"Информатика (базовый и углублённый уровень)", Гейн А.Г., Сенокосов А.И.
Необратимое сжатие уменьшает размер файла, удаляя или упрощая часть данных, поэтому восстановленная копия не совпадает с оригиналом. Такой подход используют для фотографий, звука и видео: обычно можно сократить объём, отбросив детали, которые человек замечает слабее. Главный выбор — между размером и качеством: чем сильнее сжатие, тем вероятнее заметные искажения. Для текста, программ и точных измерений такой обмен часто неприемлем.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Необратимое сжатие — способ уменьшить объём данных, при котором восстановленный объект может отличаться от исходного. Алгоритм не просто меняет способ записи, но может отбросить часть сведений. Термин помогает отличать такое сжатие от обратимого, при котором можно получить точную копию.
Потери информации — различия между исходными данными и результатом восстановления после сжатия. Это могут быть незаметные изменения оттенков или звука, а могут быть искажения, которые легко обнаружить. Понятие нужно, чтобы описывать цену уменьшения файла, а не только его новый размер.
Коэффициент сжатия — отношение объёма исходных данных к объёму данных после сжатия. Его вычисляют делением первого объёма на второй: результат 4 означает, что исходный файл в четыре раза больше сжатого. Чем выше коэффициент, тем сильнее уменьшился файл, но сам по себе он не показывает качество результата.
Квантование — замена близких значений одним значением из ограниченного набора. Например, вместо множества похожих оттенков алгоритм может сохранить один общий оттенок. Квантование упрощает данные и помогает их компактнее записать, но способно вызвать потери.
Некоторые данные можно уменьшить, отбросив детали, которые человек воспринимает слабее или считает менее значимыми. В изображении такими деталями могут быть небольшие изменения цвета, а в звуке — тихие или маскируемые другими звуками фрагменты. Если убрать их, файл станет компактнее, а результат всё ещё будет казаться достаточно похожим на оригинал. Именно особенности человеческого восприятия делают такое упрощение полезным для изображений и звука.
Сначала алгоритм анализирует данные и ищет возможности их упростить. Он может удалить часть сведений, объединить близкие значения с помощью квантования или записать оставшуюся информацию более компактно. Например, если несколько участков изображения отличаются оттенками совсем немного, алгоритм может представить их меньшим числом значений. В итоге файл занимает меньше места, но в нём уже нет всех деталей оригинала.
После распаковки алгоритм строит объект из сохранённых данных, а не возвращает отброшенные сведения. Поэтому результат может быть похожим на оригинал, но не совпадать с ним точно. Насколько заметно отличие, зависит от того, какие данные удалены, насколько сильным было сжатие и как устроен сам объект. Незначительная потеря деталей на фотографии может быть почти незаметной, тогда как искажение важной части звуковой записи бросится в уши.
Степень сжатия задают так, чтобы найти подходящее соотношение размера файла и качества. При более сильном сжатии алгоритм обычно удаляет больше данных или грубее упрощает значения, поэтому файл становится меньше, а вероятность искажений растёт. При более слабом сжатии результат лучше сохраняет детали, но занимает больше места. Для публикации изображения в интернете может быть приемлем небольшой компромисс по качеству, а для качественной обработки звукозаписи — нет.
Необратимое сжатие подходит не для всех данных, потому что значение потери зависит от назначения файла. В тексте удалённая буква способна изменить слово, а в программе — нарушить выполнение команд. В точных измерениях даже небольшое отклонение может повлиять на выводы или расчёты. Поэтому для таких объектов выбирают сжатие, которое сохраняет данные без изменений.
| Свойство | Обратимое сжатие | Необратимое сжатие |
|---|---|---|
| Можно ли точно восстановить исходные данные | Да, исходные данные восстанавливаются без изменений. | Нет, часть сведений утрачена или упрощена. |
| Что происходит с частью информации | Информация сохраняется, меняется способ её представления. | Некоторые данные удаляются или заменяются приближёнными. |
| Влияние сжатия на качество результата | Качество и точность исходного объекта не меняются. | Качество может снизиться; заметность зависит от потерь. |
| Для каких данных обычно применяют | Для текстов, программ и точных данных. | Для изображений, звука и видео, если допустимы потери. |
| Возможность повторного сжатия уже сжатого файла | Возможно, но уменьшение объёма при каждом шаге не гарантировано. | Возможно, но потери могут накапливаться и качество — ухудшаться. |
Сравнивайте способы сжатия прежде всего по тому, допустима ли потеря данных для конкретной задачи. Если важна точная копия, нужен обратимый метод; если важнее уменьшить файл и небольшие изменения приемлемы, можно рассмотреть необратимый. Последняя строка напоминает: повторное сжатие с потерями способно ухудшить результат ещё сильнее.
Задача 1. Файл объёмом 24 Мбайт после сжатия занимает 6 Мбайт. Найдём коэффициент сжатия и истолкуем полученный результат. По определению нужно сравнить исходный объём с объёмом после сжатия. Перед вычислением проверим, что оба значения даны в одинаковых единицах.
Ответ: коэффициент сжатия равен 4; исходный файл в четыре раза больше сжатого.
Задача 2. Первый вариант сжатия фотографии уменьшает файл сильнее, но на изображении заметны артефакты. Второй вариант сохраняет качество лучше, но файл крупнее. Нужно объяснить, почему результаты отличаются, и какой вариант выбрать. Здесь важно сопоставить не только размер, но и то, насколько допустимы потери для дальнейшего использования фотографии.
Ответ: разница вызвана разной степенью потерь; выбор зависит от того, важнее ли малый размер или сохранение деталей.
Задача 3. Нужно решить, где допустимо необратимое сжатие: в архиве фотографий, текстовых документов или исполняемых программ. Слово «архив» здесь означает подборку файлов, а не обязательно специальный файл, созданный архиватором. Для каждого вида данных оценим последствия, которые возникнут, если часть информации будет потеряна.
Ответ: необратимое сжатие можно рассматривать для фотографий, если допустимо снижение качества; текстовые документы и исполняемые программы обычно сжимают обратимым способом.
Ошибка: считать, что после необратимого сжатия исходные данные всегда можно восстановить точно. Так думают, потому что представляют сжатие только как более компактную запись; на деле часть сведений алгоритм удаляет или упрощает. Проверьте себя: если метод необратимый, восстановленный объект может отличаться от оригинала.
Ошибка: путать коэффициент сжатия с долей уменьшения файла. Их смешивают, потому что оба показателя описывают изменение объёма, хотя коэффициент — это отношение исходного объёма к сжатому, а доля уменьшения показывает, насколько объём сократился. Чтобы проверить вычисление, разделите исходный объём на сжатый и истолкуйте результат именно как отношение.
Ошибка: считать, что чем сильнее сжатие, тем лучше. Обычно так рассуждают, если смотрят только на размер файла и не замечают потери качества. Проверьте себя, сравнив восстановленный результат с оригиналом: меньший файл может содержать больше искажений.
Ошибка: применять необратимое сжатие к любым файлам. Это кажется удобным способом освободить место, но утрата данных опасна, если от них зависит смысл текста, выполнение программы или точность измерения. Перед сжатием спросите себя, можно ли принять изменённый результат; если нет, выбирайте обратимый метод.
Чтобы разбираться в сжатии, нужно понимать, как кодируются данные и чем измеряется объём файла. Знание единиц объёма помогает сравнивать оригинал и результат сжатия и вычислять коэффициент. Без этой основы нельзя оценить, насколько файл действительно уменьшился.
Тема непосредственно связана с обратимым сжатием. Сравнение подходов показывает, когда важнее точное восстановление, а когда ради меньшего размера можно принять потери. Выбор зависит от типа данных и цели их использования.
Принципы сжатия пригодятся при выборе формата и параметров сохранения изображений, звука и видео. Можно оценить, насколько компактный файл нужен и какое качество при этом останется приемлемым. Такой выбор особенно важен, когда файл предстоит хранить, передавать или редактировать.
Почему необратимое сжатие позволяет уменьшить файл сильнее?
Алгоритм может не сохранять часть исходных данных, а не только компактнее записывать их. Например, близкие значения цвета или звука заменяются упрощёнными.
Можно ли восстановить исходную фотографию после необратимого сжатия?
Точно восстановить её нельзя: отброшенные при сжатии сведения уже не содержатся в файле. Можно получить изображение, похожее на исходное, но не его точную копию.
Как понять, что коэффициент сжатия высокий?
Коэффициент равен отношению исходного объёма к объёму сжатого файла. Чем он больше, тем сильнее уменьшился файл: например, значение 4 означает, что исходный файл был в четыре раза больше.
Почему при сильном сжатии ухудшается качество изображения или звука?
Чтобы сильнее уменьшить файл, алгоритм обычно удаляет или грубее упрощает больше данных. Из-за этого отличия от исходного изображения или звука становятся заметнее.
Какие файлы нельзя сжимать с потерей информации?
Необратимое сжатие обычно не подходит для программ, текстов и точных измерений. Даже небольшое изменение может нарушить работу программы, исказить смысл текста или сделать измерение неверным.
§ 19. Необратимые алгоритмы сжатия
