Jaka jest różnica między stratna i bezstratna kompresja? A co z nieskompresowanym? Poznaj różnice między nimi w tym przewodniku tworzenia filmów.
Kompresja danych to niespotykana we współczesnym świecie siła o ogromnej mocy. Bez niezliczonych innowacji w dziedzinie kompresji istnieje duża szansa, że nasza współczesna era komputerowa nigdy by nie wystartowała.
Wszystkie typy danych są kompresowalne:audio, wideo, pliki tekstowe, zdjęcia — co tylko chcesz. Kompresja zasadniczo pobiera zestaw danych wejściowych i koduje go przy użyciu mniejszej liczby bitów, niż sam oryginalny plik zająłby. Informacje te muszą zostać następnie zdekodowane, zanim będzie można z nimi ponownie wchodzić w interakcję. Ten proces kodowania/dekodowania znacznie zmniejsza zasoby obliczeniowe niezbędne do przeglądania danych i manipulowania nimi, zmniejszając w ten sposób wymagania obliczeniowe i dotyczące przepustowości na każdym etapie po kodowaniu.
Pomijając to, spójrzmy więc na alternatywę dla kompresji danych.
Nieskompresowany
Nieskompresowane dane są przechowywane dokładnie tak, jak zostały zarejestrowane lub wprowadzone. Ze względu na tę duplikację bit po bicie nieskompresowane dane zapewniają maksymalną wierność danych kosztem maksymalnej pamięci masowej i wymagań dotyczących przepustowości.
Nieskompresowane dane to pozostałość po początkach informatyki — nawet najbardziej złożone zbiory danych były o rząd wielkości mniejsze ze względu na ograniczenia technologiczne.
Jak to działa?
Nieskompresowane dane zwykle nie implementują specjalnych technik kodowania. Raczej każdy bit jest przechowywany dokładnie tak, jak pochodzi ze źródła wejściowego. Zmniejsza to wymagania obliczeniowe dla urządzenia wejściowego/przechwytującego poprzez odciążenie złożonego zadania odtwarzania lub dostępu do urządzenia użytkownika końcowego.
Nieskompresowane dane są dobre do celów archiwalnych, ponieważ nie wyrzucają żadnych informacji, ale koszty przechowywania szybko się sumują.
Więc co może zaoferować kompresja?
Kodeki
Stratny
Na początku lat 90. pojawiły się pierwsze wcielenia skompresowanych danych. Być może najbardziej znanym z tych wczesnych formatów był MPEG-1 Audio Layer 1, który został wydany w 1993 roku. Ta struktura doprowadziła do rozwoju słynnego kodeka audio MP3.
MP3, wraz z ich wczesnymi odpowiednikami, były pierwszymi stratnymi formatami plików. Gdy formaty te zyskały na popularności, branża ukuła dla nich nowy termin:„Kodek” — skrót od Compressor/De-Compressor lub Coder/Decoder.
Jak to działa?
Stratne kodeki wyrzucają znaczną ilość informacji zawartych w pliku źródłowym lub strumieniu danych wejściowych.
Stratne kodeki znacznie zmniejszają rozmiar pliku w porównaniu z nieskompresowanymi zestawami danych. Zwykle odbywa się to poprzez pobranie zestawu danych wejściowych i zredukowanie go do najbliższej przybliżonej wartości cyfrowej. Różne kodeki mają różne głębie bitowe — lub całkowitą liczbę możliwych wartości cyfrowych dostępnych do interpretacji nieprzetworzonych danych wejściowych.
Najlepsze stratne kodeki są zaprojektowane z myślą o ograniczeniach percepcyjnych ludzi. Większość nieskompresowanych danych zawiera dużą ilość informacji, których nasze oczy i uszy nie są w stanie dostrzec. Oznacza to, że dobrze zaprojektowany stratny kodek może wyeliminować dużą ilość wszystkich zawartych w nim informacji, zanim jakikolwiek człowiek będzie w stanie to zauważyć.
Lekki charakter stratnych kodeków czyni je idealnymi do transmisji strumieniowych i innych aplikacji do transmisji na żywo.
Kodeki stratne są najgorszym możliwym formatem do celów archiwalnych ze względu na to, że znika znaczna ilość informacji w zbiorze danych źródłowych. Chociaż ludzie mogą nie być w stanie odróżnić nieprzetworzonych danych od pierwszego stratnego kodowania tych danych, ponieważ bardziej stratne wersje są tworzone z oryginalnego stratnego kodowania, różnice percepcyjne stają się coraz bardziej widoczne.
Teraz wejdźmy w XXI wiek.
Bezstratne
Pierwszym bezstratnym kodekiem był „Fully Lossless Audio Codec” lub FLAC i został wydany w 2000 roku.
Rozwój bezstratnych kodeków oznaczał gruntowną zmianę w świecie kompresji danych. Kodeki bezstratne twierdzą, że oferują dokładną lub prawie taką samą jakość nieskompresowanych danych, ale z rozmiarami plików znacznie bliższymi kompresji stratnej. Jest to wynikiem kompresji danych wejściowych w określony sposób, dzięki czemu dekoder może później zrekonstruować oryginalny zestaw danych.
Zrozumienie technologii stojącej za bezstratną kompresją może przyprawić o zawrót głowy, jeśli wejdziesz wystarczająco głęboko. Ukochany technik YouTube, Linus, wykonuje fantastyczną robotę, dzieląc się podstawami w tym filmie autorstwa Techquickie.
W przykładzie podanym przez Linusa ciąg „XXXOOXXX” jest zakodowany jako „3 O2 3”. Gdy ciąg musi być ponownie dostępny, „3 O2 3” jest dekodowany z powrotem do „XXX00XXX”.
Ze względu na zdolność do rekonstrukcji nieskompresowanego zestawu danych ze skompresowanego, bezstratne kodowanie w dużej mierze przyćmiewa nieskompresowane dane w prawie każdej sytuacji. Większość kodeków wideo i audio o jakości wzorcowej używa jakiejś formy kompresji bezstratnej.
Głównym kompromisem w przypadku kompresji bezstratnej jest nieco dłuższy czas kodowania i dekodowania — znacznie lepszy niż wady kompresji stratnej lub nieskompresowanej.
Bezstratnie skompresowane dane to złoty standard dla wszelkiej archiwizacji danych. Skompresowane pliki można archiwizować, a następnie dekodować, gdy będą potrzebne ponownie, zachowując w ten sposób wszystkie dane przy jednoczesnym obniżeniu kosztów przechowywania.
Podczas gdy wszystkie rodzaje kompresji danych oferują pewną przewagę nad innymi typami, kompresja bezstratna zapewnia najwięcej korzyści przy najmniejszej liczbie ustępstw w zakresie rozmiaru pliku, mobilności lub jakości.
W ciągu następnych kilku dekad prawdopodobnie technologia bezstratnych kodeków wzniesie się na wyższy poziom, ponieważ starsze formaty stratne kończą swoją użyteczną żywotność.