Bezstratová kompresia: Čo to je a ako ju používať

od kim Aktualizované: Júna 28, 2022

Bezstratová kompresia je dôležitý pojem, pokiaľ ide o digitálne médiá. Vzťahuje sa na proces, pri ktorom sa údaje komprimujú bez akejkoľvek straty dát. Bezstratová kompresia je skvelý spôsob, ako zmenšiť veľkosť súboru vášho digitálneho média bez obetovania kvality.

V tomto článku preskúmame

• čo je bezstratová kompresia,
• ako to fungujea
• ako ho môžete využiť vo svoj prospech.

Poďme začať!

Definícia bezstratovej kompresie

Bezstratová kompresia je typ kompresie údajov, ktorý zachováva všetky pôvodné údaje počas procesu kódovania a dekódovania, takže výsledkom je presná kópia pôvodného súboru alebo údajov. Funguje tak, že nájde vzory v údajoch a ukladá ich efektívnejšie. Napríklad, ak má súbor 5 opakujúcich sa slov, namiesto uloženia týchto 5 duplicitných slov bezstratová kompresia uloží iba jednu inštanciu tohto slova plus odkaz na to, kde v súbore môže nájsť informácie o jeho použití.

Na rozdiel od stratová kompresia (ktorý selektívne vyraďuje niektoré informácie, aby sa zmenšila veľkosť) Bezstratová kompresia umožňuje udržiavať rozlíšenie obrazu, jasnosť textu a integrita súboru s žiadna strata kvality. Vďaka tomu je vhodný pre aplikácie, kde sú niektoré informácie nevyhnutné a nemožno ich obetovať zmenšeniu veľkosti. Bežné použitia bezstratovej kompresie zahŕňajú:

• Kompresia hudobných súborov (preto kvalita zvuku musí zostať nedotknutá)
• Kompresia lekárskych snímok (pretože malé detaily môžu byť rozhodujúce pre diagnózu)
• Kompresia zdrojového kódu softvérových aplikácií
• Archivácia dokumentov na dlhodobé uchovávanie.

Príklady kompresorov, ktoré môžu používať tento typ algoritmu, sú ZIP a PNG súbory ako aj niektoré formáty obrázkov, napr TIFF a GIF.

Výhody bezstratovej kompresie

Bezstratová kompresia je technológia, ktorá komprimuje dáta na menšiu veľkosť bez straty kvality. Je to možné vďaka použitiu algoritmov, ktoré identifikujú nadbytočné alebo opakujúce sa reťazce údajov a potom ich nahradia kratšími kódmi. Použitie tejto metódy môže pomôcť výrazne znížiť veľkosť údajov, často o polovicu alebo viac, čo používateľom umožňuje efektívnejšie ukladať a prenášať veľké množstvo informácií.

Okrem úspory úložného priestoru má používanie bezstratovej kompresie niekoľko ďalších kľúčových výhod. Tie obsahujú:

• Vylepšený výkon: Bezstratová kompresia môže zvýšiť rýchlosť prenosu súborov, pretože sú menšie a zaberajú menšiu šírku pásma pri odosielaní alebo sťahovaní.
• Integrita údajov: Pretože sa pri použití bezstratovej kompresie nestratia žiadne údaje, všetky zakódované informácie zostanú po dekompresii nedotknuté.
• kompatibilita: Komprimované súbory možno zvyčajne otvárať rôznymi aplikáciami na rôznych platformách vďaka štandardným kódovacím algoritmom.
• Skrátený čas spracovania: Zmenšenie veľkosti súboru urýchľuje procesy, ako je tlač, streamovanie a úpravy, pretože menšie súbory vyžadujú menej výpočtového výkonu.

Typy bezstratovej kompresie

Existujú rôzne typy bezstratová kompresia techniky, ktoré vám umožňujú komprimovať údaje bez straty akýchkoľvek informácií. Najbežnejšie typy bezstratovej kompresie sú ZIP, gzip a LZW. Všetky tieto tri, spolu s ďalšími rôznymi typmi, majú svoje výhody a nevýhody.

V tomto článku budeme diskutovať o rôznych typoch metód bezstratovej kompresie a o tom, ako ich používať:

• ZIP
• gzip
• LZW

Kódovanie dĺžky chodu

Kódovanie dĺžky chodu (RLE) je algoritmus kompresie údajov používaný na zmenšenie veľkosti súboru bez straty akýchkoľvek údajov. Funguje tak, že analyzuje dáta, hľadá po sebe idúce znaky a potom ich komprimuje do menšej, zhustenejšej formy. To uľahčuje ukladanie a prenos súborov. Počas procesu dekompresie môžu byť pôvodné dáta úplne zrekonštruované.

Run Length Encoding sa bežne používa na kompresiu digitálnych obrázkov, pretože efektívne znižuje redundanciu informácií v materiáloch ako napr opakujúce sa vzory, behy pixelov alebo veľké plochy vyplnené jednou farbou. Textové dokumenty sú tiež vhodnými kandidátmi na kompresiu RLE, pretože často obsahujú opakujúce sa slová a frázy.

Run Length Encoding využíva skutočnosť, že mnohé sekvenčné vzorky v rámci audio súborov majú identické hodnoty s cieľom zmenšiť ich veľkosť, ale zachovať ich pôvodnú kvalitu pri dekompresii. To môže viesť k výraznému zníženiu veľkosti súboru – zvyčajne 50% alebo viac – s veľmi malými stratami z hľadiska kvality zvuku a výkonu.

Pri používaní kódovania RLE je dôležité si uvedomiť, že aj keď je pravdepodobné, že sa zníži veľkosť súborov súvisiacich so zvukovými alebo obrazovými súbormi, v skutočnosti to nemusí byť prospešné pre typy textových súborov, ktoré zvyčajne nemajú veľkú redundanciu kvôli tomu, ako sú vytvorené konvenčne. . Preto môže byť potrebné experimentovať s rôznymi typmi aplikácií pred konečným rozhodnutím, či je tento typ technológie kompresie najvhodnejší pre vaše potreby.

Huffmanovo kódovanie

Huffmanovo kódovanie je adaptívny, bezstratový algoritmus kompresie údajov. Tento algoritmus používa množinu dátových symbolov alebo znakov spolu s ich frekvenciou výskytu v súbore na vytvorenie efektívneho prefixového kódu. Tento kód pozostáva z kratších kódových slov, ktoré predstavujú častejšie znaky a dlhších kódových slov, ktoré predstavujú zriedkavejšie znaky. Pomocou týchto kódov môže Huffman Coding zmenšiť veľkosť súboru s malým vplyvom na integritu údajov.

Huffman Coding funguje v dvoch krokoch: vytvorenie sady jedinečných symbolových kódov a ich použitie na kompresiu dátového toku. Kódy symbolov sú vo všeobecnosti konštruované z rozloženia znakov v rôznych súboroch a z informácií získaných skúmaním relatívnych frekvencií, s ktorými vyskytujú sa v ňom rôzne postavy. Huffmanovo kódovanie vo všeobecnosti funguje efektívnejšie ako iné bezstratové kompresné algoritmy, keď sa používa na dátových tokoch, ktoré obsahujú symboly, ktoré majú nerovnaké pravdepodobnosti výskytu – napríklad charakterizovanie textového dokumentu, v ktorom sú niektoré písmená (ako "e") sa vyskytujú častejšie ako iné (ako "z").

Aritmetické kódovanie

Jeden typ bezstratovej kompresie, ktorý možno použiť, je tzv Aritmetické kódovanie. Táto metóda využíva skutočnosť, že tok údajov môže mať nadbytočné časti, ktoré zaberajú priestor, ale neprenášajú žiadne skutočné informácie. Údaje komprimuje odstránením týchto nadbytočných častí pri zachovaní pôvodného informačného obsahu.

Aby sme pochopili, ako funguje aritmetické kódovanie, uvažujme o textovom príklade. Predpokladajme, že v našom dátovom toku sú štyri znaky – A, B, C, a D. Ak by dáta zostali nekomprimované, každý znak by zaberal osem bitov, celkovo 32 bitov v celom toku. Pri aritmetickom kódovaní sú však opakujúce sa hodnoty ako A a B každý môže byť reprezentovaný menej ako ôsmimi bitmi.

V tomto príklade použijeme štvorbitové bloky na znázornenie každého znaku, čo znamená, že všetky štyri znaky môžu byť zbalené do jedného 16-bitového bloku. Kódovač sa pozerá na tok údajov a priraďuje pravdepodobnosti každému znaku na základe ich pravdepodobnosti, že sa objavia v po sebe nasledujúcich reťazcoch, aby ušetril miesto a zároveň zabezpečil maximálnu presnosť, keď sú dekomprimované na druhom konci. Počas kompresie preto iba znaky s vyššou pravdepodobnosťou zaberú menej bitov, zatiaľ čo znaky s nižšou frekvenciou alebo tie, ktoré sa objavujú menej často, budú vyžadovať viac bitov na blok znakov, ale stále zostanú zviazané v rámci jedného 16-bitového bloku, ako pred uložením niekoľkých bajtov v celom dátovom toku, keď v porovnaní s jeho nekomprimovanou verziou.

Ako používať bezstratovú kompresiu

Bezstratová kompresia je spôsob kódovania a kompresie údajov bez akejkoľvek straty informácií. Táto metóda kompresie sa používa na zmenšenie veľkosti digitálnych obrázkov, audio a video súborov. Bezstratová kompresia umožňuje ukladať dáta v zlomku ich pôvodnej veľkosti, výsledkom čoho je oveľa menší súbor.

Poďme teda do detailov a preskúmajme ako používať bezstratovú kompresiu:

Formáty súborov

Bezstratová kompresia je typ kompresie údajov, ktorý znižuje veľkosť súboru bez obetovania akýchkoľvek údajov obsiahnutých v pôvodnom súbore. Vďaka tomu je ideálnou metódou na kompresiu veľkých súborov, ako sú digitálne fotografie, zvukové súbory a videoklipy. Ak chcete použiť tento typ kompresie, musíte pochopiť typy súborov, ktoré sú podporované bezstratovými kompresormi a ako ich správne nastaviť, aby ste dosiahli optimálne výsledky.

Pri komprimácii súboru na bezstratové účely máte niekoľko možností pre formáty súborov. S najväčšou pravdepodobnosťou si vyberiete medzi JPEG a PNG pretože obe poskytujú vynikajúce výsledky s dobrými veľkosťami súborov. Môžete tiež použiť formáty ako GIF alebo TIFF ak ich váš softvér podporuje. Existujú aj niektoré špecifické komprimované formáty navrhnuté špeciálne pre zvuk alebo video. Tie obsahujú FLAC (bezstratový zvuk), AVI (bezstratové video) a formát Apple Lossless (ALAC) QuickTime.

Je dôležité poznamenať, že hoci tieto formáty ponúkajú lepšiu kompresiu ako ich nekomprimované náprotivky, môže byť s nimi ťažšie pracovať kvôli ich obmedzenej podpore v niektorých aplikáciách a softvérových programoch. V závislosti od vášho nastavenia použite nekomprimované formáty môže byť z dlhodobého hľadiska jednoduchší, aj keď zaberá viac miesta na disku.

Kompresné nástroje

K dispozícii sú rôzne kompresné nástroje, ktoré sú navrhnuté tak, aby zmenšili veľkosť dátových súborov pri zachovaní integrity pôvodných dát. Tieto nástroje používajú algoritmy na identifikáciu nadbytočných údajov a ich vyradenie zo súboru bez straty akýchkoľvek informácií.

Bezstratová kompresia je užitočná najmä pre grafické obrázky, prípadne audio a video nahrávky. Nástroje ako napr ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP a ARJ podporuje rôzne úrovne bezstratovej kompresie pre rôzne typy súborov vrátane PDF a komprimovaných spustiteľných súborov (EXE). Ak napríklad komprimujete obrázok pomocou jedného z týchto formátov nastavenie maximálneho zmenšenia veľkosti, budete môcť tento obrázok otvoriť a zobraziť bez straty akýchkoľvek podrobností alebo informácií o farbe.

Použitý algoritmus ovplyvní veľkosť súboru, ktorú možno dosiahnuť, ako aj čas potrebný na spracovanie a kompresiu súboru. To sa môže pohybovať od minút do niekoľkých hodín v závislosti od toho, ako sofistikovaný je vami vybraný nástroj. Populárne kompresné nástroje ako napr 7-zips (LZMA2) ponúkajú vyššie úrovne kompresie, ale vyžadujú dlhší čas spracovania. Vysoko optimalizované programy ako SQ=z (SQUASH) sú rutiny nízkej úrovne, ktoré dokážu vytlačiť ďalšie bajty rýchlosťou blesku v porovnaní s populárnejšími aplikáciami, ako je WinZip or WinRAR ale ich technická zložitosť znamená, že ich amatérski používatelia PC používajú len zriedka.

Kompresia obrázkov

Kompresia obrázkov je spôsob, ako znížiť množstvo údajov potrebných na reprezentáciu digitálneho obrazu. Robí sa to jedným alebo oboma z dvoch prístupov: odstránením alebo zmenšením nepodstatných obrazových dát, tzv bezstratová kompresia; alebo starostlivou elimináciou dát, tzv stratová kompresia.

s bezstratová kompresia, obrázok vyzerá presne tak, ako pred komprimovaním a na ukladanie využíva menej pamäte. S stratová kompresia Pri tejto technike sa pri ukladaní a opätovnom skomprimovaní súboru stratia niektoré údaje, ale ak sa to urobí správne, z pôvodného nekomprimovaného súboru by nemalo byť vidieť žiadne viditeľné skreslenie.

Techniky bezstratovej kompresie sú široko používané v digitálnej fotografii a v pracovných postupoch grafického dizajnu. Bezstratové techniky umožňujú komprimovať súbory na oveľa menšie veľkosti, ako keby boli komprimované inými metódami, ako sú obrázky JPEG, ktoré sú určené na stratová kompresia kde získate menšiu veľkosť súboru na úkor stratenej kvality alebo detailov.

Medzi bezstratové obrazové formáty patria:

• Ohňostroje PNG (ortf)
• GIF (gif)
• a najčastejšie používaný formát TIFF (tiff).

Softvérové ​​aplikácie na spracovanie obrázkov, ako je Photoshop, môžu otvárať rôzne typy obrázkov a prevádzať ich do jedného z týchto formátov pomocou funkcií, ako je napríklad „Uložiť ako“, čo je spôsob, akým sa často konvertujú súbory medzi formátmi bez toho, aby ste museli sťahovať ďalší softvér.

Niektoré alternatívne obrazové formáty ako napr JPEG 2000 (jp2) tiež používajú tento typ kompresnej techniky, poskytujú však ďalšiu výhodu, pretože môžu ukladať presnejšie priame informácie v porovnaní s JPEGmi, pričom majú stále malú veľkosť súboru kvôli ich efektívnej schéme kódovania.

záver

Bezstratová kompresia je výkonný nástroj, ktorý vám môže pomôcť zmenšiť veľkosť súborov a ušetriť úložný priestor a zároveň zabezpečiť, aby ste počas tohto procesu nestratili žiadne údaje. Umožňuje vám komprimovať súbory bez straty informácií, ktoré obsahujú jednoduchšie ukladanie, prístup a zdieľanie.

Záverom možno povedať, bezstratová kompresia je základným nástrojom pre moderné ukladanie a správu dát.

Zhrnutie bezstratovej kompresie

Bezstratová kompresia je typ techniky kompresie údajov, ktorý zmenšuje veľkosť súborov bez obetovania akýchkoľvek údajov v ňom obsiahnutých. Je ideálny na kompresiu textových súborov, ako sú dokumenty, tabuľky, ako aj obrázky a zvukové súbory.

Hlavnou výhodou bezstratovej kompresie je, že je umožňuje zmenšiť veľkosť súboru bez obetovania kvality súboru. To znamená, že ten istý presný súbor môže byť komprimovaný viackrát, čo uľahčuje rýchle a jednoduché ukladanie a prenos veľkých súborov. Umožňuje tiež efektívnejšie využitie úložiska odstránením nadbytočných údajov zo súboru a ukladaním len základných prvkov informácií.

Vo všeobecnosti existujú dva druhy bezstratových kompresných algoritmov – algoritmy založené na slovníkoch ako Deflate/GZip alebo Lempel-Ziv (ktorý komprimuje súbory do indexovaného zoznamu) alebo metódy eliminácie nadbytočnosti ako je aritmetické kódovanie alebo kódovanie dĺžky cyklu (ktoré odstraňuje nadbytočnosť kódovaním opakujúcich sa vzorov). Každý typ má svoje špecifické účely, pokiaľ ide o typy médií a aplikácií.

Pre obrázky, konkrétne, bezstratové obrazové formáty ako PNG sú preferované pred inými stratovými formátmi ako napr JPEG pretože zachovávajú detaily obrazu lepšie ako JPEG, pričom stále ponúkajú primeranú úroveň kompresie bez výrazného zníženia kvality obrazu alebo ťažkostí pri dekódovaní alebo získavaní pôvodných zdrojových údajov. Podobne aj digitálny zvuk nekomprimované súbory priebehov majú tendenciu robiť lepšie s vektorových kvantovacích techník namiesto čistých techník znižovania bitovej rýchlosti.

Záverom možno povedať, že bezstratová kompresia je efektívny spôsob, ako zmenšiť veľké súbory bez straty kvality; to z nich robí skvelú alternatívu na uchovanie cenných údajov a zároveň šetrenie úložného priestoru a nákladov. Keďže rôzne algoritmy vyhovujú rôznym typom médií efektívnejšie ako iné, vždy je najlepšie preskúmať, ktorý formát najlepšie vyhovuje vašim potrebám z hľadiska ochrany súkromia a priestorovej efektívnosti – správna voľba môže znamenať celý rozdiel!

Výhody bezstratovej kompresie

Bezstratová kompresia je proces kódovania a dekódovania údajov, ktorý umožňuje súborom šetriť miesto bez obetovania kvality. Hoci náklady na ukladanie neustále klesajú, udržiavanie vysokokvalitného digitálneho obsahu môže byť drahé a časovo náročné. Bezstratové kompresné algoritmy uľahčujú ukladanie, optimalizáciu siete a prenos súborov medzi rôznymi systémami. Okrem toho môžu optimalizované rýchlosti prenosu údajov znížiť prevádzkové náklady spojené s I/O operáciami a pomôcť oddeleniam analýzy vedeckých alebo lekárskych údajov rýchlejšie overiť ich výsledky.

Výhody použitia techník bezstratovej kompresie zahŕňajú:

• Zmenšenie veľkosti súboru bez akéhokoľvek skreslenia alebo zníženia kvality
• Vylepšená rýchlosť načítania stránky znížením množstva dát prenášaných cez web
• Brány pre aplikácie s otvoreným zdrojovým kódom, ktoré znižujú náklady na komunikáciu na prístup k obsahu na online serveroch
• Rozšírené možnosti archivácie pre dlhodobé uchovávanie digitálneho obsahu
• Otvorili cesty pre virtuálnu inštrumentáciu a mediálne služby internetového streamovania tým, že uspokojili potenciálne veľké publikum s minimálnou šírkou pásma.

Ahoj, som Kim, mama a nadšenkyňa stop-motion so skúsenosťami v oblasti mediálnej tvorby a vývoja webu. Mám obrovskú vášeň pre kreslenie a animáciu a teraz sa ponáram po hlave do sveta stop-motion. Prostredníctvom môjho blogu sa s vami podelím o moje poznatky.