Jak działa kompresja plików?

Kompresja plików jest podstawową częścią działania sieci. Pozwala nam przesyłać pliki, które w innym przypadku zajęłyby zbyt dużą przepustowość i czas. Za każdym razem, gdy uzyskujesz dostęp do plików ZIP lub przeglądasz obrazy JPEG, zyskujesz na kompresji plików.

Dlatego w pewnym momencie prawdopodobnie zadałeś pytanie: jak działa kompresja plików? Oto podstawowe spojrzenie na działanie kompresji.

Co oznacza kompresja?

Mówiąc najprościej, kompresja pliku (lub kompresja danych) polega na zmniejszeniu rozmiaru pliku przy jednoczesnym zachowaniu oryginalnych danych. Dzięki temu plik zajmuje mniej miejsca na urządzeniu pamięci masowej, a ponadto ułatwia przesyłanie przez Internet lub w inny sposób.

Należy zauważyć, że kompresja nie jest nieskończona. Podczas kompresji pliku do formatu ZIP zmniejsza się jego rozmiar, nie można dalej kompresować pliku, aby dodatkowo zmniejszyć rozmiar do zera.

Ogólnie kompresja plików jest podzielona na dwa główne typy: stratny i bezstratny. Przyjrzyjmy się, jak oba działają po kolei.

Jak działa kompresja plików: Kompresja stratna

Kompresja stratna zmniejsza rozmiar pliku, usuwając niepotrzebne fragmenty informacji. Najczęściej występuje w formatach obrazu, wideo i audio, gdzie nie jest konieczne idealne odwzorowanie nośnika źródłowego. Wiele popularnych formatów tego typu mediów wykorzystuje kompresję stratną; MP3 i JPEG to dwa popularne przykłady.

MP3 nie zawiera wszystkich informacji audio z oryginalnego nagrania - zamiast tego wydaje dźwięki, których ludzie nie słyszą. I tak nie zauważysz, że ich brakuje, więc usunięcie tych informacji skutkuje mniejszym rozmiarem pliku, w zasadzie bez wad.

Podobnie pliki JPEG usuwają nieistotne części obrazów. Na przykład na zdjęciu zawierającym błękitne niebo kompresja JPEG może zmienić wszystkie piksele nieba na jeden lub dwa odcienie niebieskiego, zamiast używać dziesiątek różnych odcieni.

Jednak im silniej skompresujesz plik, tym bardziej zauważalny jest spadek jakości. Prawdopodobnie doświadczyłeś tego z błotnistymi plikami MP3 przesłanymi na YouTube. Na przykład porównaj ten wysokiej jakości utwór muzyczny:

W tej mocno skompresowanej wersji tej samej piosenki:

Kompresja stratna jest odpowiednia, gdy plik zawiera więcej informacji niż potrzebujesz do swoich celów. Załóżmy na przykład, że masz ogromny plik obrazu RAW. Chociaż prawdopodobnie chcesz zachować tę jakość podczas drukowania obrazu na dużym banerze, nie ma sensu przesyłać pliku RAW do Facebooka.

Zdjęcie zawiera tak wiele danych, że nie jest zauważalne podczas przeglądania w serwisach społecznościowych. Kompresowanie obrazu do wysokiej jakości JPEG powoduje wyświetlenie pewnych informacji, ale obraz wygląda prawie tak samo gołym okiem. Zobacz nasze porównanie popularnych formatów graficznych JPEG, GIF lub PNG? Typy plików graficznych wyjaśnione i przetestowane JPEG, GIF lub PNG? Rodzaje plików obrazu wyjaśnione i przetestowane Czy znasz różnice między plikami JPEG, GIF, PNG i innymi rodzajami plików obrazów? Czy wiesz, kiedy powinieneś użyć jednego zamiast drugiego? Nie obawiaj się, MakeUseOf wszystko wyjaśnia! dla głębszego spojrzenia na to.

Kompresja stratna w ogólnym użyciu

Jak wspomnieliśmy, kompresja stratna jest świetna dla większości form mediów. Z tego powodu jest to ważne dla firm takich jak Spotify i Netflix, które stale przesyłają ogromne ilości informacji. Zmniejszenie rozmiaru pliku tak bardzo, jak to możliwe, przy jednoczesnym zachowaniu jakości, sprawia, że ​​ich działanie jest bardziej wydajne. Czy możesz sobie wyobrazić, czy każdy film YouTube był przechowywany i przesyłany w oryginalnym nieskompresowanym formacie?

Ale kompresja stratna nie działa tak dobrze w przypadku plików, w których wszystkie informacje są kluczowe. Na przykład użycie kompresji stratnej w pliku tekstowym lub arkuszu kalkulacyjnym spowodowałoby zniekształcenie danych wyjściowych. Naprawdę nie można niczego wyrzucić bez poważnego uszkodzenia produktu końcowego.

Podczas zapisywania w formacie stratnym często można ustawić poziom jakości. Na przykład wiele edytorów obrazów ma suwak, aby wybrać jakość JPEG od 0-100.

Oszczędność na poziomie około 90 lub 80 procent nieco zmniejsza rozmiar pliku, z niewielką różnicą dla oka. Ale zapisanie w niskiej jakości lub wielokrotne zapisywanie tego samego pliku w formacie stratnym spowoduje jego degradację.

Poniżej możesz zobaczyć przykład tego (kliknij, aby zobaczyć większe obrazy). Po lewej stronie znajduje się oryginalny obraz pobrany z Pixabay jako JPEG. Środkowy obraz jest wynikiem zapisania go jako JPEG w jakości 50 procent. Zdjęcie po prawej stronie pokazuje oryginalny obraz zapisany zamiast 10-procentowej jakości JPEG.

Zamiast pokazywać wszystkie 10 bloków, możemy usunąć wszystkie oprócz jednego z każdego koloru. Następnie, jeśli użyjemy liczb, aby pokazać, ile było cegieł każdego koloru, reprezentowaliśmy dokładnie ten sam kawałek informacji, używając znacznie mniej cegieł. Zamiast 10 cegieł potrzebujemy teraz tylko trzech.

Jest to prosta ilustracja tego, jak możliwa jest kompresja bezstratna. Przechowuje te same informacje w bardziej wydajny sposób, usuwając nadmiarowość. Rozważmy rzeczywisty plik, w którym poniższy ciąg:

mmmmmuuuuuuuoooooooooooo

Mogą “kompres” do następującej, znacznie krótszej formy:

m5u7o12

To pozwala nam użyć siedmiu znaków zamiast 24 do przedstawienia tych samych danych, co jest znaczącą oszczędnością.

Bezstratna kompresja w codziennym użytkowaniu

Jak wspomniano powyżej, bezstratna kompresja jest ważna w przypadkach, w których nie można usunąć żadnego z oryginalnych plików. Jeśli zastanawiasz się, jak działają pliki ZIP, oto odpowiedź.

Gdy tworzysz plik ZIP z programu wykonywalnego w systemie Windows, używa on kompresji bezstratnej. Kompresja plików ZIP jest bardziej wydajnym sposobem przechowywania programu, ale kiedy go rozpakujesz (rozpakujesz), wszystkie oryginalne informacje są obecne. Jeśli użyjesz kompresji stratnej do skompresowania plików wykonywalnych, rozpakowana wersja może zostać uszkodzona i nie będzie można jej użyć.

Typowe bezstratne formaty obejmują PNG dla obrazów, FLAC dla audio i ZIP. Bezstratne formaty wideo są rzadkie, ponieważ zajmowałyby ogromne ilości miejsca.

Kiedy stosować kompresję bezstratną i bezstratną

Teraz, gdy przyjrzeliśmy się obu formom kompresji plików, możesz zastanawiać się, kiedy powinieneś użyć jednego lub drugiego. Jak się okazuje, nie ma “lepszy” forma kompresji - wszystko zależy od tego, do czego używasz plików.

Ogólnie rzecz biorąc, powinieneś stosować kompresję bezstratną, jeśli chcesz uzyskać idealną kopię materiału źródłowego, a kompresję stratną, gdy niedoskonała kopia jest wystarczająco dobra. Spójrzmy na inny przykład, aby zobaczyć, jak mogą działać w harmonii.

Powiedz, że właśnie wykopałeś swoją starą kolekcję płyt CD i chcesz ją zdigitalizować Jak konwertować płyty CD, kasety i dyski MiniDisc na MP3 Jak konwertować płyty CD, kasety i dyski MiniDisc na MP3 Jeśli masz stare dyski CD, kasety magnetofonowe, dyski MiniDisc, lub płyty winylowe, których chcesz się pozbyć, czas na digitalizację swojej kolekcji. Oto wszystko, co musisz wiedzieć. więc masz całą swoją muzykę na komputerze. Podczas zgrywania płyt CD warto używać formatu takiego jak FLAC, który jest bezstratny. Dzięki temu masz na komputerze kopię główną, która jest tak dobra jak oryginalna płyta CD.

Później może chcesz umieścić muzykę w telefonie lub starym odtwarzaczu MP3, aby móc słuchać w ruchu. Prawdopodobnie nie zależy ci na tym, aby twoja muzyka była w tej jakości idealna, więc możesz przekonwertować pliki FLAC na MP3 Jak przekonwertować FLAC na MP3 za darmo Jak przekonwertować FLAC na MP3 za darmo Czy musisz konwertować pliki audio FLAC na MP3? Oto bezpłatne aplikacje, które musisz wypróbować w systemach Windows, Mac, Linux i Internecie. . Daje to plik audio, który nadal jest doskonale słyszalny, ale nie zajmuje tyle miejsca na urządzeniu mobilnym. Jakość MP3 skonwertowanego z FLAC będzie tak dobra, jakbyś skompresował MP3 bezpośrednio z oryginalnej płyty CD.

Typ danych reprezentowanych w pliku może również decydować o tym, który rodzaj kompresji jest najlepszy. Ponieważ obrazy PNG używają bezstratnej kompresji, oferują małe rozmiary plików dla obrazów z dużą ilością jednolitego miejsca, np. Zrzuty ekranu z komputera. Zauważysz jednak, że pliki PNG zajmują znacznie więcej miejsca, gdy reprezentują mieszankę kolorów na zdjęciach z prawdziwego świata.

Obawy podczas kompresji plików

Jak widzieliśmy, konwersja formatów bezstratnych na stratne jest w porządku, podobnie jak konwersja jednego formatu bezstratnego na inny. Jednak nigdy nie należy konwertować formatu stratnego na bezstratny i należy wystrzegać się konwersji jednego formatu stratnego na inny.

Konwersja formatów stratnych na bezstratne to po prostu marnowanie miejsca. Pamiętaj, że stratne formaty wyrzucają dane; niemożliwe jest odzyskanie tych danych.

Załóżmy, że masz plik MP3 o rozmiarze 3 MB. Konwersja tego pliku na FLAC może dać plik 30 MB, ale te 30 MB zawierają dokładnie dźwięki, które wykonał znacznie mniejszy plik MP3. Konwersja z powrotem do formatu bezstratnego nie działa “wyzdrowieć” informacja, że ​​wyrzuciła kompresja MP3.

Wreszcie, jak wspomniano wcześniej, konwersja jednego formatu stratnego na inny (lub wielokrotne zapisywanie w tym samym formacie) spowoduje dalsze pogorszenie jakości. Za każdym razem, gdy stosujesz kompresję stratną, tracisz więcej szczegółów. Staje się to coraz bardziej widoczne, dopóki plik nie zostanie zasadniczo zniszczony.

Jak działa kompresja? Teraz wiesz

Przyjrzeliśmy się kompresji stratnej i bezstratnej, aby zobaczyć, jak działają. Teraz wiesz, jak można przechowywać plik w mniejszym rozmiarze niż jego oryginalna forma i jak wybrać najlepszą metodę dla swoich potrzeb.

Oczywiście algorytmy decydujące o tym, jakie dane są wyrzucane metodami stratnymi i jak najlepiej przechowywać nadmiarowe dane w bezstratnej kompresji, są znacznie bardziej skomplikowane, niż wyjaśniliśmy tutaj. Jeśli jesteś zainteresowany, jest o wiele więcej do odkrycia na ten temat.

Wypróbowałeś bezstratną kompresję i chcesz wysłać coś znajomemu? Wypróbuj te szybkie sposoby przesyłania dużych plików online 5 Szybkie i bezpłatne aplikacje internetowe do przesyłania dużych plików lokalnie lub online 5 Szybkie i bezpłatne aplikacje internetowe do przesyłania dużych plików lokalnie lub online Istnieje kilka sposobów przesyłania dużych plików między komputerami, ale te aplikacje internetowe są bezpłatne i skuteczne. Prawdopodobnie nie będziesz potrzebować niczego więcej. .