Wie funktioniert die Dateikomprimierung?
Werbung
Die Dateikomprimierung ist ein zentraler Bestandteil der Funktionsweise des Webs. Es ermöglicht uns, Dateien zu übertragen, die sonst zu viel Bandbreite und Zeit in Anspruch nehmen würden. Wann immer Sie auf ZIP-Dateien zugreifen oder JPEG-Bilder anzeigen, profitieren Sie von der Dateikomprimierung.
Daher haben Sie wahrscheinlich irgendwann eine Frage gestellt: Wie funktioniert die Dateikomprimierung? Hier ist ein grundlegender Blick auf die Funktionsweise der Komprimierung.
Was bedeutet Komprimierung?
Einfach ausgedrückt, ist die Dateikomprimierung (oder Datenkomprimierung) der Vorgang des Reduzierens der Größe einer Datei unter Beibehaltung der ursprünglichen Daten. Auf diese Weise kann die Datei weniger Speicherplatz auf einem Speichergerät belegen und darüber hinaus einfacher über das Internet oder auf andere Weise übertragen werden.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Komprimierung nicht unendlich ist. Während das Komprimieren einer Datei in eine ZIP-Datei deren Größe verringert, können Sie die Datei nicht weiter komprimieren, um die Größe weiter zu verringern.
Im Allgemeinen wird die Dateikomprimierung in zwei Haupttypen unterteilt: verlustbehaftet und verlustfrei. Schauen wir uns an, wie beide nacheinander funktionieren.
Funktionsweise der Dateikomprimierung: Verlustbehaftete Komprimierung
Verlustbehaftete Komprimierung reduziert die Dateigröße, indem unnötige Informationen entfernt werden. Dies ist am häufigsten bei Bild-, Video- und Audioformaten der Fall, bei denen eine perfekte Darstellung der Quellmedien nicht erforderlich ist. Viele gängige Formate für diese Medientypen verwenden eine verlustbehaftete Komprimierung. MP3 und JPEG sind zwei beliebte Beispiele.
Eine MP3-Datei enthält nicht alle Audioinformationen der Originalaufnahme. Stattdessen werden Geräusche ausgegeben, die Menschen nicht hören können. Sie würden sowieso nicht bemerken, dass sie fehlen. Das Entfernen dieser Informationen führt zu einer geringeren Dateigröße, die im Grunde genommen keine Nachteile hat.
In ähnlicher Weise entfernen JPEGs nicht wichtige Teile von Bildern. In einem Bild mit blauem Himmel werden durch die JPEG-Komprimierung möglicherweise alle Himmelspixel in ein oder zwei Blautöne geändert, anstatt Dutzende verschiedener Farbtöne zu verwenden.
Je stärker Sie jedoch eine Datei komprimieren, desto deutlicher wird der Qualitätsverlust. Sie haben dies wahrscheinlich mit schlammigen MP3-Dateien erlebt, die auf YouTube hochgeladen wurden. Vergleichen Sie beispielsweise diesen hochwertigen Musiktitel:
Mit dieser stark komprimierten Version des gleichen Songs:
Verlustbehaftete Komprimierung ist geeignet, wenn eine Datei mehr Informationen enthält, als Sie für Ihre Zwecke benötigen. Angenommen, Sie haben eine riesige RAW-Bilddatei. Während Sie diese Qualität wahrscheinlich beibehalten möchten, wenn Sie das Bild auf ein großes Banner drucken, ist es sinnlos, die RAW-Datei auf Facebook hochzuladen.
Das Bild enthält so viele Daten, dass sie auf Social Media-Websites nicht sichtbar sind. Wenn Sie das Bild in ein JPEG-Format mit hoher Qualität komprimieren, werden einige Informationen ausgegeben, aber das Bild sieht mit bloßem Auge fast gleich aus. Sehen Sie unseren Vergleich der gängigen Bildformate JPEG, GIF oder PNG? Bilddateitypen erklärt und getestet JPEG, GIF oder PNG? Erklärte und getestete Bilddateitypen Kennen Sie die Unterschiede zwischen JPEGs, GIFs, PNGs und anderen Bilddateitypen? Wissen Sie, wann Sie eines anstelle des anderen verwenden sollten? Fürchte dich nicht, MakeUseOf erklärt alles! Lesen Sie mehr für einen tieferen Einblick.
Verlustbehaftete Komprimierung im allgemeinen Gebrauch
Wie bereits erwähnt, eignet sich die verlustbehaftete Komprimierung für die meisten Arten von Medien. Aus diesem Grund ist es für Unternehmen wie Spotify und Netflix von entscheidender Bedeutung, ständig große Mengen an Informationen zu übermitteln. Wenn Sie die Dateigröße so weit wie möglich reduzieren, ohne die Qualität zu beeinträchtigen, wird der Betrieb effizienter. Kannst du dir vorstellen, ob jedes YouTube-Video im unkomprimierten Originalformat gespeichert und übertragen wurde?
Die verlustbehaftete Komprimierung funktioniert jedoch nicht so gut für Dateien, bei denen alle Informationen von entscheidender Bedeutung sind. Die Verwendung einer verlustbehafteten Komprimierung für eine Textdatei oder eine Kalkulationstabelle würde beispielsweise zu einer verstümmelten Ausgabe führen. Sie können wirklich nichts wegwerfen, ohne das Endprodukt ernsthaft zu beschädigen.
Beim Speichern in einem verlustbehafteten Format können Sie häufig die Qualitätsstufe festlegen. Beispielsweise haben viele Bildbearbeitungsprogramme einen Schieberegler, mit dem Sie die Qualität eines JPEG von 0 bis 100 einstellen können.
Wenn Sie etwa 90 oder 80 Prozent speichern, wird die Dateigröße erheblich reduziert, ohne dass dies für das Auge von Bedeutung ist. Das Speichern in schlechter Qualität oder das wiederholte Speichern derselben Datei in einem verlustbehafteten Format beeinträchtigt sie jedoch.
Unten sehen Sie ein Beispiel dafür (klicken Sie, um die größeren Bilder zu sehen). Links sehen Sie das Originalbild, das von Pixabay als JPEG heruntergeladen wurde. Das mittlere Bild ist das Ergebnis des Speicherns als JPEG mit einer Qualität von 50 Prozent. Das Bild ganz rechts zeigt das Originalbild, das stattdessen als JPEG mit 10 Prozent Qualität gespeichert wurde.
Auf den ersten Blick sieht das mittlere Bild nicht schlecht aus. Sie können die Artefakte an den Rändern der Kästchen nur bemerken, wenn Sie hineinzoomen. Natürlich sieht das Bild ganz rechts sofort schrecklich aus.
Vor dem Zuschneiden zum Hochladen waren die Dateigrößen 874 KB, 310 KB bzw. 100 KB.
Funktionsweise der Dateikomprimierung: Verlustfreie Komprimierung
Die verlustfreie Komprimierung reduziert die Dateigröße, sodass Sie die ursprüngliche Datei perfekt rekonstruieren können. Im Gegensatz zur verlustbehafteten Komprimierung werden keine Informationen ausgegeben. Stattdessen funktioniert die verlustfreie Komprimierung im Wesentlichen durch Entfernen der Redundanz.
Lassen Sie uns anhand eines einfachen Beispiels zeigen, was dies bedeutet. Unten ist ein Stapel von 10 Steinen: zwei blaue, fünf gelbe und drei rote. Dieser Stapel ist eine einfache Möglichkeit, diese Blöcke zu veranschaulichen. Es gibt jedoch auch eine andere Möglichkeit, dies zu tun.
Anstatt alle 10 Blöcke anzuzeigen, können wir alle bis auf eine Farbe entfernen. Wenn wir dann Zahlen verwenden, um zu zeigen, wie viele Steine jeder Farbe vorhanden waren, haben wir genau die gleiche Information dargestellt, indem wir viel weniger Steine verwendet haben. Anstelle von 10 Steinen brauchen wir jetzt nur noch drei.
Dies ist eine einfache Illustration, wie verlustfreie Komprimierung möglich ist. Dieselben Informationen werden effizienter gespeichert, indem Redundanzen beseitigt werden. Betrachten Sie eine tatsächliche Datei, in der die folgende Zeichenfolge enthalten ist:
mmmmmuuuuuuuoooooooooooo Kann auf die folgende, viel kürzere Form "komprimieren":
m5u7o12 Dies ermöglicht es uns, sieben anstelle von 24 Zeichen zu verwenden, um dieselben Daten darzustellen, was eine erhebliche Einsparung darstellt.
Verlustfreie Kompression im Alltag
Wie oben erwähnt, ist die verlustfreie Komprimierung in Fällen wichtig, in denen Sie keine der Originaldateien entfernen können. Wenn Sie neugierig waren, wie ZIP-Dateien funktionieren, ist dies die Antwort.
Wenn Sie eine ZIP-Datei aus einem unter Windows ausführbaren Programm erstellen, wird die verlustfreie Komprimierung verwendet. Die ZIP-Dateikomprimierung ist eine effizientere Methode zum Speichern des Programms. Wenn Sie es jedoch entpacken (dekomprimieren), sind alle Originalinformationen vorhanden. Wenn Sie die ausführbaren Dateien mit verlustbehafteter Komprimierung komprimieren, ist die entpackte Version beschädigt und unbrauchbar.
Zu den gängigen verlustfreien Formaten gehören PNG für Bilder, FLAC für Audio und ZIP. Verlustfreie Formate für Videos sind selten, da sie sehr viel Speicherplatz beanspruchen würden.
Wann ist Lossy vs. Lossless Compression anzuwenden?
Nachdem wir uns nun beide Formen der Dateikomprimierung angesehen haben, werden Sie sich vielleicht fragen, wann Sie die eine oder andere verwenden sollten. Wie sich herausstellt, gibt es keine „bessere“ Form der Komprimierung - alles hängt davon ab, wofür Sie die Dateien verwenden.
Im Allgemeinen sollten Sie die verlustfreie Komprimierung verwenden, wenn Sie eine perfekte Kopie des Quellmaterials wünschen, und die verlustfreie Komprimierung, wenn eine fehlerhafte Kopie ausreichend ist. Schauen wir uns ein weiteres Beispiel an, um zu sehen, wie sie harmonisch zusammenarbeiten können.
Angenommen, Sie haben gerade Ihre alte CD-Sammlung ausgegraben und möchten sie digitalisieren. Konvertieren von CDs, Kassetten und MiniDiscs in MP3 Konvertieren von CDs, Kassetten und MiniDiscs in MP3 Wenn Sie alte CDs, Kassetten, MiniDiscs, oder Schallplatten, die Sie loswerden möchten, ist es Zeit, Ihre Sammlung zu digitalisieren. Hier ist alles, was Sie wissen müssen. Lesen Sie mehr, damit Sie all Ihre Musik auf Ihrem Computer haben. Wenn Sie Ihre CDs rippen, ist es sinnvoll, ein Format wie FLAC zu verwenden, das verlustfrei ist. Auf diese Weise haben Sie eine Masterkopie auf Ihrem Computer, die der Original-CD entspricht.
Vielleicht möchten Sie später etwas Musik auf Ihr Telefon oder einen alten MP3-Player laden, damit Sie unterwegs Musik hören können. Es ist Ihnen wahrscheinlich egal, ob Ihre Musik in perfekter Qualität vorliegt. Sie können die FLAC-Dateien in MP3 konvertieren. So konvertieren Sie FLAC kostenlos in MP3. So konvertieren Sie FLAC kostenlos in MP3 MP3? Dann sind hier die kostenlosen Apps, die Sie für Windows, Mac, Linux und das Web benötigen. Weiterlesen . Auf diese Weise erhalten Sie eine Audiodatei, die immer noch perfekt wiedergegeben werden kann, jedoch nicht so viel Speicherplatz auf Ihrem Mobilgerät belegt. Die Qualität der vom FLAC konvertierten MP3-Dateien ist so gut, als ob Sie direkt von der Original-CD eine komprimierte MP3-Datei erstellt hätten.
Die Art der in einer Datei dargestellten Daten kann auch bestimmen, welche Art der Komprimierung am besten ist. Da PNG-Bilder verlustfrei komprimiert werden, bieten sie kleine Dateigrößen für Bilder mit viel einheitlichem Speicherplatz, z. B. Computer-Screenshots. Sie werden jedoch feststellen, dass PNGs viel mehr Platz beanspruchen, wenn sie das Durcheinander von Farben in Fotos aus der realen Welt darstellen.
Bedenken während der Dateikomprimierung
Wie wir gesehen haben, ist das Konvertieren verlustfreier Formate in verlustbehaftete Formate in Ordnung, ebenso wie das Konvertieren eines verlustfreien Formats in ein anderes. Sie sollten jedoch niemals ein verlustbehaftetes Format in ein verlustfreies Format konvertieren und darauf achten, ein verlustbehaftetes Format in ein anderes zu konvertieren.
Das Konvertieren verlustbehafteter Formate in verlustfreie Formate ist einfach Platzverschwendung. Denken Sie daran, dass verlustbehaftete Formate Daten wegwerfen. Es ist unmöglich, diese Daten wiederherzustellen.
Angenommen, Sie haben eine 3 MB MP3-Datei. Wenn Sie das in FLAC konvertieren, wird möglicherweise eine 30-MB-Datei erstellt. Diese 30-MB-Dateien enthalten jedoch genau die Klänge, die die viel kleineren MP3-Dateien hatten. Beim Zurückkonvertieren in ein verlustfreies Format werden die durch die MP3-Komprimierung hervorgerufenen Informationen nicht „wiederhergestellt“.
Wie bereits erwähnt, führt das Konvertieren eines verlustbehafteten Formats in ein anderes (oder das wiederholte Speichern im selben Format) zu einer weiteren Qualitätsminderung. Jedes Mal, wenn Sie die verlustbehaftete Komprimierung anwenden, gehen mehr Details verloren. Dies macht sich immer mehr bemerkbar, bis die Datei im Wesentlichen ruiniert ist.
Wie funktioniert die Komprimierung? Jetzt wissen Sie
Wir haben uns sowohl verlustbehaftete als auch verlustfreie Komprimierung angesehen, um zu sehen, wie sie funktionieren. Jetzt wissen Sie, wie es möglich ist, eine Datei mit einer geringeren Größe als ihrer ursprünglichen Form zu speichern und wie Sie die beste Methode für Ihre Anforderungen auswählen.
Natürlich sind die Algorithmen, die entscheiden, welche Daten in verlustbehafteten Methoden verworfen werden und wie redundante Daten in verlustfreier Komprimierung am besten gespeichert werden, viel komplizierter als hier erläutert. Bei Interesse gibt es zu diesem Thema noch viel mehr zu entdecken.
Haben Sie die verlustfreie Komprimierung ausprobiert und möchten Sie etwas an einen Freund senden? Probieren Sie diese schnellen Möglichkeiten aus, um große Dateien online zu übertragen. Und wenn Sie Hilfe beim Komprimieren großer Audiodateien benötigen So komprimieren Sie große Audiodateien: 5 einfache und effektive Methoden So komprimieren Sie große Audiodateien: 5 einfache und effektive Methoden Sie müssen die Größe Ihrer Audiodateien reduzieren? Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um große Audiodateien zu komprimieren. Lesen Sie mehr, hier sind einige einfache und effektive Möglichkeiten.
Weitere Informationen zu: Dateikomprimierung, ZIP-Dateien.
