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Come funziona la compressione dei file

La compressione dei file è una parte essenziale del funzionamento del Web. Ci consente di trasferire file che altrimenti richiederebbero una quantità eccessiva di traffico e tempo di dati. Ogni volta che si collega a file ZIP o si visualizzano immagini JPEG, si beneficia della compressione dei file.

Quindi, potrebbe essere posta la domanda: come funziona la compressione dei file? Diamo una rapida occhiata al significato di questo file e al suo funzionamento.

Cosa significa compressione?
In poche parole, comprimendo i file (o compressione dei dati Compressione dei dati in inglese) è l'atto di ridurre le dimensioni di un file mantenendo i dati originali. In questo modo, il file occupa meno spazio su un dispositivo di archiviazione e può anche essere più facilmente trasferito su Internet o in altro modo.

È importante notare che la compressione non è infinita. Sebbene possa essere fatto passo dopo passo, ha sempre un limite. Mentre la compressione di un file in un formato di compressione ZIP riduce le dimensioni originali, non è possibile continuare a comprimere il file per ridurlo ulteriormente.

In generale, la compressione dei file è divisa in due tipi di base: con perdita (con perdita) e senza perdita (non perdita). Vediamo come funzionano entrambi.

Come funziona la compressione dei file: compressione delle perdite

La compressione con perdita (o compressione con perdita) riduce le dimensioni del file rimuovendo informazioni non necessarie. È più comune nei formati di immagine, video e audio, dove non è necessaria una perfetta rappresentazione della fonte originale. Esistono molti formati o se si desidera che i protocolli di compressione comprimano la perdita per ogni tipo di file (musica, immagine o video). MP3 e JPEG sono due esempi popolari.

Un MP3 non contiene tutte le informazioni audio dalla registrazione originale. In pratica rifiuta ed elimina i suoni che le persone non ascoltano. Elimina le frequenze inferiori a 20Hz e superiori a 16000Hz nonché varie armoniche acustiche.

Non noterai che mancano comunque, quindi la rimozione di queste informazioni comporta una dimensione del file più piccola praticamente senza svantaggi.

Allo stesso modo, la compressione JPEG rimuove parti non critiche delle immagini. Ad esempio, in una foto che contiene un cielo blu, la compressione JPEG può modificare tutti i pixel del cielo in una o due tonalità di blu, anziché utilizzare dozzine di tonalità diverse.

Tuttavia, per ogni tipo di file, esiste un limite in cui la perdita di qualità dovuta alla compressione della perdita non viene realizzata. Più basso è questo limite, maggiore è la compressione di un file, più evidente è il calo di qualità. Potresti aver sentito i file MP3 con molta compressione delle perdite da YouTube. Ad esempio, confronta questa traccia di alta qualità:

Con questa versione molto compressa della stessa canzone:

La compressione delle perdite è appropriata quando un file contiene più informazioni di quelle necessarie per i tuoi scopi. Ad esempio, supponiamo che tu abbia un enorme file di immagine RAW. Se si desidera stampare questa immagine su un poster di grandi dimensioni, è necessario mantenere questa qualità per stampe vivaci, nitide e prive di pixel. È inutile caricare il file RAW su Facebook.

L'immagine contiene così tanti dati che non sono visibili se visualizzati sui siti di social network. La compressione dell'immagine in JPEG di alta qualità elimina alcune informazioni, ma l'immagine sembra quasi la stessa ad occhio nudo.

Vedi il confronto tra i formati di immagini più diffusi per un'analisi più approfondita dell'argomento: Quando uso JPEG, GIF o PNG

Spremuta di perdita nell'uso generale
Come abbiamo accennato, la compressione delle perdite è ampiamente adatta per la maggior parte delle forme di social media. Per questo motivo, è fondamentale che aziende come Spotify e Netflix trasmettano continuamente enormi quantità di informazioni. Ridurre il più possibile le dimensioni del file mantenendo la qualità, le rende più efficienti. Riesci a immaginare quale spazio di archiviazione sarebbe necessario se ogni video di YouTube fosse archiviato e trasmesso in streaming nel suo formato non compresso originale?

grande le aziende fanno troppo affidamento sulla compressione dei file essere in grado di offrire servizi estesi in spazi limitati.

Ma la compressione delle perdite non funziona così bene per i file in cui tutte le informazioni sono fondamentali. Ad esempio, l'utilizzo di una compressione delle perdite in un file di testo o in un foglio di calcolo comporterebbe un output danneggiato. Non puoi davvero buttare via nulla senza danneggiare seriamente il prodotto finito.

Quando si salva un file con qualche forma di perdita, è spesso possibile impostare il livello di qualità. Ad esempio, molti usano un dispositivo di scorrimento per selezionare la qualità di un file JPEG da 0-100.

Salvare in qualcosa come 90 o 80 percento riduce considerevolmente le dimensioni del file, con poca differenza alla vista. Ma l'archiviazione in cattiva qualità, come 10%, o la memorizzazione ripetuta dello stesso file con poche perdite alla fine lo degraderà.

Come funziona la compressione dei file: compressione senza perdita
La compressione senza perdita di dati è un modo per ridurre le dimensioni del file in modo da poter ricostruire perfettamente il file originale. A differenza della compressione delle perdite, nessuna informazione viene eliminata. Invece, la compressione senza perdita funziona essenzialmente rimuovendo gli elementi ridondanti.

Facciamo un esempio di base per illustrare cosa significa. Sotto c'è una pila di mattoni 10: due blu, cinque gialli e tre rossi. Questo stack è un modo semplice per visualizzare questi mattoni, ma c'è un altro modo per farlo.

Invece di mostrare i mattoncini 10, possiamo rimuovere tutto tranne uno di ogni colore. Quindi, se usiamo i numeri per mostrare quanti mattoni di ciascun colore c'erano, abbiamo rappresentato esattamente la stessa informazione usando molti meno mattoni. Invece dei mattoncini 10, ora ne servono solo tre.

Questa è una semplice illustrazione di come sia possibile una compressione senza perdita. Memorizza le stesse informazioni in modo più efficiente rimuovendo la ridondanza. Esamina un file reale con la seguente stringa:

mmmmmuuuuuuuoooooooooooo

Può essere compresso nel seguente formato, molto più piccolo:

m5u7o12

Questo ci consente di utilizzare sette caratteri anziché 24 per rappresentare gli stessi dati, il che rappresenta un notevole risparmio.

Compressione senza perdita nell'uso quotidiano

Come accennato in precedenza, la compressione senza perdita di dati è importante nei casi in cui non è possibile rimuovere alcun file originale. Se sei curioso di sapere come funzionano i file ZIP, leggi di seguito:

Quando si crea un file ZIP con un programma in Windows, si utilizza la compressione senza perdita. La compressione del file ZIP è un modo efficace per salvare il file e quando si decomprime il file ci sono tutte le informazioni originali. Se si utilizzava la compressione con perdita per comprimere, ad esempio, un file eseguibile, la versione decompressa sarebbe corrotta e inutile.

I formati di compressione lossless comuni sono PNG per le immagini, FLAC per il suono e ZIP in generale per tutti i file. La compressione video senza perdita di dati è rara perché i risultati occuperanno enormi quantità di spazio.

Quando utilizzare la compressione senza perdita rispetto alla compressione senza perdita

Ora che abbiamo esaminato entrambe le forme di compressione dei file, ti starai chiedendo quando usarne una e quando. A quanto pare, non esiste un formato di compressione "migliore", tutto dipende da come si desidera utilizzare i file.

In generale, è necessario utilizzare la compressione senza perdita quando si desidera una copia perfetta del materiale di origine e la compressione con perdita quando una copia incompleta è abbastanza buona. Diamo un'occhiata a un altro esempio per capire come scegliere il modo migliore per armoniosamente.

Supponi di aver appena estratto la tua vecchia raccolta di CD e desideri digitalizzarla in modo da avere tutta la tua musica sul tuo computer. Quando copi i tuoi CD, ha senso usare un formato come FLAC, che è senza perdita di dati. Questo ti permette di avere una copia originale sul tuo computer, che è buona come il CD originale.

In seguito, potresti voler mettere un po 'di musica sul tuo telefono o su un vecchio lettore MP3 in modo da poterti divertire mentre sei in movimento. Probabilmente non ti interessa la qualità della tua musica, quindi puoi convertire i file FLAC in MP3. Questo ti dà un file audio che è ancora completamente comprensibile ma non occupa molto spazio sul tuo dispositivo mobile. La qualità di MP3 convertita da FLAC sarebbe altrettanto buona se si stesse creando un file audio compresso MP3 direttamente dal CD originale.

Preoccupati di comprimere i file
Come abbiamo visto, la conversione di un file compresso senza perdita in un formato di compressione con perdita non ha alcun problema. Tuttavia, non si dovrebbe mai convertire un file di compressione perso in un formato di compressione senza perdita. In generale dovresti stare attento a convertire una forma di compressione in un'altra.

La conversione di un file di compressione con perdita in una seconda compressione senza perdita di dati è solo uno spreco di spazio. Ricorda che i compressi con perdita cancellano i dati che è quindi impossibile recuperare.

Supponi di avere una dimensione del file MPNNX 3 MB. La conversione in FLAC può comportare un file 3MB, ma questi 30MB contengono gli stessi suoni dei file MP30 molto più piccoli. La conversione in un formato senza perdita non "recupera" le informazioni cancellate dalla compressione MP3.

Infine, come accennato in precedenza, la conversione di una forma di compressione delle perdite in un'altra (o memorizzazione ripetuta nello stesso formato) peggiorerà ulteriormente la qualità. Ogni volta che si applica la compressione delle perdite, si perdono ulteriori dettagli. Ciò diventa sempre più evidente fino a quando il file non viene sostanzialmente danneggiato.

Come funziona la compressione? Adesso lo sai
Abbiamo analizzato la compressione lossless e lossless e abbiamo visto come funziona. Ora sai come salvare un file più piccolo del suo formato originale e come scegliere il metodo migliore per le tue esigenze.

Naturalmente, gli algoritmi che decidono quali dati verranno eliminati nei metodi persi e come archiviare i dati ridondanti senza perdita sono molto più complicati di quanto abbiamo spiegato qui. C'è molto di più che puoi scoprire ulteriormente su Internet se sei interessato.

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