Como a compactação de arquivos funciona?

Todos nós já ouvimos de compactação de arquivos. Qualquer um que transfere regularmente arquivos da web está familiarizado com formatos como ZIP e RAR, e quem edita arquivos de mídia sabe que a compressão é necessária para compartilhar imagens, músicas e vídeos na web sem usar toda a sua largura de banda. compactação de arquivos está no cerne de como a web funciona, você pode argumentar, porque nos permite compartilhar arquivos que demorariam muito tempo para transferir. Mas como isso funciona?

Não é nada mágico, mas é o resultado de um monte de trabalho duro por muitas pessoas muito inteligentes. Vamos explorar como compressão de arquivo funciona, observando ao longo dos dois tipos principais de compressão - sem perdas e com perdas.

Apenas um aviso - Vou simplificar demais as coisas aqui em uma tentativa de fazer isso pode ser lido por majores não-matemática. Confira os ligados-a Wikipedia artigos para mais profundidade, e fontes da Wikipédia para ainda mais.

compressão sem perdas

compressão sem perdas funciona basicamente através da remoção de redundância. O que isso significa? Vamos simplificar as coisas. Esta pilha de tijolos irá representar nossos dados:

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Como você pode ver que temos dois tijolos vermelhos, cinco amarelos e três azuis. A maneira mais simples para representar este é como você vê acima: os próprios tijolos. Mas não é a única maneira que eu posso representar este. Eu também poderia fazer isso:

Na imagem acima você pode ver exatamente as mesmas informações - dois vermelhos, cinco amarelos e três azuis - mas ocupa muito menos espaço. Eu representada tijolos redundantes usando números, ou seja, eu preciso apenas três tijolos para representar dez.

Isso lhe dá uma idéia aproximada como lossless de compressão é possível. A informação que é redundante é substituído com instruções dizendo o computador quanto repete dados idênticos. Outro exemplo simplificado:

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Pode ser “comprimido” para:

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Este é apenas um método de compressão sem perdas, é claro, mas ele aponta para como isso é possível. Outros truques de matemática são usados, mas a principal coisa a lembrar sobre compressão sem perdas é que, enquanto o espaço é salva temporariamente, é possível reconstruir o arquivo original inteiramente a partir de um comprimido. Se você ver três tijolos com números que você sabe exatamente como fazer a pilha. Nenhuma informação é perdida, assim como o nome implica lossless.

Programas como o WinZip são baseados em compressão sem perdas. Eles remover esta informação redundante quando você compactar (ou “zip”) o arquivo e restaurá-lo quando você descompactar (ou “descompactar”). Nada está perdido.

No mundo da imagem, arquivos PNG também usam compressão sem perdas. É por isso que eles oferecem um tamanho de arquivo menor para imagens com muito espaço uniforme: essa informação redundante é representado usando instruções.

Claro, tudo isso é uma simplificação exagerada, mas torna-se o ponto básico do outro lado. Leia mais sobre compressão sem perdas na Wikipedia, se você está interessado.

A compressão com perdas

Claro, há tanta coisa que você pode fazer usando apenas métodos sem perdas. Felizmente eles não são a única opção: você também pode simplesmente remover informações. Isso é chamado de compressão com perdas, e não é tão louco quanto sounds- na verdade, você provavelmente tem muitos arquivos no seu computador feita usando compressão lossy.

Um MP3, por exemplo. Se você for como a maioria das pessoas o seu computador armazena milhares deles para você, mas você sabia que eles não contêm toda a informação áudio da gravação original fez? Alguns sons, que os seres humanos não podem ou podem apenas ouvir, são removidos como parte da compressão. Quanto mais você compactar um arquivo, quanto mais informações é removido, razão pela qual um arquivo excessivamente comprimido começará a soar lamacento.

A compressão com perdas tende a ser maioritariamente utilizado para arquivos de mídia - fotos, som e vídeo. Utilização de compressão lossy para um arquivo de texto seria problemático, como a informação resultante seria ilegível. Nem sempre é necessário para arquivos de mídia para incluir todas as informações, no entanto.

Outro exemplo de compressão lossy é a imagem JPEG. De um modo geral imagens vistas na web não precisa ser tão alta qualidade como imagens destinadas à impressão. Como tal, você pode remover um monte de informações redundantes em uma web, mesmo que isso seria horrível impresso.

Claro, repetidamente compactar um arquivo usando métodos com perdas diminui a qualidade - cada vez que você fazê-lo mais dados são perdidos. Abaixo está uma foto que eu comprimido três vezes para demonstrar isto:

Você pode ver a partir da esquerda para a direita como a qualidade diminui. Pode não importa, dependendo do que a imagem será usada para, e é por isso que existe a compressão lossy.

É importante lembrar que os arquivos comprimidos usando métodos com perdas realmente perder dados, ou seja, você não pode recriar o arquivo original a partir de um comprimido usando métodos com perdas. É óbvio quando você pensa sobre isso, mas muitos projetos de impressão foram arruinadas por falta de compreensão deste ponto chave.

Eu realmente apenas arranhamos a superfície aqui, por favor: ler mais sobre compressão com perdas na Wikipedia. É uma espécie de fascinante.

Conclusão

Compressão ajudaram a tornar a web o que é. Nos dias de dial-up imagens comprimidas trouxe fotos para o nosso navegador, pelo menos não a uma velocidade aceitável. vídeo comprimido faz sites como o YouTube possível, e qualquer um que usa redes de compartilhamento de arquivos está familiarizado com arquivos RAR ZIP e.

Você tem alguma coisa a acrescentar? Eu tenho certeza que eu perdi alguns pontos-chave para mim (e os outros leitores) educar nos comentários abaixo.