Compressão sem perdas: o que é e como usar

por Kim Atualizado: 28 de Junho de 2022

Compressão sem perdas é um conceito importante quando se trata de mídia digital. Refere-se ao processo onde os dados são compactados sem nenhuma perda de dados. A compactação sem perdas é uma ótima maneira de reduzir o tamanho do arquivo de sua mídia digital sem sacrificar a qualidade.

Neste artigo, exploraremos

• o que é compressão sem perdas,
• como funciona e
• como você pode usar isso a seu favor.

Vamos começar!

Definição de compressão sem perdas

Compressão sem perdas é um tipo de compactação de dados que preserva todos os dados originais durante o processo de codificação e decodificação, de forma que o resultado seja uma réplica exata do arquivo ou dados originais. Ele funciona encontrando padrões nos dados e armazenando-os com mais eficiência. Por exemplo, se um arquivo tiver 5 palavras repetidas, em vez de armazenar essas 5 palavras duplicadas, a compactação sem perda armazenará apenas uma instância dessa palavra, além da referência de onde pode encontrar informações sobre seu uso no arquivo.

Diferentemente dos compressão com perda (que descarta algumas informações seletivamente para reduzir o tamanho) Compressão sem perdas permite que você mantenha resolução de imagem, clareza de texto e integridade de arquivo com sem perda de qualidade. Isso o torna adequado para aplicações em que algumas informações são essenciais e não podem ser sacrificadas para redução de tamanho. Usos comuns para compactação sem perdas incluem:

• Compactando arquivos de música (portanto, a qualidade do áudio deve permanecer intacta)
• Compressão de imagens médicas (já que pequenos detalhes podem ser críticos para o diagnóstico)
• Comprimindo o código-fonte de aplicativos de software
• Arquivamento de documentos para armazenamento de longo prazo.

Exemplos de compressores que podem usar esse tipo de algoritmo são Arquivos ZIP e PNG bem como alguns formatos de imagem como TIFF e GIF.

Benefícios da compactação sem perdas

Compressão sem perdas é uma tecnologia que comprime os dados em um tamanho menor sem qualquer perda de qualidade. Isso é possível por meio do uso de algoritmos que identificam cadeias de dados redundantes ou repetidas e as substituem por códigos mais curtos. O uso desse método pode ajudar a reduzir significativamente o tamanho dos dados, geralmente metade ou mais, permitindo que os usuários armazenem e transmitam grandes quantidades de informações com mais eficiência.

Além de economizar espaço de armazenamento, há vários outros benefícios importantes no uso da compactação sem perdas. Esses incluem:

• Performance melhorada: a compactação sem perdas pode melhorar a velocidade na qual os arquivos são transferidos, pois são menores e ocupam menos largura de banda durante o envio ou download.
• Integridade de dados: como nenhum dado é perdido ao usar compactação sem perdas, qualquer informação codificada permanecerá intacta após a descompactação.
• Compatibilidade: arquivos compactados geralmente podem ser abertos com uma variedade de aplicativos em diferentes plataformas devido a seus algoritmos de codificação padrão.
• Tempo de processamento reduzido: reduzir o tamanho do arquivo acelera processos como impressão, streaming e edição, pois arquivos menores exigem menos poder de computação.

Tipos de compactação sem perdas

Existem vários tipos de compressão sem perdas técnicas que permitem compactar dados sem perder nenhuma informação. Os tipos mais comuns de compactação sem perdas são ZIP, gzip e LZW. Esses três, juntamente com outros tipos, têm suas próprias vantagens e desvantagens.

Neste artigo, discutiremos os diferentes tipos de métodos de compactação sem perdas e como usá-los:

• ZIP
• gzip
• LZWMais

Codificação de comprimento de execução

Codificação de comprimento de execução (RLE) é um algoritmo de compressão de dados utilizado para reduzir o tamanho de um arquivo sem perder nenhum dado. Ele funciona analisando dados, procurando caracteres consecutivos e, em seguida, compactando-os em uma forma menor e mais condensada. Isso torna os arquivos mais fáceis de armazenar e transferir. Durante o processo de descompressão, os dados originais podem ser completamente reconstruídos.

A codificação de comprimento de execução é comumente usada para compactar imagens digitais, pois reduz efetivamente a redundância de informações em materiais como padrões repetitivos, execuções de pixels ou grandes áreas preenchidas com uma única cor. Documentos de texto também são candidatos adequados para compactação RLE porque geralmente contêm palavras e frases repetidas.

A codificação de comprimento de execução aproveita o fato de que muitas amostras sequenciais em arquivos de áudio têm valores idênticos para reduzi-los em tamanho, mas manter sua qualidade original após a descompressão. Isso pode levar a reduções significativas no tamanho do arquivo - geralmente 50% ou mais – com pouquíssimas perdas em termos de qualidade de áudio e desempenho.

Ao usar a codificação RLE, é importante lembrar que, embora seja provável que reduza o tamanho dos arquivos relacionados a arquivos de som ou imagem, pode não ser realmente benéfico para tipos de arquivos de texto que tendem a não ter muita redundância devido à forma como são criados convencionalmente . Portanto, algumas experiências com diferentes tipos de aplicativos podem ser necessárias antes de fazer uma escolha final sobre se esse tipo de tecnologia de compactação é mais adequado para suas necessidades.

Codificação Huffman

Codificação Huffman é um algoritmo de compressão de dados adaptativo e sem perdas. Esse algoritmo usa um conjunto de símbolos de dados, ou caracteres, junto com sua frequência de ocorrência em um arquivo para construir um código de prefixação eficiente. Esse código consiste em palavras-código mais curtas que representam caracteres mais frequentes e palavras-código mais longas que representam os mais raros. Usando esses códigos, o Huffman Coding pode reduzir o tamanho do arquivo com pouco efeito na integridade dos dados.

Huffman Coding funciona em duas etapas: construir um conjunto de códigos de símbolos exclusivos e usá-lo para compactar o fluxo de dados. Os códigos de símbolos são geralmente construídos a partir da distribuição de caracteres do arquivo miscellaneous e de informações obtidas examinando as frequências relativas com as quais caracteres diferentes ocorrem nele. Geralmente, o Huffman Coding opera com mais eficiência do que outros algoritmos de compactação sem perdas quando usado em fluxos de dados que contêm símbolos que têm probabilidades desiguais de ocorrência – por exemplo, caracterizando um documento de texto em que algumas letras (como "e") ocorrem com mais frequência do que outros (como "z").

Codificação Aritmética

Um tipo de compactação sem perdas que pode ser usado é chamado Codificação Aritmética. Esse método aproveita o fato de que um fluxo de dados pode ter partes redundantes que ocupam espaço, mas que não transmitem nenhuma informação real. Ele compacta os dados removendo essas partes redundantes enquanto preserva seu conteúdo de informação original.

Para entender como a Codificação Aritmética funciona, vamos considerar um exemplo baseado em texto. Suponha que haja quatro caracteres em nosso fluxo de dados – A,B,C, e D. Se os dados não fossem compactados, cada caractere ocuparia oito bits, totalizando 32 bits em todo o fluxo. Com a Codificação Aritmética, no entanto, os valores repetitivos como A e B podem ser representados com menos de oito bits cada.

Neste exemplo, usaremos blocos de quatro bits para representar cada caractere, o que significa que todos os quatro caracteres podem ser compactados em um único bloco de 16 bits. O codificador analisa o fluxo de dados e atribui probabilidades a cada caractere com base na probabilidade de aparecer em sequências sucessivas para economizar espaço e garantir a máxima precisão quando são descompactados na outra extremidade. Durante a compactação, portanto, apenas os caracteres com probabilidades mais altas levam menos bits, enquanto aqueles com frequências mais baixas ou aqueles que aparecem com menos frequência exigirão mais bits por bloco de caracteres, mas ainda permanecem agrupados em um bloco de 16 bits, como antes de salvar vários bytes em todo o fluxo de dados quando em comparação com sua versão descompactada.

Como usar a compactação sem perdas

Compressão sem perdas é uma forma de codificar e comprimir dados sem qualquer perda de informação. Esse método de compactação é usado para reduzir o tamanho de imagens digitais, arquivos de áudio e vídeo. A compactação sem perdas permite que os dados sejam armazenados em uma fração de seu tamanho original, resultando em um arquivo muito menor.

Então, vamos entrar em detalhes e explorar como usar compressão sem perdas:

Formatos de arquivo

Compressão sem perdas é um tipo de compactação de dados que reduz o tamanho do arquivo sem sacrificar nenhum dos dados contidos no arquivo original. Isso o torna um método ideal para compactar arquivos grandes, como fotografias digitais, arquivos de áudio e videoclipes. Para usar esse tipo de compactação, você deve entender os tipos de arquivos suportados pelos compactadores sem perdas e como configurá-los adequadamente para obter os melhores resultados.

Ao compactar um arquivo para fins sem perdas, você tem várias opções para formatos de arquivo. Provavelmente, você escolherá entre JPEG e PNG pois ambos fornecem excelentes resultados com bons tamanhos de arquivo. Você também pode usar formatos como GIF ou TIFF se o seu software os suportar. Existem também alguns formatos compactados específicos projetados especificamente para áudio ou vídeo. Esses incluem FLAC (áudio sem perdas), AVI (vídeo sem perdas) e formato Apple Lossless (ALAC) do QuickTime.

É importante observar que, embora esses formatos ofereçam melhor compactação do que seus equivalentes não compactados, eles podem ser mais difíceis de trabalhar devido ao suporte limitado de alguns aplicativos e programas de software. Dependendo da sua configuração, usando formatos descompactados pode ser mais simples a longo prazo, mesmo que ocupe mais espaço em disco.

Ferramentas de compressão

Há uma variedade de ferramentas de compactação disponíveis projetadas para reduzir o tamanho dos arquivos de dados, mantendo a integridade dos dados originais. Essas ferramentas usam algoritmos para identificar dados redundantes e descartá-los do arquivo sem perder nenhuma informação.

A compactação sem perdas é especialmente útil para imagens gráficas ou gravações de áudio e vídeo. Ferramentas como ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP e ARJ oferece suporte a vários níveis de compactação sem perdas para uma variedade de tipos de arquivo, incluindo PDFs e executáveis ​​compactados (EXE). Por exemplo, se você compactar uma imagem com um desses formatos em configuração de redução de tamanho máximo, você seria capaz de abrir e visualizar essa imagem sem perder nenhum detalhe ou informação de cor.

O algoritmo usado afetará o tamanho do arquivo que pode ser alcançado, bem como o tempo necessário para processar e compactar um arquivo. Isso pode variar de minutos a várias horas, dependendo da sofisticação da ferramenta escolhida. Ferramentas de compactação populares, como 7-zip (LZMA2) oferecem níveis mais altos de compactação, mas exigem tempos de processamento mais longos. Programas altamente otimizados como Q=z (ESQUASH) são rotinas de baixo nível que podem espremer bytes adicionais na velocidade da luz em comparação com aplicativos mais populares como WinZip or WinRAR mas sua complexidade técnica significa que raramente são usados ​​por usuários amadores de PC.

compressão de imagem

Compressão de imagem é uma forma de reduzir a quantidade de dados necessária para representar uma imagem digital. Isso é feito por uma ou ambas as abordagens: removendo ou reduzindo dados de imagem insignificantes, chamados compressão sem perdas; ou pela eliminação cuidadosa de dados, chamada compressão com perda.

Com o compressão sem perdas, a imagem aparece exatamente como antes de ser compactada e usa menos memória para armazenamento. Com um compressão com perda técnica, alguns dados são perdidos quando o arquivo é salvo e recompactado, mas quando feito corretamente, nenhuma distorção visível deve ser vista no arquivo original descompactado.

Técnicas de compressão sem perdas são amplamente utilizadas em fotografia digital e em fluxos de trabalho de design gráfico. As técnicas sem perdas permitem que os arquivos sejam compactados em tamanhos muito menores do que se fossem compactados com outros métodos, como imagens JPEG, projetadas para compressão com perda onde você obtém um tamanho de arquivo menor às custas da perda de qualidade ou detalhes.

Os formatos de imagem sem perdas incluem:

• Fogos de artifício PNG (ortf)
• Gifs (gif)
• e formato mais comumente usado TIFF (tif).

Aplicativos de software de processamento de imagem como o Photoshop podem abrir diferentes tipos de imagens e convertê-los em um desses formatos usando recursos como “Salvar como”, que é a frequência com que os arquivos são convertidos entre formatos sem a necessidade de baixar software adicional.

Alguns formatos de imagem alternativos, como JPEG 2000 (jp2) também usam esse tipo de técnica de compactação, mas fornecem um benefício adicional, pois podem armazenar informações diretas com mais precisão em comparação com os JPEGs, embora ainda tenham um tamanho de arquivo pequeno devido ao seu esquema de codificação eficiente.

Conclusão

Compressão sem perdas é uma ferramenta poderosa que pode ajudá-lo a reduzir o tamanho dos arquivos e economizar espaço de armazenamento, além de garantir que você não perca nenhum dado no processo. Ele permite compactar arquivos sem perder nenhuma das informações que eles contêm, tornando-os mais fácil de armazenar, acessar e compartilhar.

Em conclusão, compressão sem perdas é uma ferramenta essencial para armazenamento e gerenciamento de dados modernos.

Resumo da compactação sem perdas

Compressão sem perdas é um tipo de técnica de compactação de dados que reduz o tamanho dos arquivos sem sacrificar nenhum dos dados contidos neles. É ideal para compactar arquivos baseados em texto, como documentos, planilhas, bem como imagens e arquivos de áudio.

O principal benefício da compactação sem perdas é que ela permite reduzir o tamanho de um arquivo sem sacrificar a qualidade do arquivo. Isso significa que o mesmo arquivo exato pode ser compactado várias vezes, facilitando o armazenamento e a transferência de arquivos grandes de maneira rápida e fácil. Ele também permite um uso de armazenamento mais eficiente, removendo dados redundantes de um arquivo e armazenando apenas os elementos essenciais da informação.

Em geral, existem dois tipos de algoritmos de compactação sem perdas – algoritmos baseados em dicionário como Deflate/GZip ou Lempel-Ziv (que compacta arquivos em uma lista indexada) ou métodos de eliminação de redundância como codificação aritmética ou codificação de comprimento de execução (que remove a redundância codificando padrões de repetição). Cada tipo tem seus próprios propósitos específicos quando se trata de tipos de mídia e aplicativos.

Para imagens, especificamente, formatos de imagem sem perdas como PNG são preferidos em relação a outros formatos com perdas, como JPEG porque eles preservam os detalhes da imagem melhor do que o JPEG, enquanto ainda oferecem um nível razoável de compactação sem degradação significativa da qualidade da imagem ou dificuldade em decodificar ou recuperar os dados de origem originais. Da mesma forma, o áudio digital arquivos de forma de onda descompactados tendem a fazer melhor com técnicas de quantização vetorial em vez de técnicas puras de redução de taxa de bits.

Em conclusão, a compactação sem perdas é uma maneira eficaz de reduzir tamanhos de arquivo grandes sem sacrificar a qualidade; isso os torna ótimas alternativas para preservar dados valiosos enquanto economiza espaço de armazenamento e custos. Como diferentes algoritmos se adaptam a diferentes tipos de mídia de forma mais eficaz do que outros, é sempre melhor pesquisar qual formato melhor se adapta às suas necessidades de proteção de privacidade e eficiência de espaço – a escolha certa pode fazer toda a diferença!

Benefícios da compactação sem perdas

Compressão sem perdas é um processo de codificação e decodificação de dados que permite que os arquivos economizem espaço sem sacrificar a qualidade. Embora o custo de armazenamento esteja diminuindo consistentemente, a manutenção de conteúdo digital de alta qualidade pode ser cara e demorada. Os algoritmos de compactação sem perdas facilitam o armazenamento, a otimização da rede e a transferência de arquivos entre diferentes sistemas. Além disso, as velocidades de transmissão de dados otimizadas podem reduzir os custos operacionais associados às operações de E/S e ajudar os departamentos de análise de dados científicos ou médicos a validar seus resultados mais rapidamente.

As vantagens de usar técnicas de compressão sem perdas incluem:

• Redução no tamanho do arquivo sem introduzir qualquer distorção ou degradação da qualidade
• Velocidades de carregamento de página aprimoradas, reduzindo a quantidade de dados transferidos pela web
• Gateways para aplicativos de código aberto que reduzem os custos de comunicação para acessar conteúdo em servidores online
• Maior capacidade de arquivamento para preservação a longo prazo de conteúdo digital
• Abriu caminhos para instrumentação virtual e serviços de streaming de mídia na Internet, atendendo a públicos potencialmente massivos com recursos mínimos de largura de banda

Olá, sou Kim, mãe e entusiasta de stop-motion com experiência em criação de mídia e desenvolvimento web. Tenho uma paixão enorme por desenho e animação, e agora estou mergulhando de cabeça no mundo do stop-motion. Com meu blog, estou compartilhando meus aprendizados com vocês.