Nén không mất dữ liệu: Nó là gì và sử dụng nó như thế nào

bởi kim Cập nhật: 28 Tháng Sáu, 2022

Nén không mất dữ liệu là một khái niệm quan trọng khi nói đến phương tiện kỹ thuật số. Nó đề cập đến quá trình dữ liệu được nén mà không bị mất dữ liệu. Nén không mất dữ liệu là một cách tuyệt vời để giảm kích thước tệp của phương tiện kỹ thuật số của bạn mà không làm giảm chất lượng.

Trong bài viết này, chúng ta cùng khám phá

• nén không mất dữ liệu là gì,
• cách thức hoạt độngvà
• làm thế nào bạn có thể sử dụng nó để lợi thế của bạn.

Băt đâu nao!

Định nghĩa nén không mất dữ liệu

Nén không mất dữ liệu là một kiểu nén dữ liệu bảo tồn tất cả dữ liệu gốc trong quá trình mã hóa và giải mã, sao cho kết quả là một bản sao chính xác của tệp hoặc dữ liệu gốc. Nó hoạt động bằng cách tìm các mẫu trong dữ liệu và lưu trữ nó hiệu quả hơn. Ví dụ: nếu một tệp có 5 từ lặp lại, thay vì lưu trữ 5 từ trùng lặp đó, tính năng nén không mất dữ liệu sẽ chỉ lưu trữ một phiên bản của từ đó, cộng với tham chiếu đến nơi nó có thể tìm thấy thông tin về việc sử dụng từ đó trong tệp.

Không giống như nén mất mát (loại bỏ một số thông tin có chọn lọc để giảm kích thước) Nén không mất dữ liệu cho phép bạn duy trì độ phân giải hình ảnh, văn bản rõ ràng và tính toàn vẹn của tệp với không giảm chất lượng. Điều này làm cho nó phù hợp với các ứng dụng mà một số thông tin là cần thiết và không thể hy sinh để giảm kích thước. Các cách sử dụng phổ biến để nén không mất dữ liệu bao gồm:

• Nén các tệp nhạc (do đó chất lượng âm thanh phải được giữ nguyên)
• Nén hình ảnh y tế (vì các chi tiết nhỏ có thể rất quan trọng để chẩn đoán)
• Nén mã nguồn ứng dụng phần mềm
• Lưu trữ tài liệu để lưu trữ lâu dài.

Ví dụ về máy nén có thể sử dụng loại thuật toán này là Tệp ZIP và PNG cũng như một số định dạng hình ảnh như TIFF và GIF.

Lợi ích của Nén Lossless

Nén không mất dữ liệu là một công nghệ nén dữ liệu thành kích thước nhỏ hơn mà không làm giảm chất lượng. Điều này có thể thực hiện được thông qua việc sử dụng các thuật toán xác định các chuỗi dữ liệu dư thừa hoặc lặp lại, sau đó thay thế chúng bằng các mã ngắn hơn. Sử dụng phương pháp này có thể giúp giảm đáng kể kích thước của dữ liệu, thường bằng cách một nửa hoặc nhiều hơn, giúp người dùng có thể lưu trữ và truyền tải một lượng lớn thông tin hiệu quả hơn.

Ngoài việc tiết kiệm không gian lưu trữ, còn có một số lợi ích chính khác khi sử dụng tính năng nén không mất dữ liệu. Bao gồm các:

• Hiệu suất được cải thiện: Nén không mất dữ liệu có thể cải thiện tốc độ truyền tệp vì chúng nhỏ hơn và chiếm ít băng thông hơn trong khi gửi hoặc tải xuống.
• Toàn vẹn dữ liệu: Vì không có dữ liệu nào bị mất khi sử dụng nén không mất dữ liệu nên mọi thông tin được mã hóa sẽ vẫn còn nguyên vẹn khi giải nén.
• Khả năng tương thích: Các tệp nén thường có thể được mở bằng nhiều ứng dụng trên các nền tảng khác nhau do các thuật toán mã hóa tiêu chuẩn của nó.
• Giảm thời gian xử lý: Việc giảm kích thước tệp sẽ tăng tốc các quy trình như in, phát trực tuyến và chỉnh sửa vì các tệp nhỏ hơn yêu cầu ít sức mạnh tính toán hơn.

Các loại nén Lossless

Có nhiều loại Nén không mất dữ liệu các kỹ thuật cho phép bạn nén dữ liệu mà không làm mất bất kỳ thông tin nào. Các loại nén không mất dữ liệu phổ biến nhất là ZIP, gzip và LZW. Ba loại này, cùng với các loại khác, tất cả đều có những lợi ích và hạn chế riêng.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các loại phương pháp nén không mất dữ liệu khác nhau và cách sử dụng chúng:

• ZIP
• gzip
• LZW

Mã hóa độ dài chạy

Mã hóa độ dài chạy (RLE) là một thuật toán nén dữ liệu được sử dụng để giảm kích thước tệp mà không làm mất bất kỳ dữ liệu nào. Nó hoạt động bằng cách phân tích dữ liệu, tìm kiếm các ký tự liên tiếp và sau đó nén chúng thành một dạng nhỏ hơn, cô đọng hơn. Điều này làm cho các tập tin dễ dàng hơn để lưu trữ và chuyển giao. Trong quá trình giải nén, dữ liệu ban đầu có thể được khôi phục hoàn toàn.

Mã hóa độ dài chạy thường được sử dụng để nén hình ảnh kỹ thuật số vì nó làm giảm hiệu quả sự dư thừa thông tin trong tài liệu như mô hình lặp đi lặp lại, chạy của pixels hoặc các khu vực rộng lớn được tô bằng một màu duy nhất. Các tài liệu văn bản cũng là những ứng cử viên phù hợp để nén RLE vì chúng thường chứa các từ và cụm từ lặp lại.

Mã hóa thời lượng chạy tận dụng thực tế là nhiều mẫu liên tiếp trong tệp âm thanh có giá trị giống hệt nhau để giảm kích thước nhưng vẫn duy trì chất lượng ban đầu khi giải nén. Điều này có thể dẫn đến việc giảm đáng kể kích thước tệp – thường là 50% trở lên – với rất ít tổn thất về chất lượng và hiệu suất âm thanh.

Khi sử dụng mã hóa RLE, điều quan trọng cần nhớ là mặc dù có khả năng giảm kích thước tệp liên quan đến tệp âm thanh hoặc hình ảnh, nhưng nó thực sự không có lợi cho các loại tệp văn bản có xu hướng không có nhiều dự phòng do cách chúng được tạo thủ công thông thường . Do đó, một số thử nghiệm với các loại ứng dụng khác nhau có thể cần thiết trước khi đưa ra lựa chọn cuối cùng về việc liệu loại công nghệ nén này có phù hợp nhất với nhu cầu của bạn hay không.

Mã hóa Huffman

Mã hóa Huffman là một thuật toán nén dữ liệu không mất dữ liệu thích ứng. Thuật toán này sử dụng một tập hợp các ký hiệu hoặc ký tự dữ liệu, cùng với tần suất xuất hiện của chúng trong tệp để tạo mã tiền tố hiệu quả. Mã này bao gồm các từ mã ngắn hơn đại diện cho các ký tự thường xuyên hơn và các từ mã dài hơn đại diện cho các ký tự hiếm hơn. Sử dụng các mã này, Huffman Coding có thể giảm kích thước tệp mà ít ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của dữ liệu.

Huffman Coding hoạt động theo hai bước: xây dựng một bộ mã ký hiệu duy nhất và sử dụng nó để nén luồng dữ liệu. Các mã ký hiệu thường được xây dựng từ sự phân bố các ký tự của tập tin linh tinh và từ thông tin thu được bằng cách kiểm tra các tần số tương đối mà các nhân vật khác nhau xảy ra trong đó. Nói chung, Mã hóa Huffman hoạt động hiệu quả hơn các thuật toán nén không mất dữ liệu khác khi được sử dụng trên các luồng dữ liệu chứa các ký hiệu có xác suất xảy ra không bằng nhau – ví dụ, mô tả một tài liệu văn bản trong đó một số chữ cái (như “e”) xảy ra thường xuyên hơn những cái khác (như “z”).

Mã số học

Một loại nén không mất dữ liệu có thể được sử dụng được gọi là Mã số học. Phương pháp này lợi dụng thực tế là một luồng dữ liệu có thể có các phần dư thừa sử dụng hết dung lượng nhưng không truyền tải thông tin thực tế. Nó nén dữ liệu bằng cách loại bỏ những phần dư thừa này trong khi vẫn giữ nguyên nội dung thông tin gốc của nó.

Để hiểu cách Mã hóa số học hoạt động, hãy xem xét một ví dụ dựa trên văn bản. Giả sử có bốn ký tự trong luồng dữ liệu của chúng tôi – A, B, C, và D. Nếu dữ liệu không được nén, mỗi ký tự sẽ chiếm 32 bit trong tổng số XNUMX bit trên toàn bộ luồng. Tuy nhiên, với Mã hóa số học, các giá trị lặp lại như A và B có thể được biểu diễn với ít hơn tám bit mỗi cái.

Trong ví dụ này, chúng tôi sẽ sử dụng các khối bốn bit để biểu diễn từng ký tự, nghĩa là tất cả bốn ký tự có thể được đóng gói thành một khối 16 bit duy nhất. Bộ mã hóa xem xét luồng dữ liệu và gán xác suất cho từng ký tự dựa trên khả năng chúng xuất hiện trong các chuỗi liên tiếp nhằm tiết kiệm dung lượng đồng thời đảm bảo độ chính xác tối đa khi chúng được giải nén ở đầu kia. Do đó, trong quá trình nén, chỉ những ký tự có xác suất cao hơn sẽ lấy ít bit hơn trong khi những ký tự có tần số thấp hơn hoặc những ký tự xuất hiện ít thường xuyên hơn sẽ yêu cầu nhiều bit hơn trên mỗi khối ký tự nhưng vẫn được gói gọn trong một khối 16 bit như trước khi lưu vài byte trên toàn bộ luồng dữ liệu khi so với phiên bản không nén của nó.

Cách sử dụng Nén Lossless

Nén không mất dữ liệu là một cách mã hóa và nén dữ liệu mà không làm mất thông tin. Phương pháp nén này được sử dụng để giảm kích thước của các tệp hình ảnh, âm thanh và video kỹ thuật số. Nén không mất dữ liệu cho phép dữ liệu được lưu trữ ở một phần nhỏ so với kích thước ban đầu, dẫn đến tệp nhỏ hơn nhiều.

Vì vậy, hãy đi vào chi tiết và khám phá cách sử dụng nén không mất dữ liệu:

Định dạng tệp

Nén không mất dữ liệu là một kiểu nén dữ liệu giúp giảm kích thước tệp mà không làm mất bất kỳ dữ liệu nào có trong tệp gốc. Điều này làm cho nó trở thành một phương pháp lý tưởng để nén các tệp lớn như ảnh kỹ thuật số, tệp âm thanh và video clip. Để sử dụng kiểu nén này, bạn phải hiểu các loại tệp được máy nén không mất dữ liệu hỗ trợ và cách thiết lập chúng đúng cách để có kết quả tối ưu.

Khi nén tệp cho mục đích không mất dữ liệu, bạn có một số tùy chọn cho định dạng tệp. Nhiều khả năng, bạn sẽ chọn giữa JPEG và PNG vì cả hai đều cung cấp kết quả tuyệt vời với kích thước tệp tốt. Bạn cũng có thể sử dụng các định dạng như GIF hoặc TIFF nếu phần mềm của bạn hỗ trợ chúng. Ngoài ra còn có một số định dạng nén cụ thể được thiết kế dành riêng cho âm thanh hoặc video. Bao gồm các FLAC (âm thanh không mất dữ liệu), AVI (video không mất dữ liệu) và định dạng Apple Lossless (ALAC) của QuickTime.

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các định dạng này cung cấp khả năng nén tốt hơn so với các định dạng không nén, nhưng chúng có thể khó làm việc hơn do hỗ trợ hạn chế trong một số ứng dụng và chương trình phần mềm. Tùy thuộc vào thiết lập của bạn, sử dụng định dạng không nén có thể đơn giản hơn về lâu dài ngay cả khi nó chiếm nhiều dung lượng đĩa hơn.

Công cụ nén

Hiện có nhiều công cụ nén được thiết kế để giảm kích thước tệp dữ liệu trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu gốc. Các công cụ này sử dụng thuật toán để xác định dữ liệu dư thừa và loại bỏ dữ liệu đó khỏi tệp mà không làm mất bất kỳ thông tin nào.

Nén không mất dữ liệu đặc biệt hữu ích cho hình ảnh đồ họa hoặc bản ghi âm thanh và video. Các công cụ như ZIP, RAR, Stuffit X, GZIP và ARJ hỗ trợ các mức nén không mất dữ liệu khác nhau cho nhiều loại tệp bao gồm PDF và tệp thực thi được nén (EXE). Ví dụ: nếu bạn nén một hình ảnh với một trong các định dạng này tại cài đặt giảm kích thước tối đa, bạn sẽ có thể mở và xem ảnh đó mà không làm mất bất kỳ thông tin chi tiết hoặc màu sắc nào.

Thuật toán được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến kích thước tệp có thể đạt được cũng như thời gian xử lý và nén tệp. Điều này có thể kéo dài từ vài phút đến vài giờ tùy thuộc vào mức độ phức tạp của công cụ bạn chọn. Các công cụ nén phổ biến như 7-zip (LZMA2) cung cấp mức nén cao hơn nhưng yêu cầu thời gian xử lý lâu hơn. Các chương trình được tối ưu hóa cao như SQ=z (BÉO) là các thói quen cấp thấp có thể vắt kiệt các byte bổ sung với tốc độ cực nhanh so với các ứng dụng phổ biến hơn như WinZip or WinRAR nhưng sự phức tạp về kỹ thuật của chúng có nghĩa là chúng hiếm khi được người dùng PC nghiệp dư sử dụng.

Nén hình ảnh

Nén hình ảnh là một cách để giảm lượng dữ liệu cần thiết để thể hiện một hình ảnh kỹ thuật số. Điều này được thực hiện bằng một hoặc cả hai cách tiếp cận: bằng cách xóa hoặc giảm dữ liệu hình ảnh không đáng kể, được gọi là Nén không mất dữ liệu; hoặc bằng cách loại bỏ dữ liệu cẩn thận, được gọi là nén mất mát.

Với Nén không mất dữ liệu, hình ảnh xuất hiện chính xác như trước khi được nén và sử dụng ít bộ nhớ hơn để lưu trữ. Với một nén mất mát kỹ thuật, một số dữ liệu bị mất khi tệp được lưu và nén lại nhưng khi được thực hiện đúng cách, sẽ không nhìn thấy biến dạng có thể nhìn thấy từ tệp không nén ban đầu.

Các kỹ thuật nén không mất dữ liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiếp ảnh kỹ thuật số và trong quy trình thiết kế đồ họa. Các kỹ thuật không mất dữ liệu cho phép các tệp được nén thành các kích thước nhỏ hơn nhiều so với khi chúng được nén bằng các phương pháp khác, chẳng hạn như ảnh JPEG được thiết kế cho nén mất mát nơi bạn nhận được kích thước tệp nhỏ hơn với chi phí bị mất chất lượng hoặc chi tiết.

Các định dạng hình ảnh lossless bao gồm:

• PNG pháo hoa (ortf)
• GIF (ảnh gif)
• và định dạng thông dụng nhất TIFF (tiff).

Các ứng dụng phần mềm xử lý hình ảnh như Photoshop có thể mở các loại hình ảnh khác nhau và chuyển đổi chúng thành một trong các định dạng này bằng cách sử dụng các tính năng như “Lưu dưới dạng”, đây là tần suất các tệp được chuyển đổi giữa các định dạng mà không cần phải tải xuống phần mềm bổ sung.

Một số định dạng hình ảnh thay thế như JPEG 2000 (jp2) cũng sử dụng loại kỹ thuật nén này tuy nhiên chúng mang lại lợi ích bổ sung vì chúng có thể lưu trữ thông tin trực tiếp chính xác hơn so với JPEG trong khi vẫn có kích thước tệp nhỏ do sơ đồ mã hóa hiệu quả của chúng.

Kết luận

Nén không mất dữ liệu là một công cụ mạnh mẽ có thể giúp bạn giảm kích thước tệp và tiết kiệm dung lượng lưu trữ, đồng thời đảm bảo bạn không bị mất bất kỳ dữ liệu nào trong quá trình này. Nó cho phép bạn nén các tệp mà không làm mất bất kỳ thông tin nào chứa trong đó, làm cho chúng dễ dàng hơn để lưu trữ, truy cập và chia sẻ.

Trong kết luận, Nén không mất dữ liệu là một công cụ thiết yếu để lưu trữ và quản lý dữ liệu hiện đại.

Tóm tắt nén không mất dữ liệu

Nén không mất dữ liệu là một loại kỹ thuật nén dữ liệu giúp giảm kích thước tệp mà không làm mất bất kỳ dữ liệu nào chứa bên trong. Đó là lý tưởng để nén các tệp dựa trên văn bản như tài liệu, bảng tính, cũng như tệp hình ảnh và âm thanh.

Lợi ích chính của nén không mất dữ liệu là nó cho phép bạn giảm kích thước tệp mà không làm giảm chất lượng tệp. Điều này có nghĩa là cùng một tệp chính xác có thể được nén nhiều lần, giúp dễ dàng lưu trữ và chuyển các tệp lớn một cách nhanh chóng và dễ dàng. Nó cũng cho phép sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn bằng cách loại bỏ dữ liệu dư thừa khỏi tệp và chỉ lưu trữ các thành phần thông tin thiết yếu.

Nói chung, có hai loại thuật toán nén không mất dữ liệu - thuật toán dựa trên từ điển như Deflate/GZip hoặc Lempel-Ziv (nén tệp vào danh sách được lập chỉ mục) hoặc phương pháp loại bỏ dư thừa chẳng hạn như mã hóa số học hoặc mã hóa độ dài chạy (loại bỏ dư thừa bằng cách mã hóa các mẫu lặp lại). Mỗi loại có mục đích cụ thể riêng khi nói đến các loại phương tiện và ứng dụng.

Đối với hình ảnh, cụ thể là các định dạng hình ảnh không mất dữ liệu như PNG được ưa thích hơn các định dạng mất dữ liệu khác như JPEG bởi vì chúng bảo toàn chi tiết hình ảnh tốt hơn JPEG trong khi vẫn cung cấp mức độ nén hợp lý mà không làm giảm đáng kể chất lượng hình ảnh hoặc khó khăn trong việc giải mã hoặc truy xuất dữ liệu nguồn gốc. Tương tự, âm thanh kỹ thuật số tập tin dạng sóng không nén có xu hướng làm tốt hơn với kỹ thuật lượng tử hóa vector thay vì các kỹ thuật giảm tốc độ bit thuần túy.

Tóm lại, nén không mất dữ liệu là một cách hiệu quả để giảm kích thước tệp lớn mà không ảnh hưởng đến chất lượng; điều này làm cho chúng trở thành những lựa chọn thay thế tuyệt vời để bảo toàn dữ liệu có giá trị đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ và chi phí. Vì các thuật toán khác nhau phù hợp với các loại phương tiện khác nhau hiệu quả hơn các loại phương tiện khác, nên tốt nhất bạn nên nghiên cứu định dạng nào phù hợp nhất với nhu cầu của mình để bảo vệ quyền riêng tư và hiệu quả sử dụng không gian – sự lựa chọn đúng đắn có thể tạo nên sự khác biệt!

Lợi ích của Nén Lossless

Nén không mất dữ liệu là một quá trình mã hóa và giải mã dữ liệu cho phép các tệp tiết kiệm dung lượng mà không làm giảm chất lượng. Mặc dù chi phí lưu trữ liên tục giảm, nhưng việc duy trì nội dung kỹ thuật số chất lượng cao có thể tốn kém và tốn thời gian. Các thuật toán nén không mất dữ liệu tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ, tối ưu hóa mạng và truyền tệp qua các hệ thống khác nhau. Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu được tối ưu hóa có thể giảm chi phí vận hành liên quan đến hoạt động I/O và giúp các bộ phận phân tích dữ liệu khoa học hoặc y tế xác thực kết quả của họ nhanh hơn.

Ưu điểm của việc sử dụng các kỹ thuật nén không mất dữ liệu bao gồm:

• Giảm kích thước tệp mà không gây ra bất kỳ biến dạng hoặc suy giảm chất lượng nào
• Cải thiện tốc độ tải trang bằng cách giảm lượng dữ liệu được truyền qua web
• Cổng vào các ứng dụng nguồn mở giúp giảm chi phí liên lạc để truy cập nội dung trên các máy chủ trực tuyến
• Tăng khả năng lưu trữ để bảo quản lâu dài nội dung kỹ thuật số
• Mở ra con đường cho các dịch vụ thiết bị ảo và phương tiện truyền phát trực tuyến trên Internet bằng cách phục vụ lượng khán giả tiềm năng khổng lồ với tài nguyên băng thông tối thiểu

Xin chào, tôi là Kim, một người mẹ và là người đam mê stop-motion với kiến ​​thức nền tảng về tạo phương tiện truyền thông và phát triển web. Tôi có niềm đam mê lớn với vẽ và hoạt hình, và bây giờ tôi đang lao đầu vào thế giới stop-motion. Với blog của mình, tôi đang chia sẻ những kiến ​​thức của mình với các bạn.