Сжатие данных. Сжатие

data compression ), упаковка данных, компрессия , сжимающее кодирование, кодирование источника - алгоритмическое преобразование данных, уменьшающее их объём.

Сжатие без потерь (англ. Lossless data compression ) - метод сжатия, при котором исходные данные можно полностью восстановить из упакованных данных.
Сжатие данных с потерями (англ. Lossy compression ) - метод сжатия, при котором распакованные данные отличаются от исходных, но отличия не являются существенными для их дальнейшего использования.

Физика

Растяжение-сжатие - вид продольной деформации стержня или бруса, возникающей при приложении к нему нагрузки по его продольной оси.
Сжатие (термодинамика) - уменьшение объёма газа при его охлаждении.
Компрессия газов - силовое воздействие на газообразное тело, приводящее к уменьшению занимаемого им объёма, а также к повышению давления и температуры. Компрессия осуществляется в компрессорах , а также при работе двигателя внутреннего сгорания и других устройств.

См. также

Сжимающее отображение - отображение метрического пространства в себя, которое равномерно уменьшает все расстояния.
Степень сжатия - техническая характеристика двигателя внутреннего сгорания.
Компрессор аудиосигнала - электронное устройство или компьютерная программа, используемая для уменьшения динамического диапазона звукового сигнала.
Декомпрессия (значения)

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Сжатие" в других словарях:

СЖАТИЕ, сжатия, ср. (книжн.). 1. Действие по гл. сжать1 в 1 и 3 знач. Сжатие воздуха. «В те дни, как постигал я первую любовь по сжатию руки, по отблеску очей…» Фет. 2. Состояние по гл. сжаться. Сжатие сердца. Сжатие в двигателе. Сжатие льдов.… … Толковый словарь Ушакова

- (squeeze) 1. Методы контроля, используемые правительством в целях ограничения темпов инфляции. Сжатие доходов (выплат) (income (pay) squeeze) ограничивает рост заработной платы, сжатие кредита (credit squeeze) ограничивает те суммы, которые банки … Словарь бизнес-терминов

- (squeeze) 1. Методы контроля, используемые правительством в целях ограничения темпов инфляции. Сжатие доходов (выплат) (income (pay) squeeze) ограничивает рост заработной платы, кредитное сжатие (credit squeeze) ограничивает те суммы, которые… … Финансовый словарь

Стягивание, сокращение, свертывание, урезание, свертка, сплющивание, стискивание, архивирование, усадка, пожимание, контракция, коллапс, сдавление, сплющенность, сжатость, уплотнение, архивация, сдвигание, съеживание, спазм, прессовка, стеснение … Словарь синонимов

См. Растяжение сжатие … Большой Энциклопедический словарь

- (Compression) процесс, происходящий в цилиндре двигателя и заключающийся в сжатии горючей смеси в карбюраторных и газовых нефтяных двигателях или воздуха в дизелях, нефтяных двигателях и компрессорах. С. в двигателе предшествует воспламенению… … Морской словарь

СЖАТИЕ, уменьшение объема вещества путем принудительного вмещения его в малое по объему пространство (например, при компрессии газа) или ограничения расширения нагреваемого вещества (как при приготовлении пищи в скороварке). Этот процесс… … Научно-технический энциклопедический словарь

СЖАТЬ 1, сожму, сожмёшь; сжатый; сов. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

- (см. РАСТЯЖЕНИЕ) . Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

сжатие - уплотнение — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом Синонимы уплотнение EN compression … Справочник технического переводчика

Сжатие - – уменьшение длины тела призматической или цилиндрической формы, вызываемое силой, направленной вдоль его продольной оси. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Рубрика термина: Общие термины Рубрики… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Книги

Сжатие при смешении нормальных жидкостей , Е.В. Бирон. Эта книга будет изготовлена в соответствии с Вашим заказом по технологии Print-on-Demand. Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания 1912 года (издательство "Санкт-петербург"…

Перед тем как начинать процесс сжатия файла или папки, очень важно понять все получаемые от этого выгоды, и разобрать сами доступные в Windows 7 методы сжатия:

NTFS сжатие файла
Сжатие (zip) папки.

Сжатие данных уменьшает размер файла, минимизируя его избыточные данные. В текстовом файле избыточными данными часто бывают определенные знаки, например, символ пробела или общие гласные (e и a), а также строки символов. Сжатие данных создает сжатую версию файла, минимизируя эти избыточные данные.

Ниже будут сравниваться эти два метода сжатия. Кроме того, будет рассмотрено воздействие различных файлов и папок на действие сжатых файлов и папок.

Файловая система NTFS поддерживает сжатие файлов на основе отдельного файла. Алгоритмом сжатия файла здесь является алгоритм сжатия без потерь, это означает, что при сжатии и распаковке файла данные не теряются. В других алгоритмах при сжатии и последующей декомпрессии часть данных теряется.

Сжатие NTFS, доступное на использующих файловую систему NTFS жестких дисках, имеет следующие ограничения и особенности:

Сжатие - атрибут для файла или папки.
Папки и файлы на томе NTFS, либо сжаты, либо нет.
Новые файлы, созданные в сжатой папке сжимаются по умолчанию.
Состояние сжатой папки не обязательно отражает состояние сжатия файлов в этой папке. Например, папки могут быть сжаты без сжатия его содержания, и некоторые или все файлы в сжатой папке можно распаковать.
Работа с NTFS-сжатыми файлами без их распаковки, так как они распаковываются и снова сжимаются без вмешательства пользователя.
Если сжатый файл открыт, система автоматически его распаковывает.
При закрытии файла Windows снова его сжимает.
Для упрощения распознавания, NTFS сжатые имена файлов и папок отображаются в другом цвете.
NTFS-сжатые файлы и папки остаются в сжатом виде, только на NTFS томе.
NTFS сжатые файлы не могут быть зашифрованы.
Сжатые байты файла недоступны для приложений; они видят только несжатые данные.
Приложения, открывающие сжатые файлы могут работать с ними, как с не сжатыми.
Сжатые файлы не могут быть скопированы в другой файловой системе.

Примечание: для управления сжатием NTFS можно использовать компактный инструмент командной строки.

Перемещение и копирование сжатых файлов и папок.

Перемещенные или скопированные сжатые файлы и папки могут изменить свое состояние сжатия. Ниже приводиться пять ситуаций, в которых рассматривается влияние копирования и перемещения на сжатые файлы и папки.

Копирование внутри раздела раздела NTFS.

Как изменяется состояние сжатого файла или папки, если вы его копируете внутри раздела NTFS? При копировании файла или папки внутри файловой системы NTFS раздел, файл или папка наследует состояние сжатия целевой папки. Например, если скопировать сжатый файл или папку в распакованную папку, файл или папка будут автоматически распакованы.

Перемещение внутри NTFS раздела.

Что происходит с состоянием сжатия файла или папки при перемещении в пределах раздела NTFS?

При перемещении файла или папки внутри раздела NTFS, файл или папка сохраняет свое первоначальное состояние сжатия. Например, при перемещении сжатого файла или папки в несжатом папку, файл остается сжатым.

Копирование или перемещение между NTFS разделами.

Что происходит с сжатыми файлом или папкой при копировании или перемещении его между разделами NTFS?

При перемещении файла или папки между разделами NTFS, файл или папка наследует состояние сжатия целевой папки. Поскольку Windows 7 рассматривает движение между разделами как копирование с последующей операцией удаления, файлы наследуют состояние сжатия целевой папки.

При копировании файла в папку, которая уже содержит файл с тем же именем, скопированный файл принимает атрибут сжатия целевого файла, независимо от состояния сжатия папки.

Копирование или перемещение между FAT и NTFS томами.

Что происходит с сжатием файла, который копируется или перемещается между FAT и NTFS томами?

Сжатые файлы, скопированные в раздел FAT становятся не сжатыми, так как FAT тома не поддерживают сжатие. Однако, если вы копируете или перемещаете файлы из раздела FAT в раздел NTFS, они наследуют атрибут сжатия папки, в которую вы их копируете.

При копировании файлов, файловая система NTFS вычисляет дисковое пространство, основанное на размере несжатого файла. Это важно, потому что файлы во время процесса копирования не сжаты, и система должна гарантировать достаточное пространство. Если Вы пытаетесь копировать сжатый файл в раздел NTFS, а у него нет свободного места для несжатого файла, перед вами появиться сообщение об ошибке, которое вас уведомит о недостаточности дискового пространства для файла.

"Сжатие данных"

Характерной особенностью большинства типов данных является их избыточность. Степень избыточности данных зависит от типа данных. Например, для видеоданных степень избыточности в несколько раз больше чем для графических данных, а степень избыточности графических данных, в свою очередь, больше чем степень избыточности текстовых данных. Другим фактором, влияющим на степень избыточности является принятая система кодирования. Примером систем кодирования могут быть обычные языки общения, которые являются ни чем другим, как системами кодирования понятий и идей для высказывания мыслей. Так, установлено, что кодирование текстовых данных с помощью средств русского языка дает в среднем избыточность на 20-25% большую чем кодирование аналогичных данных средствами английского языка.

Для человека избыточность данных часто связана с качеством информации, поскольку избыточность, как правило, улучшает понятность и восприятие информации. Однако, когда речь идет о хранении и передаче информации средствами компьютерной техники, то избыточность играет отрицательную роль, поскольку она приводит к возрастанию стоимости хранения и передачи информации. Особенно актуальной эта проблема стает в случае обработки огромных объемов информации при незначительных объемах носителей данных. В связи с этим, постоянно возникает проблема уменьшения избыточности или сжатия данных. Если методы сжатия данных применяются к готовым файлам, то часто вместо термина "сжатие данных" употребляют термин "архивация данных", сжатый вариант данных называют архивом , а программные средства, которые реализуют методы сжатия называются архиваторами .

В зависимости от того, в каком объекте размещены данные, подлежащие сжатию различают:

Сжатие (архивация) файлов: используется для уменьшения размеров файлов при подготовке их к передаче каналами связи или к транспортированию на внешних носителях маленькой емкости;

Сжатие (архивация) папок: используется как средство уменьшения объема папок перед долгим хранением, например, при резервном копировании;

Сжатие (уплотнение) дисков: используется для повышения эффективности использования дискового просторную путем сжатия данных при записи их на носителе информации (как правило, средствами операционной системы).

Существует много практических алгоритмов сжатия данных, но все они базируются на трех теоретических способах уменьшения избыточности данных. Первый способ состоит в изменении содержимого данных, второй - в изменении структуры данных, а третий - в одновременном изменении как структуры, так и содержимого данных.

Если при сжатии данных происходит изменение их содержимого, то метод сжатия называется необратимым , то есть при восстановлении (разархивировании) данных из архива не происходит полное восстановление информации. Такие методы часто называются методами сжатия с регулированными потерями информации. Понятно, что эти методы можно применять только для таких типов данных, для которых потеря части содержимого не приводит к существенному искажению информации. К таким типам данных относятся видео- и аудиоданные, а также графические данные. Методы сжатия с регулированными потерями информации обеспечивают значительно большую степень сжатия, но их нельзя применять к текстовым данным. Примерами форматов сжатия с потерями информации могут быть:

JPEG - для графических данных;

MPG - для для видеоданных;

MP3 - для аудиоданных.

Если при сжатии данных происходит только изменение структуры данных, то метод сжатия называется обратимым . В этом случае, из архива можно восстановить информацию полностью. Обратимые методы сжатия можно применять к любым типам данных, но они дают меньшую степень сжатия по сравнению с необратимыми методами сжатия. Примеры форматов сжатия без потери информации:

GIF, TIFF - для графических данных;

AVI - для видеоданных;

ZIP, ARJ, RAR, CAB, LH - для произвольных типов данных.

Существует много разных практических методов сжатия без потери информации, которые, как правило, имеют разную эффективность для разных типов данных и разных объемов. Однако, в основе этих методов лежат три теоретических алгоритма:

алгоритм RLE (Run Length Encoding);

алгоритмы группы KWE(KeyWord Encoding);

алгоритм Хаффмана.

Алгоритм RLE

В основе алгоритма RLE лежит идея выявления повторяющихся последовательностей данных и замены их более простой структурой, в которой указывается код данных и коэффициент повторения. Например, пусть задана такая последовательность данных, что подлежит сжатию:

1 1 1 1 2 2 3 4 4 4

В алгоритме RLE предлагается заменить ее следующей структурой: 1 4 2 2 3 1 4 3, где первое число каждой пары чисел - это код данных, а второе - коэффициент повторения. Если для хранения каждого элемента данных входной последовательности отводится 1 байт, то вся последовательность будет занимать 10 байт памяти, тогда как выходная последовательность (сжатый вариант) будет занимать 8 байт памяти. Коэффициент сжатия, характеризующий степень сжатия, можно вычислить по формуле:

где Vx- объем памяти, необходимый для хранения выходной (результирующей) последовательности данных, Vn- входной последовательности данных.

Чем меньше значение коэффициента сжатия, тем эффективней метод сжатия. Понятно, что алгоритм RLE будет давать лучший эффект сжатия при большей длине повторяющейся последовательности данных. В случае рассмотренного выше примера, если входная последовательность будет иметь такой вид: 1 1 1 1 1 1 3 4 4 4, то коэффициент сжатия будет равен 60%. В связи с этим большая эффективность алгоритма RLE достигается при сжатии графических данных (в особенности для однотонных изображений).

Алгоритмы группы KWE

В основе алгоритма сжатия по ключевым словам положен принцип кодирования лексических единиц группами байт фиксированной длины. Примером лексической единицы может быть обычное слово. На практике, на роль лексических единиц выбираются повторяющиеся последовательности символов, которые кодируются цепочкой символов (кодом) меньшей длины. Результат кодирования помещается в таблице, образовывая так называемый словарь.

Существует довольно много реализаций этого алгоритма, среди которых наиболее распространенными являются алгоритм Лемпеля-Зіва (алгоритм LZ) и его модификация алгоритм Лемпеля-Зіва-Велча (алгоритм LZW). Словарем в данном алгоритме является потенциально бесконечный список фраз. Алгоритм начинает работу с почти пустым словарем, который содержит только одну закодированную строку, так называемая NULL-строка. При считывании очередного символа входной последовательности данных, он прибавляется к текущей строке. Процесс продолжается до тех пор, пока текущая строка соответствует какой-нибудь фразе из словаря. Но рано или поздно текущая строка перестает соответствовать какой-нибудь фразе словаря. В момент, когда текущая строка представляет собой последнее совпадение со словарем плюс только что прочитанный символ сообщения, кодер выдает код, который состоит из индекса совпадения и следующего за ним символа, который нарушил совпадение строк. Новая фраза, состоящая из индекса совпадения и следующего за ним символа, прибавляется в словарь. В следующий раз, если эта фраза появится в сообщении, она может быть использована для построения более длинной фразы, что повышает меру сжатия информации.

Алгоритм LZW построен вокруг таблицы фраз (словаря), которая заменяет строки символов сжимаемого сообщения в коды фиксированной длины. Таблица имеет так называемое свойством опережения, то есть для каждой фразы словаря, состоящей из некоторой фразы w и символа К, фраза w тоже заносится в словарь. Если все части словаря полностью заполнены, кодирование перестает быть адаптивным (кодирование происходит исходя из уже существующих в словаре фраз).

Алгоритмы сжатия этой группы наиболее эффективны для текстовых данных больших объемов и малоэффективны для файлов маленьких размеров (за счет необходимости сохранение словаря).

Алгоритм Хаффмана

В основе алгоритма Хаффмана лежит идея кодирования битовыми группами. Сначала проводится частотный анализ входной последовательности данных, то есть устанавливается частота вхождения каждого символа, встречащегося в ней. После этого, символы сортируются по уменьшению частоты вхождения.

Основная идея состоит в следующем: чем чаще встречается символ, тем меньшим количеством бит он кодируется. Результат кодирования заносится в словарь, необходимый для декодирования. Рассмотрим простой пример, иллюстрирующий работу алгоритма Хаффмана.

Пусть задан текст, в котором бурва "А" входит 10 раз, буква "В" - 8 раз, "С"- 6 раз, "D" - 5 раз, "Е" и "F" - по 4 раза. Тогда один из возможных вариантов кодирования по алгоритму Хаффмана приведен в таблицы 1.

Таблица 1.

	Частота вхождения	Битовый код

Как видно из таблицы 1, размер входного текста до сжатия равен 37 байт, тогда как после сжатия - 93 бит, то есть около 12 байт (без учета длины словаря). Коэффициент сжатия равен 32%. Алгоритм Хаффмана универсальный, его можно применять для сжатия данных любых типов, но он малоэффективен для файлов маленьких размеров (за счет необходимости сохранение словаря).

На практике программные средства сжатия данных синтезируют эти три "чистых" алгоритмы, поскольку их эффективность зависит от типа и объема данных. В таблице 2 приведены распространенные форматы сжатия и соответствующие им программыи-архиваторы, использующиеся на практике.

Таблица 2.

Формат сжатия	Операционная система MS DOS		Операционная система Windows
Формат сжатия	Программа архивации	Программа разархивации	Программа архивации	Программа разархивации

Кроме того, современные архиваторы предоставляют пользователю полный спектр услуг для работы с архивами, основными из которых являются:

создание нового архива;

добавление файлов в существующий архив;

распаковывание файлов из архива;

создание самораспаковающихся архивов (self-extractor archive);

создание распределенных архивов фиксированного размера для носителей маленькой емкости;

защита архивов паролями от несанкционированного доступа;

просмотр содержимого файлов разных форматов без предварительного распаковывания;

поиск файлов и данных внутри архива;

проверка на вирусы в архиве к распаковыванию;

выбор и настройка коэффициента сжатия.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы влияют на степень избыточности данных? 2. Что такое архив? Какие программные средства называются архиваторами? 3. Почему методы сжатия, при которых происходит изменение содержимого данных, называются необратимыми? 4. Приведите примеры форматов сжатия с потерями информации. 5. В чем состоит преимущество обратимых методов сжатия над необратимыми? А недостаток? 6. Которая существует зависимость между коэффициентом сжатия и эффективностью метода сжатия? 7. В чем состоит основная идея алгоритма RLE? 8. В чем состоит основная идея алгоритмов группы KWE? 9. В чем состоит основная идея алгоритма Хаффмана? 10. Какие вы знаете програми-архиваторы? Коротко охарактеризуйте их.

Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. - СПб., 2000 г.

А.П.Микляев, Настольная книга пользователя IBM PC 3-издание М.:, "Солон-Р", 2000, 720 с.

Симонович С.В., Евсеев Г.А., Мураховский В.И. Вы купили компьютер: Полное руководство для начинающих в вопросах и ответах. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА; Инфорком-Пресс, 2001.- 544 с.: ил. (1000 советов).

Ковтанюк Ю.С., Соловьян С.В. Самоучитель работы на персональном компьютере - К.:Юниор, 2001.- 560с., ил.

Архив - Сжатие файлов: Как это происходит? - Журнал «Компьютер»

Здравствуйте! Не могли бы вы объяснить начинающему пользователю, как сжимаются файлы всякими архиваторами? Хотя бы в общих чертах. А то я с трудом себе представляю, как это вообще может быть.

Виталий

Совершенно верно, Виталий, это действительно не так просто себе представить, тем более, если не знаешь алгоритма. Но читателям журнала «Компьютер» повезло;), поскольку я в свое время много интересовался алгоритмами сжатия данных и, как программист, даже пробовал писать собственный архиватор.

Сжатие данных (англ. data compression) - алгоритмическое преобразование данных, производимое с целью уменьшения их объема. Применяется для более рационального использования устройств хранения и передачи данных. Процесс сжатия еще называют упаковкой данных или компрессией. Обратная процедура называется восстановлением данных (распаковкой, декомпрессией).

Сжатие основано на устранении избыточности, содержащейся в исходных данных. Простейшим примером избыточности является повторение в тексте фрагментов (например, слов естественного или машинного языка).

Итак, давайте начнем с простого примера. Допустим, у нас есть текстовый файл, который содержит строку текста:

АААГГДЕЕЕЕЖЖУУУККККИИИ

Текст довольно странный, согласитесь, но сейчас мы его сожмем, и он у нас будет занимать меньше места. Основной принцип сжатия весьма прост и сводится к следующему: каждая комбинация подряд повторяющихся символов заменяется одним таким символом и числом его повторений. Т.е. наш исходный текст в сжатом виде будет выглядеть так:

А3Г2Д1Е4Ж2У3К4И3

Таким образом, вместо 22 символов мы получили 16 символов. Конечно, такие тексты как наш исходный встречаются довольно редко, не говоря уже о бессмыслице, которая заключена в нем. Но ведь файлы, подвергающиеся сжатию, бывают не только текстовые, но и всякие картинки, музыка, видео, программы.

Данный пример довольно упрощен и не отражает эффективность, которую обычно демонстрируют при сжатии архиваторы. Так у нас получилось сжатие в 22/16 = 1,375 раза, хотя архиваторы, как правило, способны сжимать файлы в 2-10000 раз. Все зависит от повторяемости значений байт в файле.

Какие архиваторы бывают

Например, во времена незабвенной MS-DOS были архиваторы ARJ, PKZIP, HA, RAR, ARC, ACE и упаковщики программ LZEXE и PKLITE. Позднее для операционной системы Windows были созданы WinAce, WinZIP, WinRAR, 7Zip и известный мне упаковщик UPX.

Сжатие бывает с потерями и без. Сжатие без потерь позволяет восстановить исходные данные с точностью до бита. Такое сжатие применяется для упаковки текста, программ, различных данных в купе и осуществляется всеми перечисленными выше архиваторами.

Сжатие с потерями можно назвать адаптивным сжатием, и применяется для упаковки изображений, видео и звука, поскольку такие данные сжатию без потерь поддаются весьма незначительно (всего примерно до 2 раз).

Благодаря сжатию с потерями можно добиться многократного уменьшения объема данных, и при отображении распакованных данных человек практически не ощутит разницы между оригиналом.

На сколько сжимаются разные файлы

Текстовые

Действительно, например, текстовые файлы могут сжиматься весьма плотно. Так, например, книга Аркадия и Бориса Стругацких «Трудно быть богом» размером 354 329 байт архиватором WinRAR сжимается до 140 146 байт, т.е. в 2,5 раза.

Программы

Файлы программ тоже могут подвергаться сжатию. При этом сжатию как для более плотного хранения на диске, так и сжатию, при котором программа остается программой, но при запуске разжимает сама себя.

Для этого существуют упаковщики программ на подобие UPX и др. Например, мой текстовый редактор Superpad.exe размером 524 288 байт упаковщиком UPX сжимается до 179 200 байт (в 2,9 раза) и при этом может по-прежнему запускаться самостоятельно как программа.

Изображения

Описанию методов сжатия этих данных можно посвятить целую статью, а то и не одну. Дело в том, что само по себе изображение сжимается очень плохо, если его сжимать байт за байтом. И, тем не менее, это удается. Особенно, если в картинке много однотонного фона.

Одним из первых алгоритмов сжатия изображений был алгоритм RLE, который я описал выше. Он применяется в формате хранения изображений PCX. RLE является алгоритмом сжатия без потерь. Но в некоторых случаях он мог приводить не к уменьшению объема данных, а к его увеличению.

Поэтому для сжатия изображений был предложен и используется до сих пор алгоритм побитового сжатия LZW. Сам по себе алгоритм уже гораздо эффективнее RLE и тоже не предусматривает потери. Но поскольку применяется для изображений с палитрой цветов, то за счет адаптации и оптимизации (уплотнения) палитры можно добиться существенного повышения эффективности сжатия.

Рис. 1. Красивый лягушонок в формате BMP

Для сравнения, возьмем красивого лягушонка (рис. 1) разрешение 799x599 пикселей (точек) и сохраним в разные форматы хранения изображений. Получим файлы:

frog.bmp - размер 1 437 654 байта и тут, по сути, никакого сжатия и никаких потерь качества, поскольку картинка занимает положенные ей байты в формате Ширина x Высота x 3 байта на пиксель + заголовок формата файла BMP согласно качеству True colors (24 бит/пиксель). Т.е. каждая точка представлена тремя компонентами RGB (Red-красный, Green-зеленый и Blue-синий), каждая из которых занимает один байт.

frog24.png - 617 059 байт, сжатие в 2,33 раза и без потерь - основное свойство формата PNG-24. Данные BMP и PNG практически идентичны.

Рис. 2. Файл frog_256colors.gif

frog_256colors.gif - 261 956 байт (рис. 2), сжатие в 5,48 раза с потерями, базовая палитра 256 цветов (8 бит/пиксель). Уловить разницу между этим файлом и оригиналом в BMP довольно сложно, как в той игре «Найди десять отличий».

Рис. 3. Файл frog_64colors.gif

frog_64colors.gif - 187 473 байта (рис. 3), сжатие в 7,67 раза с потерями, базовая палитра уплотнена до 64 цветов (6 бит/пиксель). А вот тут цвета уже блеклые, но вполне сходное с оригиналом изображение. Особенно это заметно, если посмотреть на глаз лягушонка.

JPEG

Особое место занимает в сжатии и хранении изображений формат JPEG. Поэтому ему хочу уделить особое внимание. Алгоритм JPEG в наибольшей степени пригоден для сжатия фотографий и картин, содержащих реалистичные сцены с плавными переходами яркости и цвета. Наибольшее распространение JPEG получил в цифровой фотографии и для хранения и передачи изображений с использованием сети Интернет.

С другой стороны, JPEG малопригоден для сжатия чертежей, текстовой и знаковой графики, где резкий контраст между соседними пикселями приводит к появлению заметных артефактов. Такие изображения целесообразно сохранять в форматах без потерь, таких как TIFF, GIF, PNG или RAW.

JPEG (как и другие методы искажающего сжатия) не подходит для сжатия изображений при многоступенчатой обработке, так как искажения в изображения будут вноситься каждый раз при сохранении промежуточных результатов обработки.

JPEG не должен использоваться и в тех случаях, когда недопустимы даже минимальные потери, например, при сжатии астрономических или медицинских изображений. В таких случаях может быть рекомендован предусмотренный стандартом JPEG режим сжатия Lossless JPEG (который, к сожалению, не поддерживается большинством популярных кодеков) или стандарт сжатия JPEG-LS.

Описание алгоритма сжатия JPEG довольно не простое, поэтому кто захочет, может ознакомиться с ним по ссылке http://el-izdanie.narod.ru/gl4/4-3.htm. Ну и для сравнения сожмем нашу исходную картинку с разным уровнем качества:

frog100%.jpg - 216 168 байт, сжатие в 6,65 раза, потери якобы 0%, т.е. 100%-е качество картинки, но даже на это рассчитывать я бы не стал. Поверьте, отличия есть, правда, на глаз абсолютно неотличимые.

frog60%.jpg - 85 910 байт, сжатие в 16,7 раза, т.е. качество картинки 60%, но картинка снова кажется одинаковой, хотя, если присмотреться к участкам с однородным фоном или мелким деталям, то заметны артефакты в виде смазанности или квадратных одноцветных сегментов.

frog20%.jpg - 36 426 байт, сжатие в 39,5 раз, качество картинки 20% от исходного изображения, но по-прежнему картинка еще способна обмануть неискушенный глаз, но на однородном фоне отчетливо видны одноцветные угловатые сегменты, а мелкие детали окончательно потеряли свои четкие очертания.

MPEG

Это один из самых первых и самых распространенных форматов хранения видео. Несколько раз модернизировался. Но в упрощенном виде, можно сказать, что алгоритм очень напоминает сжатие как в JPEG, но с учетом того, что первый кадр видео всегда является исходным и оригинальным, а последующие кадры хранят лишь разницу между предыдущим и следующим кадрами. Благодаря этому каждый последующий кадр является предсказуемым с точки зрения распаковки (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Исходные кадры видео

Рис. 5. Межкадровая разница без применения алгоритмов компенсации движения

Одна из наиболее мощных технологий, позволяющая повысить степень сжатия - это компенсация движения. При любой современной системе сжатия видео последующие кадры в потоке используют схожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия.

Однако, из-за движения каких-либо объектов в кадре (или самой камеры) использование подобия соседних кадров было неполным. Технология компенсации движения позволяет находить похожие участки, даже если они сдвинуты относительно предыдущего кадра.

Компенсация движения (англ. Motion Compensation) - один из основных алгоритмов, применяемых при обработке и сжатии видеоданных. Алгоритм использует сходство соседних кадров в видео последовательности и находит векторы движения отдельных частей изображения (обычно блоков 16x16 и 8x8).

Использование компенсации позволяет при сжатии многократно увеличить степень сжатия за счет удаления избыточности в виде совпадающих частей кадров. Используется не только при сжатии, но и при фильтрации видео, изменении частоты кадров и т.д.

Практически в любом видео соседние кадры похожи, имеют общие объекты, которые, как правило, смещаются друг относительно друга. И совершенно естественно желание закодировать видео так, чтобы объекты не кодировались многократно, а просто описывались некоторые их смещения.

При этом, изображение разбивается на так называемые ключевые кадры - это группы кадров, идущих подряд несколько секунд. Управляя длительностью таких ключевых кадров можно эффективно управлять сжатием.

Например, если сюжет фильма не динамичный, то длительность ключевых кадров может быть по несколько секунд. Если же фильм содержит динамичные сцены, то в такие моменты длительность ключевых кадров можно сделать короче и сжатие быстро изменяющегося изображения будет выполняться эффективнее.

Ключевые кадры к тому же упрощают и ускоряют перемотку в медиаплеерах, поскольку заголовок каждого ключевого кадра содержит ссылку (смещение в байтах относительно начала видеофайла) на начало следующего ключевого кадра.

Звук и музыка

Звук и музыка могут без потерь, либо с потерями храниться в формате WAV. Например, формат WAV (Windows PCM) не предусматривает сжатие и хранит звуковой сигнал в оригинале, если можно так выразиться.

Формат WAV (ACM Waveform), по сути, является контейнером и может хранить звук, сжатый по алгоритму MPEG layer 3, либо хранить музыку в формате MP3, хотя много и других форматов OGG, FLAC и д.р.

Рассказать об алгоритмах сжатия звука уже не успеваю, к тому же ранее в нашем журнале была замечательная статья на эту тему.

Пожалуй, каждый Интернет-пользователь хоть раз сталкивался с необходимостью отправки файла, вес которого значительно превышает размеры, допустимые при пересылке. И уж, во всяком случае, у каждого возникала необходимость отправить несколько файлов разом. Задача вдвойне усложняется в случае, если они большого размера.

На самом деле, ничего сложного нет. Достаточно лишь знать, как сжать файл. В первую очередь выясним, что под этим подразумевается.

Сжатие файлов - это процесс уменьшения повторяемых символов или оптимизации последовательности байтов, вследствие чего исходный документ получается меньших размеров. Такой процесс носит название архивирование, или создание архива.

С тем, чтобы добиться такого эффекта, потребуется обзавестись специальными программами. Например, для создания файла формата ZIP, достаточно установить на компьютере Windows любой версии. Программа-архиватор в нем носит встроенный характер. Также для открытия (и сжатия) файлов типа RAR подойдет программа Winrar. И, несмотря на то, что принцип их работы схож, большей популярностью пользуется последняя. Ее и изучим подробнее.

Итак, перед тем, как сжать файл любого вида и формата, качаем на просторах Интернета Winrar. Существуя длительное время на рынке, она не имеет аналогов, и, что самое приятное, является условно-бесплатной. Функционал этой программы и перечень поддерживаемых форматов постоянно пополняется, что не может не радовать простого пользователя. А существование так называемого "бесплатного пробного периода" (который плавно перетекает в период постоянного пользования) эту радость удваивает. Когда программа скачана и установлена, выбираем файл или список таковых, которые хотим заархивировать. После кликаем на него правой кнопкой мыши и в видим, что Winrar добавил в него некоторые свои функции. Среди них:

добавить в архив;
добавить в архив <имя объекта>;
добавить в архив и отправить по Е-мэйл;
добавить в архив <имя объекта> и отправить по Е-мэйл.

Под первым и третьим пунктом подразумевается возможность как сжать файл в единственном экземпляре, так и добавить еще несколько к архиву. В этом случае вы можете руководить процессом, то есть выбрать имя документа, степень и формат сжатия, а также выполнить некоторые действия с исходным материалом. Во втором и четвертом пунктах - сжать конкретный, выбранный вами файл, никаких манипуляций с вашей стороны не предполагается, программа все сделает сама в

Давайте на примере более подробно рассмотрим, как сжать PDF-файл. Поскольку этот формат предназначен, в первую очередь, для размещения полиграфической продукции, то есть журналов, книг и прочего в их первозданном виде, со всеми картинками, его "вес" нередко достаточно велик, поэтому его уменьшают путем архивации или сжатия. Процесс при этом не наносит урон качеству, то есть все картинки, да и сам текст, никак не изменятся после сжатия. После того, как файл обработан и отправлен адресату (если это являлось конечной целью), его следует распаковать той же программой. То есть у адресата также должен быть установлен Winrar. Распаковав документ, вы можете легко убедиться, что потери в качестве не было.

Перед тем, как сжать файл, имейте в виду: нужно чем-то жертвовать. А именно: желая сохранить прежнее качество, вы добьетесь сжатия всего на несколько мегабайт, в зависимости от размера исходного. То есть файл весом 20 мб может быть сжат до 17-18 без изменений в качестве. Если же уровень качества файла при последующем его извлечении из архива не представляет важности, можно будет использовать функцию "максимального сжатия". Файл станет гораздо меньше, чем исходник, но качество, что логично, пострадает.

Нередко сайт предлагает сжать файлы (в том числе PDF) в режиме онлайн и абсолютно бесплатно, но куда удобнее иметь соответствующую программу под рукой.