Tapsfri komprimering: Hva er det og hvordan du bruker det

av kim oppdatert: Juni 28, 2022

Lossless kompresjon er et viktig begrep når det gjelder digitale medier. Det refererer til prosessen der data komprimeres uten tap av data. Tapsfri komprimering er en fin måte å redusere filstørrelsen på dine digitale medier uten å ofre kvaliteten.

I denne artikkelen skal vi utforske

• hva tapsfri kompresjon er,
• hvordan det fungererog
• hvordan du kan bruke det til din fordel.

La oss komme i gang!

Definisjon av Lossless Compression

Lossless kompresjon er en type datakomprimering som bevarer alle originale data under kodings- og dekodingsprosessen, slik at resultatet er en eksakt kopi av den originale filen eller dataene. Det fungerer ved å finne mønstre i dataene og lagre dem mer effektivt. For eksempel, hvis en fil har 5 repeterende ord, vil tapsfri komprimering i stedet for å lagre de 5 dupliserte ordene bare lagre én forekomst av det ordet, pluss referanse til hvor det kan finne informasjon om bruken i filen.

I motsetning til lossy komprimering (som forkaster noe informasjon selektivt for å redusere størrelsen) Tapløs komprimering lar deg vedlikeholde bildeoppløsning, tekstklarhet og filintegritet med ingen tap av kvalitet. Dette gjør den egnet for applikasjoner der noe informasjon er viktig og ikke kan ofres for størrelsesreduksjon. Vanlige bruksområder for tapsfri komprimering inkluderer:

• Komprimering av musikkfiler (derfor må lydkvaliteten forbli intakt)
• Komprimering av medisinske bilder (siden små detaljer kan være avgjørende for diagnose)
• Komprimering av kildekoden til programvareapplikasjoner
• Arkivering av dokumenter for langtidslagring.

Eksempler på kompressorer som kan bruke denne typen algoritmer er ZIP- og PNG-filer samt noen bildeformater som TIFF og GIF.

Fordeler med tapsfri kompresjon

Lossless kompresjon er en teknologi som komprimerer data til en mindre størrelse uten tap i kvalitet. Dette er muliggjort gjennom bruk av algoritmer som identifiserer redundante eller repeterende datastrenger, og deretter erstatter dem med kortere koder. Bruk av denne metoden kan bidra til å redusere størrelsen på data betraktelig, ofte med halvparten eller mer, som gjør det mulig for brukere å lagre og overføre store mengder informasjon mer effektivt.

Bortsett fra å spare lagringsplass, er det flere andre viktige fordeler ved å bruke tapsfri komprimering. Disse inkluderer:

• Forbedret ytelse: Tapsfri komprimering kan forbedre hastigheten for overføring av filer ettersom de er mindre og tar opp mindre båndbredde under sending eller nedlasting.
• Dataintegritet: Fordi ingen data går tapt ved bruk av tapsfri komprimering, vil all informasjon som er kodet forbli intakt ved dekompresjon.
• kompatibilitet: Komprimerte filer kan vanligvis åpnes med en rekke applikasjoner på forskjellige plattformer på grunn av standardkodingsalgoritmene.
• Redusert behandlingstid: Redusering av filstørrelsen gir raskere prosesser som utskrift, strømming og redigering ettersom mindre filer krever mindre datakraft.

Typer tapsfri kompresjon

Det finnes ulike typer tapsfri kompresjon teknikker som lar deg komprimere data uten å miste informasjon. De vanligste typene tapsfri kompresjon er ZIP, gzip og LZW. Disse tre, sammen med andre forskjellige typer, har alle sine egne fordeler og ulemper.

I denne artikkelen vil vi diskutere de forskjellige typene tapsfrie komprimeringsmetoder og hvordan du bruker dem:

• ZIP
• gzip
• LZW

Kjør lengdekoding

Run Length Encoding (RLE) er en datakomprimeringsalgoritme som brukes til å redusere størrelsen på en fil uten å miste data. Det fungerer ved å analysere data, søke etter påfølgende tegn og deretter komprimere dem til en mindre, mer komprimert form. Dette gjør filene enklere å lagre og overføre. Under dekompresjonsprosessen kan de opprinnelige dataene rekonstrueres fullstendig.

Run Length Encoding brukes ofte for å komprimere digitale bilder da det effektivt reduserer informasjonsredundans i materiale som f.eks. repeterende mønstre, løper av piksler eller store områder fylt med en enkelt farge. Tekstdokumenter er også egnede kandidater for RLE-komprimering fordi de ofte inneholder repeterende ord og fraser.

Run Length Encoding drar fordel av det faktum at mange sekvensielle prøver i lydfiler har identiske verdier for å redusere dem i størrelse, men opprettholde sin opprinnelige kvalitet ved dekompresjon. Dette kan føre til betydelige reduksjoner i filstørrelse - vanligvis 50% eller mer – med svært få tap når det gjelder lydkvalitet og ytelse.

Når du bruker RLE-koding, er det viktig å huske at selv om det sannsynligvis vil redusere filstørrelser relatert til lyd- eller bildefiler, er det kanskje ikke gunstig for typer tekstfiler som har en tendens til ikke å ha mye redundans på grunn av hvordan de er laget konvensjonelt . Derfor kan det være nødvendig å eksperimentere med ulike typer applikasjoner før du tar et endelig valg om denne typen komprimeringsteknologi passer best for dine behov.

Huffman-koding

Huffman-koding er en adaptiv, tapsfri datakomprimeringsalgoritme. Denne algoritmen bruker et sett med datasymboler, eller tegn, sammen med deres forekomstfrekvens i en fil for å konstruere en effektiv prefikskode. Denne koden består av kortere kodeord som representerer hyppigere tegn og lengre kodeord som representerer sjeldnere. Ved å bruke disse kodene kan Huffman Coding redusere filstørrelsen med liten effekt på dataintegriteten.

Huffman Coding fungerer i to trinn: å konstruere et sett med unike symbolkoder og bruke det til å komprimere datastrømmen. Symbolkodene er generelt konstruert fra diverse fils distribusjon av tegn og fra informasjon innhentet ved å undersøke de relative frekvensene som forskjellige tegn forekommer i den. Generelt fungerer Huffman Coding mer effektivt enn andre tapsfrie komprimeringsalgoritmer når de brukes på datastrømmer som inneholder symboler som har ulik sannsynlighet for forekomst – for eksempel karakterisering av et tekstdokument der noen bokstaver (som "e") forekommer oftere enn andre (som "z").

Aritmetisk koding

En type tapsfri kompresjon som kan brukes kalles Aritmetisk koding. Denne metoden utnytter det faktum at en datastrøm kan ha overflødige deler som bruker opp plass, men som ikke formidler faktisk informasjon. Den komprimerer dataene ved å fjerne disse overflødige delene samtidig som den bevarer det opprinnelige informasjonsinnholdet.

For å forstå hvordan aritmetisk koding fungerer, la oss vurdere et tekstbasert eksempel. Anta at det er fire tegn i datastrømmen vår – A, B, C, og D. Hvis dataene ble stående ukomprimert, ville hvert tegn ta opp åtte biter for totalt 32 biter over hele strømmen. Med aritmetisk koding liker imidlertid de repeterende verdiene A og B kan representeres med færre enn åtte biter hver.

I dette eksemplet vil vi bruke fire-bits blokker for å representere hvert tegn, noe som betyr at alle fire tegnene kan pakkes inn i en enkelt 16-bits blokk. Koderen ser på datastrømmen og tildeler sannsynligheter til hvert tegn basert på sannsynligheten for å vises i påfølgende strenger for å spare plass samtidig som den sikrer maksimal nøyaktighet når de dekomprimeres i den andre enden. Under komprimering tar derfor bare de tegnene med høyere sannsynlighet færre biter, mens de med lavere frekvenser eller de som vises sjeldnere vil kreve flere biter per tegnblokk, men fortsatt forbli samlet innenfor en 16-bits blokk som før de lagrer flere byte over hele datastrømmen når sammenlignet med den ukomprimerte versjonen.

Hvordan bruke komprimering uten tap

Lossless kompresjon er en måte å kode og komprimere data på uten tap av informasjon. Denne komprimeringsmetoden brukes til å redusere størrelsen på digitale bilder, lyd- og videofiler. Tapsfri komprimering gjør at data kan lagres i en brøkdel av den opprinnelige størrelsen, noe som resulterer i en mye mindre fil.

Så la oss gå i detalj og utforske hvordan du bruker tapsfri komprimering:

Filformater

Lossless kompresjon er en type datakomprimering som reduserer filstørrelsen uten å ofre noen av dataene i den opprinnelige filen. Dette gjør det til en ideell metode for å komprimere store filer som digitale fotografier, lydfiler og videoklipp. For å bruke denne typen komprimering, må du forstå hvilke filtyper som støttes av tapsfrie kompressorer og hvordan du konfigurerer dem riktig for optimale resultater.

Når du komprimerer en fil for tapsfrie formål, har du flere alternativer for filformater. Mest sannsynlig vil du velge mellom JPEG og PNG da de begge gir utmerkede resultater med gode filstørrelser. Du kan også bruke formater som GIF eller TIFF hvis programvaren din støtter dem. Det er også noen spesifikke komprimerte formater designet spesielt for lyd eller video. Disse inkluderer FLAC (tapsfri lyd), AVI (tapsfri video) og QuickTimes Apple Lossless-format (ALAC).

Det er viktig å merke seg at selv om disse formatene tilbyr bedre komprimering enn deres ikke-komprimerte motparter, kan de være vanskeligere å jobbe med på grunn av deres begrensede støtte i enkelte programmer og programmer. Avhengig av oppsettet ditt, bruk ukomprimerte formater kan være enklere i det lange løp selv om det tar opp mer diskplass.

Komprimeringsverktøy

Det finnes en rekke komprimeringsverktøy tilgjengelig som er designet for å redusere størrelsen på datafiler og samtidig opprettholde integriteten til de originale dataene. Disse verktøyene bruker algoritmer for å identifisere overflødige data og forkaste dem fra filen uten å miste informasjon.

Tapsfri komprimering er spesielt nyttig for grafiske bilder eller lyd- og videoopptak. Verktøy som f.eks ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP og ARJ støtter ulike nivåer av tapsfri komprimering for en rekke filtyper, inkludert PDF-er og komprimerte kjørbare filer (EXE). For eksempel hvis du komprimerer et bilde med et av disse formatene på innstilling for maksimal størrelsesreduksjon, vil du kunne åpne og vise bildet uten å miste noen detaljer eller fargeinformasjon.

Algoritmen som brukes vil påvirke filstørrelsen som kan oppnås, samt tiden det tar å behandle og komprimere en fil. Dette kan variere fra minutter til flere timer avhengig av hvor sofistikert det valgte verktøyet er. Populære komprimeringsverktøy som f.eks 7-zip (LZMA2) tilbyr høyere nivåer av komprimering, men krever lengre behandlingstider. Svært optimaliserte programmer som SQ=z (SQUASH) er rutiner på lavt nivå som kan presse ut ekstra byte med lynets hastighet sammenlignet med mer populære applikasjoner som WinZip or WinRAR men deres tekniske kompleksitet betyr at de sjelden brukes av amatør-PC-brukere.

Bildekomprimering

Bildekomprimering er en måte å redusere mengden data som kreves for å representere et digitalt bilde. Dette gjøres ved en eller begge av to tilnærminger: ved å fjerne eller redusere ubetydelige bildedata, kalt tapsfri kompresjon; eller ved forsiktig dataeliminering, kalt lossy komprimering.

Med tapsfri kompresjon, vises bildet nøyaktig slik det gjorde før det ble komprimert og bruker mindre minne til lagring. Med en lossy komprimering teknikk, noen data går tapt når filen lagres og komprimeres på nytt, men når det gjøres riktig, skal det ikke sees noen synlig forvrengning fra den originale ukomprimerte filen.

Tapsfrie komprimeringsteknikker er mye brukt i digital fotografering og i arbeidsflyter for grafisk design. Tapsfrie teknikker gjør det mulig å komprimere filer til mye mindre størrelser enn om de ble komprimert med andre metoder som JPEG-bilder som er laget for lossy komprimering hvor du får en mindre filstørrelse på bekostning av tapt kvalitet eller detaljer.

Tapsfrie bildeformater inkluderer:

• Fyrverkeri PNG-er (ortf)
• GIFs (gif)
• og mest brukte formatet TIFF (tiff).

Bildebehandlingsprogramvare som Photoshop kan åpne forskjellige typer bilder og konvertere dem til et av disse formatene ved å bruke funksjoner som "Lagre som", som er hvor ofte filer konverteres mellom formater uten å måtte laste ned ekstra programvare.

Noen alternative bildeformater som f.eks JPEG 2000 (jp2) bruker også denne typen komprimeringsteknikk, men de gir en ekstra fordel siden de kan lagre mer nøyaktig direkte informasjon sammenlignet med JPEG-er mens de fortsatt har en liten filstørrelse på grunn av deres effektive kodeskjema.

konklusjonen

Lossless kompresjon er et kraftig verktøy som kan hjelpe deg med å redusere filstørrelser og spare lagringsplass, samtidig som du sørger for at du ikke mister noen data i prosessen. Det lar deg komprimere filer uten å miste noe av informasjonen de inneholder, noe som gjør dem enklere å lagre, få tilgang til og dele.

I konklusjonen, tapsfri kompresjon er et viktig verktøy for moderne datalagring og -administrasjon.

Sammendrag av komprimering uten tap

Lossless kompresjon er en type datakomprimeringsteknikk som reduserer filstørrelser uten å ofre noen av dataene som finnes i. Den er ideell for å komprimere tekstbaserte filer som dokumenter, regneark, samt bilder og lydfiler.

Den største fordelen med tapsfri komprimering er at det lar deg redusere størrelsen på en fil uten å ofre filkvaliteten. Dette betyr at den samme nøyaktige filen kan komprimeres flere ganger, noe som gjør det enklere å lagre og overføre store filer raskt og enkelt. Det gir også mulighet for mer effektiv lagringsbruk ved å fjerne overflødige data fra en fil og lagre bare de essensielle elementene av informasjon.

Generelt er det to typer tapsfrie komprimeringsalgoritmer – ordbokbaserte algoritmer som Deflate/GZip eller Lempel-Ziv (som komprimerer filer til en indeksert liste) eller metoder for eliminering av redundans for eksempel aritmetisk koding eller løpelengdekoding (som fjerner redundans ved å kode repeterende mønstre). Hver type har sine egne spesifikke formål når det kommer til typer medier og applikasjoner.

For bilder, spesielt tapsfrie bildeformater som PNG foretrekkes fremfor andre tapsformater som f.eks JPEG fordi de bevarer bildedetaljer bedre enn JPEG gjør, samtidig som de tilbyr et rimelig nivå av komprimering uten vesentlig forringelse av bildekvaliteten eller vanskeligheter med å dekode eller hente de originale kildedataene. Tilsvarende digital lyd ukomprimerte bølgeformfiler har en tendens til å gjøre det bedre med vektorkvantiseringsteknikker snarere enn rene bitrate reduksjonsteknikker.

Avslutningsvis er tapsfri komprimering en effektiv måte å redusere store filstørrelser uten å ofre kvalitet; dette gjør dem til gode alternativer for å bevare verdifulle data samtidig som de sparer lagringsplass og kostnader. Ettersom forskjellige algoritmer passer forskjellige typer medier mer effektivt enn andre, er det alltid best å undersøke hvilket format som passer best for dine behov for både personvern og plasseffektivitet – det riktige valget kan utgjøre hele forskjellen!

Fordeler med tapsfri kompresjon

Lossless kompresjon er en datakodings- og dekodingsprosess som lar filer spare plass uten å ofre kvaliteten. Selv om kostnadene for lagring konsekvent synker, kan det være dyrt og tidkrevende å opprettholde digitalt innhold av høy kvalitet. Tapsfrie komprimeringsalgoritmer forenkler lagring, nettverksoptimalisering og filoverføring på tvers av forskjellige systemer. I tillegg kan optimaliserte dataoverføringshastigheter redusere driftskostnader forbundet med I/O-operasjoner og hjelpe vitenskapelige eller medisinske dataanalyseavdelinger med å validere resultatene sine raskere.

Fordelene ved å bruke tapsfrie kompresjonsteknikker inkluderer:

• Reduksjon i filstørrelse uten å introdusere noen forvrengning eller kvalitetsforringelse
• Forbedret sideinnlastingshastighet ved å redusere mengden data som overføres over nettet
• Gatewayer til åpen kildekode-applikasjoner som reduserer kommunikasjonskostnadene for å få tilgang til innhold på nettservere
• Økte arkiveringsmuligheter for langsiktig bevaring av digitalt innhold
• Åpnet muligheter for virtuell instrumentering og Internett-strømmemedietjenester ved å ta vare på potensielt massive publikummere med minimale båndbredderessurser

Hei, jeg er Kim, en mamma og en stop-motion-entusiast med bakgrunn innen medieskaping og nettutvikling. Jeg har en enorm lidenskap for tegning og animasjon, og nå dykker jeg med hodet først inn i stop-motion-verdenen. Med bloggen min deler jeg det jeg har lært med dere.