Сжатие с потерями

Сжатие с потерями — это метод, используемый изображениями, видео, аудио и другими медиаформатами в качестве средства уменьшения размера конкретного файла. Это достигается путем отбрасывания данных, которые, скорее всего, останутся незамеченными, чтобы упростить содержимое файла, что обеспечивает более эффективное кодирование и, таким образом, уменьшает размер окончательного сохраненного файла.

Противоположностью сжатию с потерями, конечно же, является сжатие без потерь, при котором данные файла сжимаются с использованием методов, которые не приводят к потере деталей. Мы идем в здесь сжатие без потерь.

Почему вас волнует размер файла, который я здесь говорю. Меньшие размеры файлов означают, что для хранения файла требуется меньше места, а также требуется меньшая пропускная способность, если вам нужно загрузить файл или отправить его по электронной почте.

Сжатие изображения с потерями

Примером сжатия файлов с потерями является известный формат изображений. JPEG. Когда изображение сохраняется в этом формате, похожие части изображения идентифицируются и сохраняются таким образом, чтобы не дублировать их, что экономит при этом большое количество места. Значительную экономию можно получить при использовании любого цветного фотографического изображения, поскольку существуют многие тысячи цветов, многие из которых очень похожи, и некоторые из этих похожих цветов можно отбросить.

Чтобы сравнить, насколько файл изображения может быть сжат с помощью этого процесса, мы можем проверить фотографию, сделанную средней 12-мегапиксельной камерой, разрешение которой составляет около 4080x3072. Сохраненный в формате JPEG, размер этого файла составляет около 2 МБ. Если бы этот файл был сохранен в необработанном, несжатом 24-битном формате RGB, размер файла составил бы около 36 МБ.

Здесь у нас есть изображение, сохраненное с разными настройками сжатия. Первое изображение сохраняется с настройкой по умолчанию, обеспечивающей максимальное качество, второе изображение — с 50 %, а окончательное изображение — с 90 %, что приводит к наименьшему размеру файла. Вы можете заметить разницу? На некоторых фотографиях может быть трудно заметить снижение качества, что является свидетельством того, насколько хорош алгоритм сжатия.

Дождевая цепочка с низким уровнем сжатия (517Кб)

То же изображение со степенью сжатия 50% (140Кб)

То же изображение со степенью сжатия 90% (46Кб)

Хотя сжатие фотографий с использованием метода сжатия JPEG дает отличные результаты, вы можете не получить таких же результатов для других типов изображений. В частности, изображения с четкими краями или контрастными цветами, расположенными в непосредственной близости, обычно выглядят хуже. Примеры этих изображений, такие как логотипы компаний и изображения видеоигр, относятся к числу типов изображений, которые плохо работают с методами сжатия с потерями, такими как JPEG.

Здесь у нас есть образец пиксельной графики видеоигры; исходное изображение слева сохраняется как PNG, в котором используется сжатие без потерь. Второе изображение сохраняется в формате JPEG с использованием настройки сжатия 50 %, а изображение справа — с настройкой сжатия 90 %. Мы не только видим размытие/смешивание четких и контрастных цветов, что приводит к заметному ухудшению представления исходного изображения, но и размеры файлов в версиях JPEG на самом деле намного больше, чем в исходном изображении PNG. Это иллюстрирует важность выбора правильного формата файла для типа создаваемого изображения. Форматы сжатия с потерями, такие как JPEG, подходят не для всех изображений.

Некоторые арты из видеоигр в исходном формате PNG (12Кб)

Тот же арт игры со степенью сжатия 50% (55Кб)

Тот же арт игры со степенью сжатия 90% (23Кб)

Сжатие звука с потерями

Для аудиофайлов наиболее распространенным методом сжатия с потерями является Психоакустика, при котором анализируется звук, содержащийся в звуковом файле, и удаляются определенные звуки, которые не были бы слышны человеческому уху. Это может привести к существенной экономии размеров файлов, при этом слушатель не заметит потери качества.

Примером того, какую экономию можно получить, можно увидеть на примере аудиозаписи, хранящейся на компакт-диске (CD). Типичный компакт-диск может содержать 80 минут аудио, что составляет около 700 МБ данных. Чтобы обеспечить максимальное качество прослушивания, этот звук сохраняется в высококачественном несжатом формате.

Если вы конвертируете эти 80 минут аудио в файл среднего качества (128 кбит/с )МП3 файл, размер полученного файла будет около 74 МБ.

Сжатие видео с потерями

Методы сжатия, используемые в форматах видеофайлов, таких как MPEG, выводят сжатие изображений с потерями, описанное ранее для файлов JPEG, на следующий логический шаг, который заключается не только в удалении повторяющихся элементов каждого кадра, но также и в удалении повторяющихся последовательностей между отдельными кадрами. фильм. Этот уровень сжатия, если он выполняется с разумными настройками сжатия, приводит к созданию видеофайла без заметной потери детализации. Наряду со сжатием изображения звук в типичном видеофайле MPEG сжимается с использованием сжатия MP3, что делает формат MPEG оптимальным для хранения видеофайлов.

Дополнительную информацию о сжатии с потерями см. Эта статья это более подробно, чем мы рассмотрели здесь.