Здравствуйте.
На сегодняшнем занятии я бы хотел затронуть тему цифровой обработки
данных и рассмотреть такой фундаментальный параметр, как коэффициент
компрессии или, в более распространённой терминологии, Compression
Ratio. Данный термин, хоть и кажется сугубо техническим, имеет
непосредственное отношение к нашей повседневной жизни, ведь сжатие
данных мы используем постоянно: при сохранении фотографий, архивировании
документов, просмотре видео в интернете и даже при прослушивании
музыки.
Итак, что же такое коэффициент компрессии? Это число,
которое показывает, во сколько раз исходный объём данных был уменьшен в
процессе сжатия. Формула для его расчёта предельно проста: это отношение
размера несжатого файла к размеру сжатого. Например, если у нас есть
фотография, которая изначально занимала 10 мегабайт, а после сжатия
стала весить 1 мегабайт, то коэффициент компрессии будет равен 10:1, или
просто 10. Это означает, что мы уменьшили размер файла в 10 раз. Чем
выше этот коэффициент, тем больше данных было "упаковано" в меньший
объём.
Существуют два основных типа сжатия: сжатие без потерь
(lossless) и сжатие с потерями (lossy). Коэффициент компрессии в этих
двух случаях имеет разное значение. При сжатии без потерь (например, в
форматах ZIP или FLAC для аудио) данные после распаковки полностью
восстанавливаются до своего первоначального вида, без каких-либо
изменений. Коэффициент компрессии в этом случае обычно не очень большой,
например, от 2:1 до 5:1. Это связано с тем, что алгоритмы работают, по
сути, на поиске и устранении избыточной информации. Например, если в
тексте много повторяющихся слов, они могут быть заменены на короткие
коды, что и уменьшает размер файла.
В случае сжатия с потерями
(JPEG для изображений, MP3 для аудио, MPEG-4 для видео) всё обстоит
иначе. Здесь алгоритмы анализируют данные и удаляют ту информацию,
которая, по их мнению, наименее важна для восприятия человека. Например,
в изображении это могут быть мелкие цветовые переходы, которые глаз всё
равно не заметит. При таком сжатии коэффициент компрессии может
достигать очень высоких значений, например, 100:1 или даже больше.
Однако нужно понимать, что при таком сжатии часть информации теряется
безвозвратно, и восстановить её невозможно. Чем выше коэффициент
компрессии, тем ниже будет качество, так как мы теряем больше данных.
Например, сильно сжатая фотография может иметь видимые артефакты,
"квадратики" или размытость.
Таким образом, коэффициент
компрессии является ключевым показателем эффективности того или иного
алгоритма сжатия. Он позволяет оценить, насколько успешно мы "ужали"
данные, но при этом важно помнить о типе сжатия. В случае lossless мы
стремимся к максимальному коэффициенту, чтобы сэкономить место, не теряя
информацию. В случае lossy мы находим баланс между размером файла и
приемлемым качеством, осознавая, что увеличение коэффициента компрессии
неизбежно приводит к снижению качества.