Bezzudumu kompresija: kas tas ir un kā to lietot

autors Kim Atjaunots: Jūnijs 28, 2022

Zaudēšana bez saspiešanas ir svarīgs jēdziens, kad runa ir par digitālajiem medijiem. Tas attiecas uz procesu, kurā dati tiek saspiesti bez jebkādiem datu zudumiem. Bezzudumu saspiešana ir lielisks veids, kā samazināt digitālā datu nesēja faila lielumu, nezaudējot kvalitāti.

Šajā rakstā mēs izpētīsim

• kas ir bezzudumu kompresija,
• Kā tas strādā, un
• kā jūs varat to izmantot savā labā.

Sāksim!

Bezzudumu kompresijas definīcija

Zaudēšana bez saspiešanas ir datu saspiešanas veids, kas saglabā visus sākotnējos datus kodēšanas un dekodēšanas procesa laikā, lai rezultāts būtu precīza oriģinālā faila vai datu kopija. Tas darbojas, atrodot datos modeļus un efektīvāk tos uzglabājot. Piemēram, ja failā ir 5 atkārtojoši vārdi, tā vietā, lai saglabātu šos 5 dublētos vārdus, bezzudumu saspiešana saglabās tikai vienu šī vārda gadījumu, kā arī norādi uz to, kur failā var atrast informāciju par tā lietojumu.

Pretēji zudumu saspiešana (kas selektīvi izmet daļu informācijas, lai samazinātu izmēru) Bezzudumu kompresija ļauj uzturēt attēla izšķirtspēja, teksta skaidrība un faila integritāte ar nezaudē kvalitāti. Tas padara to piemērotu lietojumprogrammām, kur daļa informācijas ir būtiska un to nevar upurēt izmēra samazināšanai. Parasti bezzudumu saspiešanai izmanto:

• Mūzikas failu saspiešana (tādēļ audio kvalitātei ir jāsaglabājas neskartai)
• Medicīnisko attēlu saspiešana (jo nelielas detaļas var būt ļoti svarīgas diagnozei)
• Programmatūras avota koda saspiešana
• Dokumentu arhivēšana ilgstošai glabāšanai.

Piemēri kompresoriem, kas var izmantot šāda veida algoritmu, ir ZIP un PNG faili kā arī daži attēlu formāti, piemēram TIFF un GIF.

Bezzudumu kompresijas priekšrocības

Zaudēšana bez saspiešanas ir tehnoloģija, kas saspiež datus mazākā izmērā, nezaudējot kvalitāti. Tas ir iespējams, izmantojot algoritmus, kas identificē liekas vai atkārtotas datu virknes un pēc tam aizstāj tās ar īsākiem kodiem. Šīs metodes izmantošana var palīdzēt ievērojami samazināt datu apjomu, bieži vien par puse vai vairāk, ļaujot lietotājiem efektīvāk uzglabāt un pārsūtīt lielu informācijas apjomu.

Papildus uzglabāšanas vietas taupīšanai bezzudumu saspiešanas izmantošanai ir arī vairākas citas svarīgas priekšrocības. Tie ietver:

• Uzlabota veiktspēja: bezzudumu saspiešana var uzlabot failu pārsūtīšanas ātrumu, jo tie ir mazāki un aizņem mazāku joslas platumu sūtīšanas vai lejupielādes laikā.
• Datu ticamība: Tā kā dati netiek zaudēti, izmantojot bezzudumu saspiešanu, visa kodētā informācija paliks neskarta pēc dekompresijas.
• Savienojamība: Saspiestos failus parasti var atvērt ar dažādām lietojumprogrammām dažādās platformās, pateicoties tā standarta kodēšanas algoritmiem.
• Samazināts apstrādes laiks: Faila lieluma samazināšana paātrina tādus procesus kā drukāšana, straumēšana un rediģēšana, jo mazākiem failiem ir nepieciešama mazāka skaitļošanas jauda.

Bezzudumu kompresijas veidi

Ir dažādi veidi bezzudumu kompresija metodes, kas ļauj saspiest datus, nezaudējot nekādu informāciju. Visizplatītākie bezzudumu saspiešanas veidi ir ZIP, gzip un LZW. Šiem trim, kā arī citiem dažādiem veidiem, visiem ir savas priekšrocības un trūkumi.

Šajā rakstā mēs apspriedīsim dažādus bezzudumu saspiešanas metožu veidus un to izmantošanu:

• ZIP
• gzip
• LZW

Palaist garuma kodējumu

Run Length Encoding (RLE) ir datu saspiešanas algoritms, ko izmanto, lai samazinātu faila lielumu, nezaudējot datus. Tas darbojas, analizējot datus, meklējot secīgas rakstzīmes un pēc tam saspiežot tās mazākā, saīsinātākā formā. Tas atvieglo failu glabāšanu un pārsūtīšanu. Dekompresijas procesa laikā sākotnējos datus var pilnībā rekonstruēt.

Run Length Encoding parasti tiek izmantots digitālo attēlu saspiešanai, jo tas efektīvi samazina informācijas dublēšanu materiālos, piemēram, atkārtojas modeļi, skrējieni pikseļi vai lielas platības, kas piepildītas ar vienu krāsu. Teksta dokumenti ir piemēroti arī RLE saspiešanai, jo tajos bieži ir atkārtoti vārdi un frāzes.

Run Length Encoding izmanto to, ka ir daudz audio failu secīgu paraugu identiskas vērtības lai samazinātu to izmēru, bet pēc dekompresijas saglabātu to sākotnējo kvalitāti. Parasti tas var ievērojami samazināt faila lielumu 50% vai vairāk – ar ļoti maziem zaudējumiem audio kvalitātes un veiktspējas ziņā.

Lietojot RLE kodējumu, ir svarīgi atcerēties, ka, lai gan tas, visticamāk, samazinās failu izmērus saistībā ar skaņas vai attēla failiem, tas var nebūt izdevīgi teksta failiem, kuriem parasti nav daudz dublēšanas, jo tie ir izveidoti tradicionāli. . Tāpēc pirms galīgās izvēles par to, vai šāda veida kompresijas tehnoloģija ir vispiemērotākā jūsu vajadzībām, var būt nepieciešami daži eksperimenti ar dažāda veida lietojumprogrammām.

Huffman kodēšana

Huffman kodēšana ir adaptīvs, bezzudumu datu saspiešanas algoritms. Šis algoritms izmanto datu simbolu vai rakstzīmju kopu, kā arī to sastopamības biežumu failā, lai izveidotu efektīvu prefiksa kodu. Šis kods sastāv no īsākiem koda vārdiem, kas apzīmē biežākas rakstzīmes, un garākiem koda vārdiem, kas apzīmē retākus. Izmantojot šos kodus, Huffman Coding var samazināt faila lielumu, maz ietekmējot tā datu integritāti.

Huffman Coding darbojas divos posmos: izveido unikālu simbolu kodu kopu un izmanto to datu straumes saspiešanai. Simbolu kodus parasti veido no dažāda faila rakstzīmju sadalījuma un informācijas, kas iegūta, pārbaudot relatīvās frekvences, ar kurām tajā parādās dažādas rakstzīmes. Parasti Huffman Coding darbojas efektīvāk nekā citi bezzudumu saspiešanas algoritmi, ja tos izmanto datu plūsmās, kurās ir simboli, kuriem ir nevienlīdzīgas rašanās varbūtības – piemēram, raksturojot teksta dokumentu, kurā daži burti (piemēram "e") notiek biežāk nekā citi (piemēram "z").

Aritmētiskā kodēšana

Viens bezzudumu saspiešanas veids, ko var izmantot, tiek saukts Aritmētiskā kodēšana. Šī metode izmanto to, ka datu straumē var būt liekas daļas, kas aizņem vietu, bet nesniedz faktisku informāciju. Tas saspiež datus, noņemot šīs liekās daļas, vienlaikus saglabājot sākotnējo informācijas saturu.

Lai saprastu, kā darbojas aritmētiskā kodēšana, apskatīsim uz tekstu balstītu piemēru. Pieņemsim, ka mūsu datu straumē ir četras rakstzīmes - A, B, C, un D. Ja dati tiktu atstāti nesaspiesti, katra rakstzīme visā straumē aizņemtu astoņus bitus, kas kopā veido 32 bitus. Tomēr, izmantojot aritmētisko kodēšanu, atkārtotās vērtības patīk A un B var attēlot ar mazāk nekā astoņiem bitiem katrā.

Šajā piemērā mēs izmantosim četru bitu blokus, lai attēlotu katru rakstzīmi, kas nozīmē, ka visas četras rakstzīmes var iepakot vienā 16 bitu blokā. Kodētājs aplūko datu straumi un katrai rakstzīmei piešķir varbūtības, pamatojoties uz to iespējamību parādīties secīgās virknēs, lai ietaupītu vietu, vienlaikus nodrošinot maksimālu precizitāti, kad tie tiek atspiesti otrā galā. Tāpēc saspiešanas laikā tikai tām rakstzīmēm ar lielāku varbūtību ir nepieciešams mazāk bitu, savukārt tām rakstzīmēm ar zemākām frekvencēm vai tām, kas parādās retāk, katrā rakstzīmju blokā būs nepieciešams vairāk bitu, taču tās joprojām ir apvienotas vienā 16 bitu blokā, piemēram, pirms vairāku baitu saglabāšanas visā datu plūsmā, kad salīdzinot ar tā nesaspiesto versiju.

Kā lietot bezzudumu kompresiju

Zaudēšana bez saspiešanas ir datu kodēšanas un saspiešanas veids, nezaudējot informāciju. Šo saspiešanas metodi izmanto, lai samazinātu digitālo attēlu, audio un video failu izmēru. Bezzudumu saspiešana ļauj saglabāt datus, nepārsniedzot to sākotnējā lieluma daļu, tādējādi iegūstot daudz mazāku failu.

Tātad, iedziļināsimies detaļās un izpētīsim kā izmantot bezzudumu saspiešanu:

Failu formāti

Zaudēšana bez saspiešanas ir datu saspiešanas veids, kas samazina faila lielumu, nezaudējot nekādus datus, kas ietverti sākotnējā failā. Tas padara to par ideālu metodi lielu failu, piemēram, digitālo fotogrāfiju, audio failu un videoklipu, saspiešanai. Lai izmantotu šāda veida saspiešanu, jums ir jāsaprot, kādus failu tipus atbalsta bezzudumu kompresori un kā tos pareizi iestatīt, lai iegūtu optimālus rezultātus.

Saspiežot failu bezzudumu nolūkā, jums ir vairākas failu formātu opcijas. Visticamāk, jūs izvēlēsities starp JPEG un PNG jo tie abi nodrošina izcilus rezultātus ar labiem failu izmēriem. Varat arī izmantot tādus formātus kā GIF vai TIFF ja jūsu programmatūra tos atbalsta. Ir arī daži īpaši saspiesti formāti, kas īpaši paredzēti audio vai video. Tie ietver FLAC (bezzudumu audio), AVI (bezzudumu video) un QuickTime Apple Lossless formāts (ALAC).

Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai gan šie formāti piedāvā labāku saspiešanu nekā nesaspiestie, ar tiem var būt grūtāk strādāt, jo dažās lietojumprogrammās un programmatūras programmās tie ir ierobežoti. Atkarībā no jūsu iestatījuma, izmantojot nesaspiesti formāti ilgtermiņā var būt vienkāršāk, pat ja tas aizņem vairāk vietas diskā.

Saspiešanas rīki

Ir pieejami dažādi saspiešanas rīki, kas paredzēti datu failu lieluma samazināšanai, vienlaikus saglabājot sākotnējo datu integritāti. Šie rīki izmanto algoritmus, lai identificētu liekos datus un izmestu tos no faila, nezaudējot nekādu informāciju.

Bezzudumu saspiešana ir īpaši noderīga grafiskiem attēliem vai audio un video ierakstiem. Tādi rīki kā ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP un ARJ atbalsta dažādus bezzudumu saspiešanas līmeņus dažādiem failu tipiem, tostarp PDF failiem un saspiestiem izpildāmajiem failiem (EXE). Piemēram, ja saspiežat attēlu ar kādu no šiem formātiem vietnē maksimālā izmēra samazināšanas iestatījums, jūs varētu atvērt un skatīt šo attēlu, nezaudējot nekādu detaļu vai krāsu informāciju.

Izmantotais algoritms ietekmēs sasniedzamo faila lielumu, kā arī laiku, kas nepieciešams faila apstrādei un saspiešanai. Tas var ilgt no minūtēm līdz vairākām stundām atkarībā no jūsu izvēlētā instrumenta izsmalcinātības. Populāri saspiešanas rīki, piemēram, 7 rāvējslēdzējs (LZMA2) piedāvā augstāku saspiešanas līmeni, bet prasa ilgāku apstrādes laiku. Ļoti optimizētas programmas, piemēram SQ=z (SQUASH) ir zema līmeņa rutīnas, kas zibens ātrumā var izspiest papildu baitus salīdzinājumā ar tādām populārām lietojumprogrammām kā WinZip or WinRAR taču to tehniskā sarežģītība nozīmē, ka tos reti izmanto amatieri datoru lietotāji.

Attēla kompresija

Attēla kompresija ir veids, kā samazināt digitālā attēla attēlošanai nepieciešamo datu apjomu. Tas tiek darīts, izmantojot vienu vai abas no divām pieejām: noņemot vai samazinot nenozīmīgos attēla datus, ko sauc bezzudumu kompresija; vai rūpīgi izdzēšot datus, sauc zudumu saspiešana.

ar bezzudumu kompresija, attēls izskatās tieši tāpat kā pirms saspiešanas, un glabāšanai tiek izmantots mazāk atmiņas. Ar zudumu saspiešana Izmantojot paņēmienu, daži dati tiek zaudēti, kad fails tiek saglabāts un atkārtoti saspiests, bet, ja tas tiek izdarīts pareizi, oriģinālajā nesaspiestajā failā nevajadzētu redzēt nekādus redzamus kropļojumus.

Bezzudumu saspiešanas metodes tiek plaši izmantotas digitālajā fotogrāfijā un grafiskā dizaina darbplūsmās. Bezzudumu metodes ļauj saspiest failus daudz mazākos izmēros nekā tad, ja tie tiktu saspiesti ar citām metodēm, piemēram, JPEG attēliem, kas paredzēti zudumu saspiešana kur jūs iegūstat mazāku faila izmēru uz kvalitātes vai detaļu zuduma rēķina.

Bezzudumu attēlu formāti ietver:

• Uguņošanas PNG (ortf)
• GIF (gif)
• un visbiežāk izmantotais formāts TIFF (tiff).

Attēlu apstrādes programmatūras lietojumprogrammas, piemēram, Photoshop, var atvērt dažāda veida attēlus un pārvērst tos vienā no šiem formātiem, izmantojot tādas funkcijas kā “Saglabāt kā”, kas norāda, cik bieži faili tiek konvertēti starp formātiem, nelejupielādējot papildu programmatūru.

Daži alternatīvi attēlu formāti, piemēram, JPEG 2000 (jp2) arī izmanto šāda veida saspiešanas paņēmienus, taču tie sniedz papildu priekšrocības, jo tie var precīzāk uzglabāt tiešu informāciju salīdzinājumā ar JPEG, vienlaikus saglabājot nelielu faila izmēru, pateicoties to efektīvajai kodēšanas shēmai.

Secinājumi

Zaudēšana bez saspiešanas ir spēcīgs rīks, kas var palīdzēt samazināt failu izmērus un ietaupīt vietu krātuvē, vienlaikus nodrošinot, ka procesā nezaudējat nekādus datus. Tas ļauj saspiest failus, nezaudējot nekādu informāciju, ko tie satur, padarot tos vieglāk uzglabāt, piekļūt un kopīgot.

Visbeidzot, bezzudumu kompresija ir būtisks mūsdienu datu uzglabāšanas un pārvaldības instruments.

Bezzudumu saspiešanas kopsavilkums

Zaudēšana bez saspiešanas ir datu saspiešanas paņēmiens, kas samazina faila izmērus, nezaudējot tajā esošos datus. Tas ir ideāli piemērots teksta failu, piemēram, dokumentu, izklājlapu, kā arī attēlu un audio failu saspiešanai.

Bezzudumu saspiešanas galvenā priekšrocība ir tā ļauj samazināt faila lielumu, nezaudējot faila kvalitāti. Tas nozīmē, ka vienu un to pašu failu var saspiest vairākas reizes, tādējādi atvieglojot lielu failu ātru un vienkāršu glabāšanu un pārsūtīšanu. Tas arī ļauj efektīvāk izmantot krātuvi, no faila noņemot liekos datus un saglabājot tikai būtiskos informācijas elementus.

Kopumā ir divu veidu bezzudumu saspiešanas algoritmi - uz vārdnīcām balstīti algoritmi piemēram, Deflate/GZip vai Lempel-Ziv (kas saspiež failus indeksētā sarakstā) vai atlaišanas novēršanas metodes piemēram, aritmētiskā kodēšana vai darbības garuma kodēšana (kas novērš dublēšanos, kodējot atkārtotus modeļus). Katram veidam ir savi īpašie mērķi attiecībā uz multivides veidiem un lietojumprogrammām.

Attēliem, īpaši bezzudumu attēlu formātiem, piemēram PNG ir priekšroka salīdzinājumā ar citiem zudumiem bagātiem formātiem, piemēram, JPEG jo tie saglabā attēla detaļas labāk nekā JPEG, vienlaikus piedāvājot saprātīgu saspiešanas līmeni bez būtiskas attēla kvalitātes pasliktināšanās vai grūtībām dekodēt vai izgūt sākotnējos avota datus. Līdzīgi, digitālais audio nesaspiesti viļņu formas faili mēdz darīt labāk ar vektoru kvantēšanas metodes nevis tīras bitu pārraides ātruma samazināšanas metodes.

Visbeidzot, bezzudumu saspiešana ir efektīvs veids, kā samazināt lielus failu izmērus, nezaudējot kvalitāti; tas padara tos par lielisku alternatīvu vērtīgu datu saglabāšanai, vienlaikus ietaupot krātuves vietu un izmaksas. Tā kā dažādi algoritmi dažādiem multivides veidiem ir piemēroti efektīvāk nekā citi, vienmēr vislabāk ir izpētīt, kurš formāts vislabāk atbilst jūsu privātuma aizsardzības un telpas efektivitātes vajadzībām — pareizā izvēle var būtiski mainīt!

Bezzudumu kompresijas priekšrocības

Zaudēšana bez saspiešanas ir datu kodēšanas un dekodēšanas process, kas ļauj failiem ietaupīt vietu, nezaudējot kvalitāti. Lai gan uzglabāšanas izmaksas pastāvīgi samazinās, augstas kvalitātes digitālā satura uzturēšana var būt dārga un laikietilpīga. Bezzudumu saspiešanas algoritmi atvieglo uzglabāšanu, tīkla optimizāciju un failu pārsūtīšanu dažādās sistēmās. Turklāt optimizēts datu pārraides ātrums var samazināt darbības izmaksas, kas saistītas ar I/O operācijām, un palīdzēt zinātnisko vai medicīnisko datu analīzes nodaļām ātrāk apstiprināt savus rezultātus.

Bezzudumu saspiešanas metožu izmantošanas priekšrocības ietver:

• Faila lieluma samazināšana, neradot nekādus traucējumus vai kvalitātes pasliktināšanos
• Uzlabots lapas ielādes ātrums, samazinot tīmeklī pārsūtīto datu apjomu
• Vārtejas uz atvērtā pirmkoda lietojumprogrammām, kas samazina sakaru izmaksas, lai piekļūtu saturam tiešsaistes serveros
• Palielinātas arhivēšanas iespējas digitālā satura ilgtermiņa saglabāšanai
• Pavēra iespējas virtuālajiem instrumentiem un interneta straumēšanas multivides pakalpojumiem, apkalpojot potenciāli lielas auditorijas ar minimāliem joslas platuma resursiem

Sveiki, es esmu Kima, mamma un stop-motion entuziaste ar pieredzi mediju veidošanā un tīmekļa izstrādē. Man ir milzīga aizraušanās ar zīmēšanu un animāciju, un tagad es ienirstu ar galvu stop-motion pasaulē. Izmantojot savu emuāru, es dalos ar jums savās mācībās.