Lossless Compression: Ano Ito At Paano Ito Gamitin

ni kim Nai-update: Hunyo 28, 2022

Walang compression ay isang mahalagang konsepto pagdating sa digital media. Ito ay tumutukoy sa proseso kung saan ang data ay na-compress nang walang anumang pagkawala ng data. Ang lossless compression ay isang mahusay na paraan upang bawasan ang laki ng file ng iyong digital media nang hindi sinasakripisyo ang kalidad.

Sa artikulong ito, tutuklasin natin

• ano ang lossless compression,
• kung paano ito gumagana, at
• kung paano mo ito magagamit sa iyong kalamangan.

Magsimula na tayo!

Kahulugan ng Lossless Compression

Walang compression ay isang uri ng data compression na nagpapanatili ng lahat ng orihinal na data sa panahon ng proseso ng pag-encode at pag-decode, upang ang resulta ay isang eksaktong kopya ng orihinal na file o data. Gumagana ito sa pamamagitan ng paghahanap ng mga pattern sa data at pag-iimbak nito nang mas mahusay. Halimbawa, kung ang isang file ay may 5 umuulit na salita, sa halip na iimbak ang 5 duplicate na salita na iyon, ang lossless compression ay mag-iimbak lamang ng isang instance ng salitang iyon, kasama ang reference kung saan ito makakahanap ng impormasyon tungkol sa paggamit nito sa file.

Hindi magkatulad nawawalang compression (na piling itinatapon ang ilang impormasyon upang bawasan ang laki) Lossless Compression nagpapahintulot sa iyo na mapanatili resolusyon ng imahe, kalinawan ng teksto at integridad ng file sa walang pagkawala ng kalidad. Ginagawa nitong angkop para sa mga application kung saan ang ilang impormasyon ay mahalaga at hindi maaaring isakripisyo para sa pagbabawas ng laki. Ang mga karaniwang gamit para sa lossless compression ay kinabibilangan ng:

• Pag-compress ng mga file ng musika (kung kaya't ang kalidad ng audio ay dapat manatiling buo)
• Pag-compress ng mga medikal na larawan (dahil ang maliliit na detalye ay maaaring kritikal para sa diagnosis)
• Pag-compress ng source code ng mga software application
• Pag-archive ng mga dokumento para sa pangmatagalang imbakan.

Ang mga halimbawa ng mga compressor na maaaring gumamit ng ganitong uri ng algorithm ay ZIP at PNG na mga file pati na rin ang ilang mga format ng imahe tulad ng TIFF at GIF.

Mga Benepisyo ng Lossless Compression

Walang compression ay isang teknolohiyang nagpi-compress ng data sa mas maliit na sukat nang walang anumang pagkawala sa kalidad. Ito ay ginawang posible sa pamamagitan ng paggamit ng mga algorithm na tumutukoy sa mga paulit-ulit o paulit-ulit na mga string ng data, at pagkatapos ay palitan ang mga ito ng mas maiikling mga code. Ang paggamit ng paraang ito ay maaaring makatulong na bawasan ang laki ng data nang malaki, madalas sa pamamagitan ng kalahati o higit pa, na nagbibigay-daan sa mga user na mag-imbak at magpadala ng malaking halaga ng impormasyon nang mas mahusay.

Bukod sa pagtitipid ng espasyo sa imbakan, may ilang iba pang pangunahing benepisyo sa paggamit ng lossless compression. Kabilang dito ang:

• Pinagbuting Pagganap: Ang lossless compression ay maaaring mapabuti ang bilis ng paglilipat ng mga file dahil mas maliit ang mga ito at kumukuha ng mas kaunting bandwidth habang nagpapadala o nagda-download.
• Integridad ng datos: Dahil walang data na nawala kapag gumagamit ng lossless compression, anumang impormasyong naka-encode ay mananatiling buo sa panahon ng decompression.
• Pagkakatugma: Karaniwang mabubuksan ang mga naka-compress na file gamit ang iba't ibang mga application sa iba't ibang platform dahil sa mga karaniwang algorithm ng pag-encode nito.
• Pinababang Oras ng Pagproseso: Ang pagpapababa ng laki ng file ay nagpapabilis ng mga proseso tulad ng pag-print, streaming at pag-edit dahil ang mas maliliit na file ay nangangailangan ng mas kaunting kapangyarihan sa pag-compute.

Mga Uri ng Lossless Compression

Mayroong iba't ibang mga uri ng lossless compression mga pamamaraan na nagbibigay-daan sa iyong i-compress ang data nang hindi nawawala ang anumang impormasyon. Ang pinakakaraniwang uri ng lossless compression ay ZIP, gzip, at LZW. Ang tatlong ito, kasama ang iba pang iba't ibang uri, lahat ay may kanya-kanyang benepisyo at kawalan.

Sa artikulong ito, tatalakayin natin ang iba't ibang uri ng lossless na paraan ng compression at kung paano gamitin ang mga ito:

• ZIP
• gzip
• LZW

Patakbuhin ang Haba ng Encoding

Run Length Encoding (RLE) ay isang data compression algorithm na ginagamit upang bawasan ang laki ng isang file nang hindi nawawala ang anumang data. Gumagana ito sa pamamagitan ng pagsusuri ng data, paghahanap para sa magkakasunod na mga character at pagkatapos ay i-compress ang mga ito sa isang mas maliit, mas condensed form. Ginagawa nitong mas madaling iimbak at ilipat ang mga file. Sa panahon ng proseso ng decompression, ang orihinal na data ay maaaring ganap na muling itayo.

Ang Run Length Encoding ay karaniwang ginagamit para sa pag-compress ng mga digital na imahe dahil epektibo nitong binabawasan ang redundancy ng impormasyon sa materyal tulad ng paulit-ulit na mga pattern, tumatakbo ng pixels o malalaking lugar na puno ng iisang kulay. Ang mga tekstong dokumento ay angkop din na mga kandidato para sa RLE compression dahil madalas silang naglalaman ng mga paulit-ulit na salita at parirala.

Sinasamantala ng Run Length Encoding ang katotohanang mayroon ang maraming sequential sample sa loob ng mga audio file magkaparehong halaga upang bawasan ang mga ito sa laki ngunit mapanatili ang kanilang orihinal na kalidad sa panahon ng decompression. Maaari itong humantong sa mga makabuluhang pagbawas sa laki ng file - karaniwan 50% o higit pa – na may napakakaunting pagkalugi sa mga tuntunin ng kalidad ng audio at pagganap.

Kapag gumagamit ng pag-encode ng RLE, mahalagang tandaan na bagama't malamang na bawasan ang mga laki ng file na nauugnay sa mga sound o image file, maaaring hindi talaga ito kapaki-pakinabang para sa mga uri ng mga text file na malamang na walang masyadong redundancy dahil sa kung paano ginawa ang mga ito ayon sa kaugalian. . Samakatuwid, maaaring kailanganin ang ilang eksperimento sa iba't ibang uri ng mga application bago gumawa ng pangwakas na pagpili kung ang ganitong uri ng teknolohiya ng compression ay pinakaangkop para sa iyong mga pangangailangan.

Huffman Coding

Huffman Coding ay isang adaptive, lossless data compression algorithm. Gumagamit ang algorithm na ito ng isang set ng mga simbolo ng data, o mga character, kasama ang dalas ng paglitaw ng mga ito sa isang file upang makabuo ng mahusay na prefixing code. Binubuo ang code na ito ng mas maiikling codeword na kumakatawan sa mas madalas na mga character at mas mahahabang codeword na kumakatawan sa mas bihira. Gamit ang mga code na ito, maaaring bawasan ng Huffman Coding ang laki ng file na may kaunting epekto sa integridad ng data nito.

Gumagana ang Huffman Coding sa dalawang hakbang: pagbuo ng isang hanay ng mga natatanging code ng simbolo at paggamit nito upang i-compress ang stream ng data. Ang mga code ng simbolo ay karaniwang binuo mula sa iba't ibang file ng pamamahagi ng mga character at mula sa impormasyong nakuha sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga relatibong frequency kung saan iba't ibang karakter ang nagaganap dito. Sa pangkalahatan, ang Huffman Coding ay gumagana nang mas mahusay kaysa sa iba pang lossless compression algorithm kapag ginamit sa mga stream ng data na naglalaman ng mga simbolo na hindi pantay na posibilidad ng paglitaw – halimbawa, pagkilala sa isang tekstong dokumento kung saan ang ilang mga titik (parang "e") nangyayari nang mas madalas kaysa sa iba (parang "z").

Arithmetic Coding

Ang isang uri ng lossless compression na maaaring gamitin ay tinatawag Arithmetic Coding. Sinasamantala ng pamamaraang ito ang katotohanan na ang isang stream ng data ay maaaring magkaroon ng mga kalabisan na bahagi na gumagamit ng espasyo, ngunit hindi naghahatid ng aktwal na impormasyon. Pinipilit nito ang data sa pamamagitan ng pag-alis ng mga kalabisan na bahaging ito habang pinapanatili ang orihinal nitong nilalaman ng impormasyon.

Upang maunawaan kung paano gumagana ang Arithmetic Coding, isaalang-alang natin ang isang text-based na halimbawa. Ipagpalagay na mayroong apat na character sa aming data stream - A, B, C, at D. Kung ang data ay hindi na-compress, ang bawat character ay kukuha ng walong bits para sa kabuuang 32 bits sa buong stream. Sa Arithmetic Coding, gayunpaman, ang mga paulit-ulit na halaga tulad ng A at B maaaring kinakatawan ng mas kaunti sa walong bit bawat isa.

Sa halimbawang ito ay gagamit kami ng apat na bit na bloke upang kumatawan sa bawat karakter na nangangahulugan na ang lahat ng apat na character ay maaaring i-pack sa isang solong 16-bit na bloke. Tinitingnan ng encoder ang stream ng data at nagtatalaga ng mga probabilidad sa bawat character batay sa kanilang posibilidad na lumitaw sa magkakasunod na mga string upang makatipid ng espasyo habang tinitiyak ang maximum na katumpakan kapag na-decompress ang mga ito sa kabilang dulo. Sa panahon ng compression, ang mga character lang na may mas mataas na probabilidad ay kukuha ng mas kaunting mga bit habang ang mga may mas mababang frequency o ang mga lumalabas na mas madalas ay mangangailangan ng higit pang mga bit sa bawat bloke ng character ngunit mananatiling naka-bundle sa loob ng isang 16-bit na bloke tulad ng bago mag-save ng ilang byte sa buong stream ng data kapag kumpara sa hindi naka-compress na bersyon nito.

Paano Gamitin ang Lossless Compression

Walang compression ay isang paraan ng pag-encode at pag-compress ng data nang walang anumang pagkawala ng impormasyon. Ang pamamaraang ito ng compression ay ginagamit upang bawasan ang laki ng mga digital na imahe, audio, at mga video file. Ang lossless compression ay nagbibigay-daan sa data na maimbak sa isang fraction ng orihinal nitong laki, na nagreresulta sa isang mas maliit na file.

Kaya, sabihin sa detalye at galugarin paano gamitin ang lossless compression:

Mga Format ng File

Walang compression ay isang uri ng data compression na binabawasan ang laki ng file nang hindi isinasakripisyo ang alinman sa data na nilalaman sa loob ng orihinal na file. Ginagawa nitong mainam na paraan para sa pag-compress ng malalaking file tulad ng mga digital na litrato, audio file, at mga video clip. Upang magamit ang ganitong uri ng compression, dapat mong maunawaan ang mga uri ng mga file na sinusuportahan ng mga lossless compressor at kung paano maayos na i-set up ang mga ito para sa pinakamainam na resulta.

Kapag nag-compress ng isang file para sa mga lossless na layunin, mayroon kang ilang mga opsyon para sa mga format ng file. Malamang, pipiliin mo Mga JPEG at PNG dahil pareho silang nagbibigay ng mahusay na mga resulta na may mahusay na laki ng file. Maaari ka ring gumamit ng mga format tulad ng GIF o TIFF kung sinusuportahan sila ng iyong software. Mayroon ding ilang partikular na naka-compress na format na partikular na idinisenyo para sa audio o video. Kabilang dito ang FLAC (lossless audio), AVI (lossless na video), at Apple Lossless format (ALAC) ng QuickTime.

Mahalagang tandaan na habang ang mga format na ito ay nag-aalok ng mas mahusay na compression kaysa sa kanilang mga hindi naka-compress na katapat, maaari silang maging mas mahirap gamitin dahil sa kanilang limitadong suporta sa ilang mga application at software program. Depende sa iyong setup, gamit hindi naka-compress na mga format maaaring mas simple sa katagalan kahit na ito ay tumatagal ng mas maraming espasyo sa disk.

Mga Tool sa Compression

Mayroong iba't ibang mga compression tool na magagamit na idinisenyo upang bawasan ang laki ng mga file ng data habang pinapanatili ang integridad ng orihinal na data. Gumagamit ang mga tool na ito ng mga algorithm upang matukoy ang kalabisan na data at itapon ito mula sa file nang hindi nawawala ang anumang impormasyon.

Ang lossless compression ay lalong kapaki-pakinabang para sa mga graphic na larawan, o audio at video recording. Mga kasangkapan tulad ng ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP at ARJ sumusuporta sa iba't ibang antas ng lossless compression para sa iba't ibang uri ng file kabilang ang mga PDF at compressed executable (EXE). Halimbawa, kung i-compress mo ang isang imahe gamit ang isa sa mga format na ito sa maximum na setting ng pagbabawas ng laki, magagawa mong buksan at tingnan ang larawang iyon nang hindi nawawala ang anumang detalye o impormasyon ng kulay.

Ang algorithm na ginamit ay makakaapekto sa laki ng mga file na maaaring makamit pati na rin ang oras na kinakailangan upang maproseso at i-compress ang isang file. Ito ay maaaring mula sa ilang minuto hanggang ilang oras depende sa kung gaano ka-sopistikado ang iyong napiling tool. Mga sikat na tool sa compression tulad ng 7-zip (LZMA2) nag-aalok ng mas mataas na antas ng compression ngunit nangangailangan ng mas mahabang oras ng pagproseso. Highly optimized na mga programa tulad ng SQ=z (SQUASH) ay mababang antas ng mga gawain na maaaring mag-squeeze ng mga karagdagang byte sa bilis ng kidlat kumpara sa mas sikat na mga application tulad ng WinZip or WinRAR ngunit ang kanilang teknikal na pagiging kumplikado ay nangangahulugan na ang mga ito ay bihirang ginagamit ng mga amateur na gumagamit ng PC.

image Compression

Pag-compress ng larawan ay isang paraan upang bawasan ang dami ng data na kinakailangan upang kumatawan sa isang digital na imahe. Ginagawa ito ng alinman o pareho sa dalawang diskarte: sa pamamagitan ng pag-alis o pagbabawas ng hindi gaanong mahalagang data ng imahe, na tinatawag na lossless compression; o sa pamamagitan ng maingat na pag-aalis ng data, na tinatawag nawawalang compression.

may lossless compression, ang imahe ay lilitaw nang eksakto tulad nito bago ma-compress at gumagamit ng mas kaunting memorya para sa imbakan. Na may a nawawalang compression pamamaraan, ang ilang data ay nawala kapag ang file ay nai-save at muling na-compress ngunit kapag ginawa nang tama, walang nakikitang pagbaluktot ang dapat makita mula sa orihinal na hindi naka-compress na file.

Ang mga lossless compression technique ay malawakang ginagamit sa digital photography, at sa mga graphic design workflow. Ang mga lossless na diskarte ay nagbibigay-daan para sa mga file na ma-compress sa mas maliliit na laki kaysa kung sila ay na-compress sa iba pang mga pamamaraan tulad ng mga JPEG na imahe na idinisenyo para sa nawawalang compression kung saan makakakuha ka ng mas maliit na laki ng file sa gastos ng nawalang kalidad o detalye.

Kasama sa mga nawawalang format ng larawan ang:

• Mga paputok PNG (ortf)
• GIF (gif)
• at pinakakaraniwang ginagamit na format TIFF (tiff).

Maaaring magbukas ang mga application ng software sa pagpoproseso ng imahe tulad ng Photoshop ng iba't ibang uri ng mga larawan at i-convert ang mga ito sa isa sa mga format na ito gamit ang mga feature tulad ng "Save As" na kung gaano kadalas nako-convert ang mga file sa pagitan ng mga format nang hindi kinakailangang mag-download ng karagdagang software.

Ilang mga alternatibong format ng imahe tulad ng JPEG 2000 Gumagamit din ang (jp2) ng ganitong uri ng compression technique gayunpaman, nagbibigay sila ng karagdagang benepisyo dahil nakakapag-imbak sila ng mas tumpak na direktang impormasyon kumpara sa mga JPEG habang mayroon pa ring maliit na laki ng file dahil sa kanilang mahusay na coding scheme.

Konklusyon

Walang compression ay isang mahusay na tool na makakatulong sa iyong bawasan ang mga laki ng file at makatipid ng espasyo sa storage, habang tinitiyak din na hindi ka mawawalan ng anumang data sa proseso. Binibigyang-daan ka nitong i-compress ang mga file nang hindi nawawala ang alinman sa impormasyong naglalaman ng mga ito, na ginagawa ang mga ito mas madaling iimbak, i-access at ibahagi.

Sa konklusyon, lossless compression ay isang mahalagang tool para sa modernong imbakan at pamamahala ng data.

Buod ng Lossless Compression

Walang compression ay isang uri ng diskarte sa pag-compress ng data na binabawasan ang mga laki ng file nang hindi sinasakripisyo ang alinman sa data na nasa loob nito. Ito ay perpekto para sa pag-compress ng text-based na mga file tulad ng mga dokumento, spreadsheet, pati na rin ang mga imahe at audio file.

Ang pangunahing benepisyo ng lossless compression ay na ito nagbibigay-daan sa iyo na bawasan ang laki ng isang file nang hindi sinasakripisyo ang kalidad ng file. Nangangahulugan ito na ang parehong eksaktong file ay maaaring i-compress nang maraming beses, na ginagawang mas madali ang pag-imbak at paglipat ng malalaking file nang mabilis at madali. Nagbibigay-daan din ito para sa mas mahusay na paggamit ng storage sa pamamagitan ng pag-alis ng mga redundant na data mula sa isang file at pag-iimbak lamang ng mga mahahalagang elemento ng impormasyon.

Sa pangkalahatan, mayroong dalawang uri ng lossless compression algorithm - mga algorithm na nakabatay sa diksyunaryo tulad ng Deflate/GZip o Lempel-Ziv (na nag-compress ng mga file sa isang naka-index na listahan) o mga paraan ng pag-aalis ng kalabisan gaya ng arithmetic coding o run length encoding (na nag-aalis ng redundancy sa pamamagitan ng pag-encode ng paulit-ulit na pattern). Ang bawat uri ay may sariling partikular na layunin pagdating sa mga uri ng media at mga aplikasyon.

Para sa mga larawan, partikular, ang mga lossless na format ng imahe tulad ng PNG ay mas gusto kaysa sa iba pang mga lossy na format tulad ng JPEG dahil pinapanatili nila ang mga detalye ng larawan nang mas mahusay kaysa sa ginagawa ng JPEG habang nag-aalok pa rin ng makatwirang antas ng compression nang walang makabuluhang pagkasira sa kalidad ng larawan o kahirapan sa pag-decode o pagkuha ng orihinal na pinagmumulan ng data. Katulad nito, digital audio hindi naka-compress na mga file ng waveform may posibilidad na gumawa ng mas mahusay sa mga diskarte sa pagbibilang ng vector sa halip na purong bitrate reduction techniques.

Sa konklusyon, ang lossless compression ay isang epektibong paraan upang bawasan ang malalaking sukat ng file nang walang anumang sakripisyo sa kalidad; ginagawa silang mahusay na mga alternatibo para sa pag-iingat ng mahalagang data habang nagtitipid sa espasyo at gastos sa imbakan. Dahil mas epektibong umaangkop ang iba't ibang algorithm sa iba't ibang uri ng media kaysa sa iba, palaging pinakamahusay na magsaliksik kung aling format ang pinakaangkop sa iyong mga pangangailangan para sa parehong proteksyon sa privacy at kahusayan sa espasyo – ang tamang pagpipilian ay makakagawa ng lahat ng pagkakaiba!

Mga Benepisyo ng Lossless Compression

Walang compression ay isang proseso ng pag-encode at pag-decode ng data na nagpapahintulot sa mga file na makatipid ng espasyo nang hindi sinasakripisyo ang kalidad. Bagama't patuloy na bumababa ang halaga ng imbakan, ang pagpapanatili ng mataas na kalidad na digital na nilalaman ay maaaring magastos at nakakaubos ng oras. Pinapadali ng mga lossless compression algorithm ang storage, pag-optimize ng network, at paglilipat ng file sa iba't ibang system. Bukod pa rito, ang mga na-optimize na bilis ng paghahatid ng data ay maaaring mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo na nauugnay sa mga pagpapatakbo ng I/O at makakatulong sa mga departamento ng pagsusuri ng siyentipiko o medikal na data na mapatunayan ang kanilang mga resulta nang mas mabilis.

Ang mga bentahe ng paggamit ng lossless compression techniques ay kinabibilangan ng:

• Pagbawas sa laki ng file nang hindi nagpapakilala ng anumang pagbaluktot o pagkasira ng kalidad
• Pinahusay na bilis ng pag-load ng page sa pamamagitan ng pagbawas sa dami ng data na inilipat sa web
• Mga gateway sa mga open source na application na nagpapababa ng mga gastos sa komunikasyon upang ma-access ang nilalaman sa mga online na server
• Nadagdagang mga kakayahan sa pag-archive para sa pangmatagalang pangangalaga ng digital na nilalaman
• Nagbukas ng mga paraan para sa virtual instrumentation at mga serbisyo ng Internet streaming media sa pamamagitan ng pagtutustos ng mga potensyal na malalaking madla na may pinakamababang mapagkukunan ng bandwidth

Kumusta, ako si Kim, isang ina at isang mahilig sa stop-motion na may background sa paggawa ng media at web development. Mayroon akong isang malaking hilig para sa pagguhit at animation, at ngayon ako ay sumisid muna sa mundo ng stop-motion. Sa aking blog, ibinabahagi ko sa inyo ang aking mga natutunan.