmotrimo primjer temeljen na tekstu. Pretpostavimo da postoje četiri znaka u našem toku podataka – A, B, C, i D. Kad bi podaci ostali nekomprimirani, svaki bi znak zauzimao osam bita za ukupno 32 bita u cijelom toku. S aritmetičkim kodiranjem, međutim, vrijednosti koje se ponavljaju poput A i B mogu se predstaviti s manje od osam bitova svaki.

U ovom primjeru koristit ćemo četverobitne blokove za predstavljanje svakog znaka što znači da se sva četiri znaka mogu upakirati u jedan 16-bitni blok. Koder gleda na tok podataka i dodjeljuje vjerojatnosti svakom znaku na temelju njihove vjerojatnosti pojavljivanja u uzastopnim nizovima kako bi se uštedio prostor dok se osigurava maksimalna točnost kada se dekomprimiraju na drugom kraju. Stoga tijekom kompresije samo oni znakovi s većom vjerojatnošću uzimaju manje bitova, dok će oni s nižim frekvencijama ili oni koji se pojavljuju rjeđe zahtijevati više bitova po bloku znakova, ali će i dalje ostati povezani unutar jednog 16-bitnog bloka kao prije spremanja nekoliko bajtova u cijelom toku podataka kada u usporedbi s nekomprimiranom verzijom.

Kako koristiti kompresiju bez gubitaka

Kompresija bez gubitaka je način kodiranja i sažimanja podataka bez gubitka informacija. Ova metoda kompresije koristi se za smanjenje veličine digitalnih slika, audio i video datoteka. Kompresija bez gubitaka omogućuje pohranjivanje podataka u djeliću izvorne veličine, što rezultira mnogo manjom datotekom.

Dakle, uđimo u detalje i istražimo kako koristiti kompresiju bez gubitaka:

Formati datoteka

Kompresija bez gubitaka je vrsta kompresije podataka koja smanjuje veličinu datoteke bez žrtvovanja podataka sadržanih u izvornoj datoteci. To ga čini idealnom metodom za komprimiranje velikih datoteka kao što su digitalne fotografije, audio datoteke i videoisječci. Da biste koristili ovu vrstu kompresije, morate razumjeti vrste datoteka koje podržavaju kompresori bez gubitaka i kako ih ispravno postaviti za optimalne rezultate.

Kada sažimate datoteku u svrhe bez gubitaka, imate nekoliko opcija za formate datoteka. Najvjerojatnije ćete birati između JPEG i PNG budući da oba daju izvrsne rezultate s dobrim veličinama datoteka. Također možete koristiti formate poput GIF ili TIFF ako ih vaš softver podržava. Postoje i neki posebni komprimirani formati dizajnirani posebno za audio ili video. To uključuje FLAC (zvuk bez gubitaka), AVI (video bez gubitaka) i QuickTimeov Apple Lossless format (ALAC).

Važno je napomenuti da iako ovi formati nude bolju kompresiju od svojih nekomprimiranih parnjaka, s njima može biti teže raditi zbog njihove ograničene podrške u nekim aplikacijama i softverskim programima. Ovisno o vašim postavkama, korištenje nekomprimiranih formata dugoročno može biti jednostavnije čak i ako zauzima više prostora na disku.

Alati za kompresiju

Dostupni su različiti alati za kompresiju koji su dizajnirani za smanjenje veličine podatkovnih datoteka uz zadržavanje cjelovitosti izvornih podataka. Ovi alati koriste algoritme za prepoznavanje suvišnih podataka i njihovo odbacivanje iz datoteke bez gubitka informacija.

Kompresija bez gubitaka posebno je korisna za grafičke slike ili audio i video snimke. Alati kao što su ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP i ARJ podržava različite razine kompresije bez gubitaka za razne vrste datoteka uključujući PDF-ove i komprimirane izvršne datoteke (EXE). Na primjer, ako komprimirate sliku s jednim od ovih formata na postavka maksimalnog smanjenja veličine, moći ćete otvoriti i pogledati tu sliku bez gubitka detalja ili informacija o boji.

Algoritam koji se koristi utjecat će na veličinu datoteke koja se može postići kao i na vrijeme potrebno za obradu i komprimiranje datoteke. To može varirati od minuta do nekoliko sati, ovisno o tome koliko je sofisticiran alat koji ste odabrali. Popularni alati za kompresiju kao što su 7-zip (LZMA2) nude više razine kompresije, ali zahtijevaju duže vrijeme obrade. Visoko optimizirani programi poput SQ=z (SQUASH) su rutine niske razine koje mogu istisnuti dodatne bajtove brzinom munje u usporedbi s popularnijim aplikacijama poput WinZip or WinRAR ali njihova tehnička složenost znači da ih rijetko koriste amaterski korisnici računala.

Sažimanje slika

Sažimanje slike je način da se smanji količina podataka potrebnih za predstavljanje digitalne slike. To se postiže jednim ili oba od dva pristupa: uklanjanjem ili smanjenjem beznačajnih slikovnih podataka, tzv. kompresija bez gubitaka; ili pažljivim uklanjanjem podataka, tzv kompresija s gubitkom.

S kompresija bez gubitaka, slika se pojavljuje točno onako kako je bila prije komprimiranja i koristi manje memorije za pohranu. S kompresija s gubitkom tehnika, neki se podaci gube kada se datoteka sprema i ponovno komprimira, ali kada se pravilno izvede, ne bi se trebala vidjeti nikakva vidljiva izobličenja iz izvorne nekomprimirane datoteke.

Tehnike kompresije bez gubitaka naširoko se koriste u digitalnoj fotografiji iu radnim procesima grafičkog dizajna. Tehnike bez gubitaka omogućuju komprimiranje datoteka u mnogo manje veličine nego da su komprimirane drugim metodama kao što su JPEG slike koje su dizajnirane za kompresija s gubitkom gdje dobivate manju veličinu datoteke nauštrb izgubljene kvalitete ili detalja.

Formati slika bez gubitaka uključuju:

• Vatromet PNG (ortf)
• GIF-ovi (gif)
• i najčešće korišteni format TIFF (tiff).

Softverske aplikacije za obradu slika kao što je Photoshop mogu otvoriti različite vrste slika i pretvoriti ih u jedan od ovih formata pomoću značajki kao što je "Spremi kao", što je koliko se često datoteke pretvaraju u formate bez potrebe za preuzimanjem dodatnog softvera.

Neki alternativni formati slika kao što su JPEG 2000 (jp2) također koriste ovu vrstu tehnike kompresije, ali pružaju dodatnu prednost budući da mogu točnije pohraniti izravne informacije u usporedbi s JPEG-ovima, a istovremeno imaju malu veličinu datoteke zbog svoje učinkovite sheme kodiranja.

Zaključak

Kompresija bez gubitaka moćan je alat koji vam može pomoći smanjiti veličinu datoteka i uštedjeti prostor za pohranu, a pritom se pobrinuti da pritom ne izgubite podatke. Omogućuje komprimiranje datoteka bez gubitka informacija koje sadrže, čineći ih lakši za pohranjivanje, pristup i dijeljenje.

U zaključku, kompresija bez gubitaka je neophodan alat za moderno pohranjivanje i upravljanje podacima.

Sažetak kompresije bez gubitaka

Kompresija bez gubitaka je vrsta tehnike kompresije podataka koja smanjuje veličinu datoteke bez žrtvovanja bilo kojeg od podataka sadržanih u njoj. Idealan je za sažimanje tekstualnih datoteka poput dokumenata, proračunskih tablica, kao i slika i audio datoteka.

Glavna prednost kompresije bez gubitaka je ta omogućuje smanjenje veličine datoteke bez žrtvovanja kvalitete datoteke. To znači da se točno ista datoteka može komprimirati više puta, što olakšava pohranjivanje i prijenos velikih datoteka brzo i jednostavno. Također omogućuje učinkovitije korištenje pohrane uklanjanjem suvišnih podataka iz datoteke i pohranjivanjem samo bitnih elemenata informacija.

Općenito, postoje dvije vrste algoritama kompresije bez gubitaka – algoritmi temeljeni na rječniku poput Deflate/GZip ili Lempel-Ziv (koji sažima datoteke u indeksirani popis) ili metode uklanjanja redundantnosti kao što je aritmetičko kodiranje ili kodiranje duljine izvođenja (koje uklanja redundantnost kodiranjem ponavljajućih uzoraka). Svaki tip ima svoju specifičnu svrhu kada su u pitanju vrste medija i aplikacija.

Konkretno za slike, slikovne formate bez gubitaka poput PNG imaju prednost u odnosu na druge formate s gubitkom, kao što su JPEG jer čuvaju detalje slike bolje od JPEG-a, a istovremeno nude razumnu razinu kompresije bez značajne degradacije kvalitete slike ili poteškoća u dekodiranju ili dohvaćanju izvornih podataka izvora. Slično, digitalni audio datoteke nekomprimiranih valnih oblika imaju tendenciju da rade bolje sa tehnike vektorske kvantizacije nego čiste tehnike smanjenja brzine prijenosa.

U zaključku, kompresija bez gubitaka je učinkovit način za smanjenje velikih veličina datoteka bez ikakve žrtve u kvaliteti; to ih čini izvrsnim alternativama za očuvanje vrijednih podataka uz uštedu prostora za pohranu i troškove. Budući da različiti algoritmi odgovaraju različitim vrstama medija učinkovitije od drugih, uvijek je najbolje istražiti koji format najbolje odgovara vašim potrebama i za zaštitu privatnosti i za učinkovitost prostora – pravi izbor može napraviti razliku!

Prednosti kompresije bez gubitaka

Kompresija bez gubitaka je proces kodiranja i dekodiranja podataka koji datotekama omogućuje uštedu prostora bez žrtvovanja kvalitete. Iako se cijena pohrane stalno smanjuje, održavanje digitalnog sadržaja visoke kvalitete može biti skupo i dugotrajno. Algoritmi kompresije bez gubitaka olakšavaju pohranu, mrežnu optimizaciju i prijenos datoteka preko različitih sustava. Osim toga, optimizirane brzine prijenosa podataka mogu smanjiti operativne troškove povezane s I/O operacijama i pomoći odjelima za analizu znanstvenih ili medicinskih podataka da brže potvrde svoje rezultate.

Prednosti korištenja tehnika kompresije bez gubitaka uključuju:

• Smanjenje veličine datoteke bez unošenja ikakvog izobličenja ili degradacije kvalitete
• Poboljšana brzina učitavanja stranice smanjenjem količine podataka koji se prenose putem weba
• Pristupnici za aplikacije otvorenog koda koji smanjuju troškove komunikacije za pristup sadržaju na mrežnim poslužiteljima
• Povećane mogućnosti arhiviranja za dugoročno očuvanje digitalnog sadržaja
• Otvoreni putevi za virtualne instrumente i internetske streaming medijske usluge opskrbljivanjem potencijalno velike publike s minimalnim resursima propusnosti

Bok, ja sam Kim, mama sam i zaljubljenica u stop-motion s iskustvom u stvaranju medija i web razvoju. Imam ogromnu strast prema crtanju i animaciji, a sada naglavačke ronim u stop-motion svijet. Sa svojim blogom dijelim svoja saznanja s vama.