Kompresja bezstratna: co to jest i jak z niej korzystać

przez kim Aktualizacja: 28 czerwca 2022 r.

Kompresja bezstratna jest ważną koncepcją, jeśli chodzi o media cyfrowe. Odnosi się do procesu, w którym dane są kompresowane bez utraty danych. Kompresja bezstratna to świetny sposób na zmniejszenie rozmiaru plików multimediów cyfrowych bez utraty jakości.

W tym artykule zbadamy

• czym jest kompresja bezstratna,
• jak to działa,
• jak możesz to wykorzystać na swoją korzyść.

Zacznijmy!

Definicja kompresji bezstratnej

Kompresja bezstratna to rodzaj kompresji danych, który zachowuje wszystkie oryginalne dane podczas procesu kodowania i dekodowania, tak że wynikiem jest dokładna replika oryginalnego pliku lub danych. Działa, znajdując wzorce w danych i wydajniej je przechowując. Na przykład, jeśli plik ma 5 powtarzających się słów, zamiast przechowywać te 5 zduplikowanych słów, bezstratna kompresja zapisze tylko jedno wystąpienie tego słowa oraz odniesienie do miejsca, w którym można znaleźć informacje o jego użyciu w pliku.

w odróżnieniu Kompresja stratna (który odrzuca niektóre informacje selektywnie w celu zmniejszenia rozmiaru) Kompresja bezstratna pozwala zachować rozdzielczość obrazu, przejrzystość tekstu i integralność plików brak utraty jakości. Dzięki temu nadaje się do zastosowań, w których niektóre informacje są niezbędne i nie można ich poświęcić w celu zmniejszenia rozmiaru. Typowe zastosowania bezstratnej kompresji obejmują:

• Kompresja plików muzycznych (dlatego jakość dźwięku musi pozostać nienaruszona)
• Kompresja obrazów medycznych (ponieważ małe szczegóły mogą mieć kluczowe znaczenie dla diagnozy)
• Kompresja kodu źródłowego aplikacji
• Archiwizacja dokumentów do długoterminowego przechowywania.

Przykładami kompresorów, które mogą korzystać z tego typu algorytmu są Pliki ZIP i PNG a także niektóre formaty obrazów, takie jak TIFF i GIF.

Korzyści z bezstratnej kompresji

Kompresja bezstratna to technologia, która kompresuje dane do mniejszego rozmiaru bez utraty jakości. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu algorytmów, które identyfikują nadmiarowe lub powtarzające się ciągi danych, a następnie zastępują je krótszymi kodami. Użycie tej metody może pomóc w znacznym zmniejszeniu rozmiaru danych, często o ok połowę lub więcej, umożliwiając użytkownikom wydajniejsze przechowywanie i przesyłanie dużych ilości informacji.

Oprócz oszczędności miejsca w pamięci masowej, stosowanie kompresji bezstratnej ma kilka innych kluczowych zalet. Obejmują one:

• Lepsza wydajność: Kompresja bezstratna może poprawić szybkość przesyłania plików, ponieważ są one mniejsze i zajmują mniej przepustowości podczas wysyłania lub pobierania.
• Integralność danych: Ponieważ podczas korzystania z bezstratnej kompresji żadne dane nie zostaną utracone, wszelkie zakodowane informacje pozostaną nienaruszone podczas dekompresji.
• zgodność: Skompresowane pliki można zwykle otwierać za pomocą różnych aplikacji na różnych platformach dzięki standardowym algorytmom kodowania.
• Skrócony czas przetwarzania: Zmniejszenie rozmiaru pliku przyspiesza takie procesy, jak drukowanie, przesyłanie strumieniowe i edycja, ponieważ mniejsze pliki wymagają mniejszej mocy obliczeniowej.

Rodzaje kompresji bezstratnej

Istnieją różne rodzaje bezstratna kompresja technik, które pozwalają na kompresję danych bez utraty jakichkolwiek informacji. Najpopularniejsze rodzaje kompresji bezstratnej to ZIP, gzip i LZW. Te trzy, wraz z innymi różnymi typami, mają swoje zalety i wady.

W tym artykule omówimy różne rodzaje metod kompresji bezstratnej i sposoby ich wykorzystania:

• ZIP
• gzip
• LZW

Kodowanie długości przebiegu

Kodowanie długości serii (RLE) to algorytm kompresji danych używany do zmniejszania rozmiaru pliku bez utraty jakichkolwiek danych. Działa na zasadzie analizy danych, wyszukiwania kolejnych znaków, a następnie kompresji ich do mniejszej, bardziej skondensowanej postaci. Ułatwia to przechowywanie i przesyłanie plików. Podczas procesu dekompresji oryginalne dane mogą zostać całkowicie zrekonstruowane.

Run Length Encoding jest powszechnie używany do kompresji obrazów cyfrowych, ponieważ skutecznie zmniejsza redundancję informacji w materiałach takich jak powtarzające się wzory, przebiegi pikseli lub duże obszary wypełnione jednym kolorem. Dokumenty tekstowe są również odpowiednimi kandydatami do kompresji RLE, ponieważ często zawierają powtarzające się słowa i frazy.

Run Length Encoding wykorzystuje fakt, że wiele sekwencyjnych próbek w plikach audio ma identyczne wartości w celu zmniejszenia ich rozmiaru, ale zachowania ich pierwotnej jakości po dekompresji. Może to zazwyczaj prowadzić do znacznego zmniejszenia rozmiaru pliku 50% lub więcej – z bardzo niewielkimi stratami w zakresie jakości dźwięku i wydajności.

Podczas korzystania z kodowania RLE należy pamiętać, że chociaż może to zmniejszyć rozmiary plików związanych z plikami dźwiękowymi lub obrazami, w rzeczywistości może nie być korzystne dla typów plików tekstowych, które zwykle nie mają zbyt dużej redundancji ze względu na sposób ich konwencjonalnego tworzenia . Dlatego przed dokonaniem ostatecznego wyboru, czy ten typ technologii kompresji najlepiej odpowiada Twoim potrzebom, może być konieczne przeprowadzenie pewnych eksperymentów z różnymi typami aplikacji.

Kodowanie Huffmana

Kodowanie Huffmana to adaptacyjny, bezstratny algorytm kompresji danych. Algorytm ten wykorzystuje zestaw symboli danych lub znaków wraz z częstotliwością ich występowania w pliku w celu skonstruowania wydajnego kodu prefiksu. Ten kod składa się z krótszych słów kodowych, które reprezentują częstsze znaki i dłuższych słów kodowych, które reprezentują rzadsze. Korzystając z tych kodów, Huffman Coding może zmniejszyć rozmiar pliku z niewielkim wpływem na integralność danych.

Huffman Coding działa w dwóch krokach: konstruując zestaw unikalnych kodów symboli i wykorzystując go do kompresji strumienia danych. Kody symboli są generalnie konstruowane z rozkładu znaków w różnych plikach oraz z informacji uzyskanych poprzez badanie względnych częstotliwości, z którymi występują w nim różne postaci. Ogólnie rzecz biorąc, kodowanie Huffmana działa wydajniej niż inne algorytmy bezstratnej kompresji, gdy jest używane na strumieniach danych zawierających symbole, które nierówne prawdopodobieństwo wystąpienia – na przykład charakteryzujący dokument tekstowy, w którym niektóre litery (jak „e”) występują częściej niż inne (jak „z”).

Kodowanie arytmetyczne

Jednym z rodzajów bezstratnej kompresji, której można użyć, jest tzw Kodowanie arytmetyczne. Ta metoda wykorzystuje fakt, że strumień danych może zawierać nadmiarowe części, które zajmują miejsce, ale które nie przekazują żadnych rzeczywistych informacji. Kompresuje dane, usuwając te zbędne części, zachowując jednocześnie oryginalną zawartość informacyjną.

Aby zrozumieć, jak działa kodowanie arytmetyczne, rozważmy przykład oparty na tekście. Załóżmy, że w naszym strumieniu danych są cztery znaki – A, B, C, i D. Gdyby dane pozostały nieskompresowane, każdy znak zajmowałby osiem bitów, co daje w sumie 32 bity w całym strumieniu. Jednak w przypadku kodowania arytmetycznego powtarzające się wartości, takie jak A i B mogą być reprezentowane przez mniej niż osiem bitów każdy.

W tym przykładzie użyjemy czterobitowych bloków do przedstawienia każdego znaku, co oznacza, że ​​wszystkie cztery znaki mogą być spakowane w jeden 16-bitowy blok. Koder przygląda się strumieniowi danych i przypisuje prawdopodobieństwo każdemu znakowi na podstawie prawdopodobieństwa ich pojawienia się w kolejnych ciągach w celu zaoszczędzenia miejsca przy jednoczesnym zapewnieniu maksymalnej dokładności, gdy są one dekompresowane na drugim końcu. Dlatego podczas kompresji tylko znaki o wyższym prawdopodobieństwie zajmują mniej bitów, podczas gdy te o niższych częstotliwościach lub te, które pojawiają się rzadziej, będą wymagały więcej bitów na blok znaków, ale nadal pozostaną spakowane w jednym 16-bitowym bloku, jak przed zapisaniem kilku bajtów w całym strumieniu danych, gdy w porównaniu z wersją nieskompresowaną.

Jak korzystać z bezstratnej kompresji

Kompresja bezstratna to sposób kodowania i kompresji danych bez utraty informacji. Ta metoda kompresji służy do zmniejszania rozmiaru obrazów cyfrowych, plików audio i wideo. Kompresja bezstratna umożliwia przechowywanie danych w ułamku ich pierwotnego rozmiaru, co skutkuje znacznie mniejszym plikiem.

Przejdźmy więc do szczegółów i zbadajmy jak korzystać z bezstratnej kompresji:

Formaty plików

Kompresja bezstratna to rodzaj kompresji danych, który zmniejsza rozmiar pliku bez utraty jakichkolwiek danych zawartych w oryginalnym pliku. Dzięki temu jest to idealna metoda kompresji dużych plików, takich jak zdjęcia cyfrowe, pliki audio i klipy wideo. Aby korzystać z tego typu kompresji, musisz zrozumieć, jakie typy plików są obsługiwane przez kompresory bezstratne i jak prawidłowo je skonfigurować, aby uzyskać optymalne wyniki.

Podczas kompresji pliku w celach bezstratnych dostępnych jest kilka opcji dotyczących formatów plików. Najprawdopodobniej wybierzesz pomiędzy JPEG i PNG ponieważ oba zapewniają doskonałe wyniki przy dobrych rozmiarach plików. Możesz także użyć formatów, takich jak GIF lub TIFF jeśli oprogramowanie je obsługuje. Istnieją również określone formaty skompresowane zaprojektowane specjalnie dla audio lub wideo. Obejmują one FLAC (bezstratny dźwięk), AVI (bezstratny wideo) i format Apple Lossless QuickTime (ALAC).

Należy zauważyć, że chociaż te formaty zapewniają lepszą kompresję niż ich nieskompresowane odpowiedniki, mogą być trudniejsze w obsłudze ze względu na ich ograniczoną obsługę w niektórych aplikacjach i programach. W zależności od konfiguracji, używając formaty nieskompresowane na dłuższą metę może być prostsza, nawet jeśli zajmuje więcej miejsca na dysku.

Narzędzia do kompresji

Dostępnych jest wiele narzędzi do kompresji zaprojektowanych w celu zmniejszenia rozmiaru plików danych przy jednoczesnym zachowaniu integralności oryginalnych danych. Narzędzia te wykorzystują algorytmy do identyfikowania zbędnych danych i odrzucania ich z pliku bez utraty jakichkolwiek informacji.

Kompresja bezstratna jest szczególnie przydatna w przypadku obrazów graficznych lub nagrań audio i wideo. Narzędzia takie jak ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP i ARJ obsługują różne poziomy bezstratnej kompresji różnych typów plików, w tym plików PDF i skompresowanych plików wykonywalnych (EXE). Na przykład, jeśli skompresujesz obraz w jednym z tych formatów w maksymalne ustawienie redukcji rozmiaru, będziesz mógł otworzyć i wyświetlić to zdjęcie bez utraty szczegółów lub informacji o kolorze.

Zastosowany algorytm wpłynie na rozmiar pliku, który można osiągnąć, a także czas potrzebny do przetworzenia i skompresowania pliku. Może to wynosić od minut do kilku godzin, w zależności od tego, jak zaawansowane jest wybrane narzędzie. Popularne narzędzia do kompresji, takie jak 7-zamek (LZMA2) oferują wyższy poziom kompresji, ale wymagają dłuższego czasu przetwarzania. Wysoce zoptymalizowane programy, takie jak SQ=z (SQUASH) to procedury niskiego poziomu, które mogą wycisnąć dodatkowe bajty z prędkością błyskawicy w porównaniu z bardziej popularnymi aplikacjami, takimi jak WinZip or WinRAR ale ich złożoność techniczna oznacza, że ​​są rzadko używane przez amatorskich użytkowników komputerów PC.

Kompresja obrazu

Kompresja obrazu jest sposobem na zmniejszenie ilości danych wymaganych do przedstawienia obrazu cyfrowego. Odbywa się to za pomocą jednego lub obu podejść: poprzez usunięcie lub zmniejszenie nieistotnych danych obrazu, tzw bezstratna kompresja; lub przez ostrożną eliminację danych, tzw Kompresja stratna.

Z bezstratna kompresja, obraz wygląda dokładnie tak samo jak przed kompresją i zużywa mniej pamięci do przechowywania. z Kompresja stratna technika, niektóre dane są tracone, gdy plik jest zapisywany i ponownie kompresowany, ale jeśli zostanie to zrobione poprawnie, nie powinno być widocznych zniekształceń oryginalnego nieskompresowanego pliku.

Techniki kompresji bezstratnej są szeroko stosowane w fotografii cyfrowej oraz w procesach projektowania graficznego. Techniki bezstratne umożliwiają kompresję plików do znacznie mniejszych rozmiarów niż w przypadku kompresji innymi metodami, takimi jak obrazy JPEG przeznaczone do Kompresja stratna gdzie uzyskujesz mniejszy rozmiar pliku kosztem utraty jakości lub szczegółów.

Bezstratne formaty obrazu obejmują:

• Fajerwerki PNG (ortf)
• GIF (gif)
• i najczęściej używanym formacie TIFF (sprzeczka).

Aplikacje do przetwarzania obrazu, takie jak Photoshop, mogą otwierać różne typy obrazów i konwertować je do jednego z tych formatów przy użyciu funkcji takich jak „Zapisz jako”, która pokazuje, jak często pliki są konwertowane między formatami bez konieczności pobierania dodatkowego oprogramowania.

Niektóre alternatywne formaty obrazów, takie jak JPEG 2000 (jp2) również wykorzystują ten typ techniki kompresji, jednak zapewniają one dodatkową korzyść, ponieważ mogą przechowywać dokładniejsze bezpośrednie informacje w porównaniu z plikami JPEG, a jednocześnie mają mały rozmiar pliku dzięki wydajnemu schematowi kodowania.

Wnioski

Kompresja bezstratna to potężne narzędzie, które może pomóc zmniejszyć rozmiar plików i zaoszczędzić miejsce na dysku, jednocześnie upewniając się, że nie utracisz żadnych danych w tym procesie. Umożliwia kompresję plików bez utraty zawartych w nich informacji, tworząc je łatwiejsze do przechowywania, dostępu i udostępniania.

Podsumowując bezstratna kompresja jest niezbędnym narzędziem do nowoczesnego przechowywania i zarządzania danymi.

Podsumowanie bezstratnej kompresji

Kompresja bezstratna to rodzaj techniki kompresji danych, która zmniejsza rozmiary plików bez utraty jakichkolwiek zawartych w nich danych. Jest idealny do kompresji plików tekstowych, takich jak dokumenty, arkusze kalkulacyjne, a także obrazów i plików audio.

Główną zaletą bezstratnej kompresji jest to, że pozwala zmniejszyć rozmiar pliku bez utraty jakości pliku. Oznacza to, że dokładnie ten sam plik można skompresować wiele razy, co ułatwia szybkie i łatwe przechowywanie i przesyłanie dużych plików. Pozwala również na bardziej efektywne wykorzystanie pamięci masowej poprzez usunięcie z pliku zbędnych danych i przechowywanie tylko niezbędnych elementów informacji.

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa rodzaje algorytmów bezstratnej kompresji – algorytmy oparte na słownikach jak Deflate/GZip lub Lempel-Ziv (który kompresuje pliki do listy indeksowanej) lub metody eliminacji nadmiarowości takie jak kodowanie arytmetyczne lub kodowanie długości serii (które usuwa redundancję poprzez kodowanie powtarzających się wzorców). Każdy typ ma swoje specyficzne cele, jeśli chodzi o typy mediów i aplikacji.

W przypadku obrazów, w szczególności bezstratnych formatów obrazów, takich jak PNG są preferowane w stosunku do innych stratnych formatów, takich jak JPEG ponieważ zachowują szczegóły obrazu lepiej niż JPEG, a jednocześnie oferują rozsądny poziom kompresji bez znacznego pogorszenia jakości obrazu lub trudności w dekodowaniu lub odzyskiwaniu oryginalnych danych źródłowych. Podobnie dźwięk cyfrowy nieskompresowane pliki przebiegów lepiej radzi sobie z techniki kwantyzacji wektorowej zamiast czystych technik redukcji przepływności.

Podsumowując, bezstratna kompresja to skuteczny sposób na zmniejszenie dużych rozmiarów plików bez utraty jakości; dzięki temu stanowią doskonałą alternatywę dla zachowania cennych danych przy jednoczesnej oszczędności miejsca i kosztów. Ponieważ różne algorytmy są lepiej dopasowane do różnych rodzajów mediów niż inne, zawsze najlepiej jest sprawdzić, który format najlepiej odpowiada Twoim potrzebom zarówno w zakresie ochrony prywatności, jak i wydajności przestrzeni — właściwy wybór może mieć znaczenie!

Korzyści z bezstratnej kompresji

Kompresja bezstratna to proces kodowania i dekodowania danych, który pozwala plikom zaoszczędzić miejsce bez utraty jakości. Chociaż koszt przechowywania stale spada, utrzymanie wysokiej jakości treści cyfrowych może być kosztowne i czasochłonne. Algorytmy bezstratnej kompresji ułatwiają przechowywanie, optymalizację sieci i przesyłanie plików między różnymi systemami. Ponadto zoptymalizowane prędkości transmisji danych mogą obniżyć koszty operacyjne związane z operacjami we/wy i pomóc działom naukowym lub medycznym zajmującym się analizą danych w szybszej weryfikacji wyników.

Zalety stosowania bezstratnych technik kompresji obejmują:

• Zmniejszenie rozmiaru pliku bez wprowadzania jakichkolwiek zniekształceń lub pogorszenia jakości
• Poprawiono szybkość ładowania strony, zmniejszając ilość danych przesyłanych przez sieć
• Bramy do aplikacji typu open source, które zmniejszają koszty komunikacji w celu uzyskania dostępu do treści na serwerach online
• Zwiększone możliwości archiwizacji w celu długoterminowego przechowywania treści cyfrowych
• Otwarcie dróg dla wirtualnych instrumentów i internetowych usług strumieniowego przesyłania multimediów poprzez obsługę potencjalnie masowych odbiorców przy minimalnych zasobach przepustowości

Cześć, jestem Kim, jestem mamą i entuzjastką animacji poklatkowej z doświadczeniem w tworzeniu mediów i tworzeniu stron internetowych. Mam ogromną pasję do rysowania i animacji, a teraz rzucam się w świat animacji poklatkowej. Na moim blogu dzielę się z wami moją nauką.