Nén tổn hao

Nén tổn thất là một phương pháp được sử dụng bởi các định dạng hình ảnh, video, âm thanh và phương tiện khác như một phương tiện để giảm kích thước của một tệp cụ thể. Nó thực hiện điều này bằng cách loại bỏ dữ liệu có thể không được chú ý để đơn giản hóa nội dung tệp, cho phép mã hóa hiệu quả hơn và do đó giảm kích thước của tệp được lưu cuối cùng.

Tất nhiên, ngược lại với nén mất dữ liệu là nén không mất dữ liệu, trong đó dữ liệu tệp được nén bằng các phương pháp không gây mất chi tiết. Chúng tôi đi vào nén không mất dữ liệu ở đây.

Tại sao bạn lại quan tâm đến kích thước tập tin mà tôi nói ở đây. Kích thước tệp nhỏ hơn có nghĩa là cần ít dung lượng lưu trữ hơn để lưu trữ tệp và cần ít băng thông hơn nếu bạn cần tải tệp lên hoặc gửi tệp qua email.

Nén hình ảnh bị mất

Một ví dụ về nén tệp bị mất là định dạng hình ảnh phổ biến JPEG. Khi hình ảnh được lưu ở định dạng này, các phần tương tự của hình ảnh sẽ được xác định và lưu trữ theo cách không trùng lặp, giúp tiết kiệm lượng lớn dung lượng trong quy trình. Có thể tiết kiệm đáng kể trong bất kỳ ảnh chụp màu nào, vì có hàng nghìn màu, trong đó có nhiều màu rất giống nhau và một số màu tương tự này có thể bị loại bỏ.

Để so sánh mức độ nén của tệp hình ảnh bằng quy trình này, chúng tôi có thể kiểm tra ảnh được chụp bằng máy ảnh 12 megapixel trung bình có độ phân giải pixel khoảng 4080x3072. Được lưu dưới dạng JPEG, tệp này có dung lượng khoảng 2mb. Nếu tệp này được lưu ở định dạng 24-bit RGB thô, không nén thì kích thước tệp sẽ vào khoảng 36Mb.

Ở đây chúng ta có một hình ảnh được lưu ở các cài đặt nén khác nhau. Hình ảnh đầu tiên được lưu ở cài đặt mặc định giúp tối đa hóa chất lượng, hình ảnh thứ hai ở mức 50% và hình ảnh cuối cùng ở mức 90%, dẫn đến kích thước tệp nhỏ nhất. Bạn có thể nhận ra sự khác biệt? Với một số ảnh, khó có thể nhận thấy chất lượng bị giảm, đây là minh chứng cho thấy thuật toán nén thực sự tốt như thế nào.

Chuỗi mưa có cài đặt nén thấp (517Kb)

Cùng một hình ảnh với cài đặt nén 50% (140Kb)

Hình ảnh tương tự với cài đặt nén 90% (46Kb)

Mặc dù nén ảnh bằng phương pháp nén JPEG mang lại kết quả tuyệt vời nhưng bạn có thể không nhận được kết quả tương tự đối với các loại hình ảnh khác. Đặc biệt, những hình ảnh có viền sắc nét hoặc màu sắc tương phản ở gần nhau có xu hướng trông tệ hơn. Ví dụ về những hình ảnh này, chẳng hạn như logo công ty và hình ảnh trò chơi điện tử, là một số loại hình ảnh không hoạt động tốt với các phương pháp nén làm giảm chất lượng như JPEG.

Ở đây chúng tôi có một tác phẩm nghệ thuật pixel trò chơi điện tử; ảnh gốc bên trái được lưu dưới dạng PNG, sử dụng tính năng nén không mất dữ liệu. Hình ảnh thứ hai được lưu dưới dạng JPEG sử dụng cài đặt nén 50%, với hình ảnh bên phải sử dụng cài đặt nén 90%. Chúng tôi không chỉ thấy các màu sắc nét và tương phản bị mờ/chảy cùng nhau, dẫn đến sự thể hiện kém hơn rõ ràng của ảnh gốc mà kích thước tệp thực sự lớn hơn nhiều đối với các phiên bản JPEG so với ảnh PNG gốc. Điều này minh họa tầm quan trọng của việc chọn định dạng tệp chính xác cho loại hình ảnh bạn đang tạo. Các định dạng dựa trên nén bị mất dữ liệu, chẳng hạn như JPEG, không phù hợp với tất cả hình ảnh.

Một số hình ảnh trò chơi điện tử ở định dạng PNG ban đầu (12Kb)

Nghệ thuật trò chơi tương tự với cài đặt nén 50% (55Kb)

Nghệ thuật trò chơi tương tự với cài đặt nén 90% (23Kb)

Nén âm thanh bị mất

Với các tập tin âm thanh, phương pháp nén có tổn hao phổ biến nhất là Âm học tâm lý, trong đó âm thanh có trong tệp âm thanh được phân tích và một số âm thanh nhất định mà tai người không thể nghe được sẽ bị loại bỏ. Điều này có thể mang lại sự tiết kiệm đáng kể về kích thước tệp mà người nghe không nhận thấy bất kỳ sự giảm chất lượng nào.

Có thể thấy một ví dụ về các hình thức tiết kiệm có thể thực hiện được với âm thanh được lưu trữ trên đĩa compact (CD). Một đĩa CD thông thường có thể chứa 80 phút âm thanh, tương đương khoảng 700Mb dữ liệu. Để đảm bảo trải nghiệm nghe tốt nhất, âm thanh này được lưu trữ ở định dạng không nén, chất lượng cao.

Nếu bạn chuyển đổi 80 phút âm thanh đó thành chất lượng trung bình (128kbps )MP3 tệp, tệp kết quả sẽ có dung lượng khoảng 74Mb.

Nén video bị mất

Các kỹ thuật nén được sử dụng trong các định dạng tệp phim như MPEG sẽ đưa tính năng nén hình ảnh bị mất mô tả trước đó cho các tệp JPEG sang bước hợp lý tiếp theo, bước này không chỉ loại bỏ các phần tử trùng lặp của mỗi khung hình mà còn loại bỏ các chuỗi lặp lại giữa các khung hình riêng lẻ của bộ phim. Mức nén này, nếu được thực hiện ở cài đặt nén hợp lý, sẽ tạo ra tệp video không bị mất chi tiết đáng kể. Cùng với việc nén hình ảnh, âm thanh trong tệp video MPEG thông thường được nén bằng cách nén MP3, làm cho định dạng MPEG trở nên tối ưu để lưu trữ tệp video.

Để biết thêm thông tin về nén tổn thất, vui lòng xem bài viết này đi sâu vào chi tiết hơn những gì chúng tôi đã đề cập ở đây.