Información completa y detallada sobre la tecnología de compresión

Con la aparición de multimedia, imágenes de vídeo, mapeo de documentos y otras tecnologías, la compresión de datos se ha convertido en un tema importante para los administradores de redes. La compresión de datos básicamente comprime los datos para que ocupen menos espacio de almacenamiento en disco y tengan tiempos de transferencia más cortos. La base de la compresión es que los datos digitales contienen una gran cantidad de repeticiones. Se reemplaza esta información repetida con símbolos o códigos que ocupan menos espacio para lograr el propósito de reducir la capacidad. Introducción básica Nombre chino: Tecnología de compresión Nombre extranjero: Técnicas de compresión Técnicas básicas de compresión: Compresión espacial, etc. Categoría: Para obtener más información, consulte el texto principal Introducción a la tecnología, Normas técnicas, Formas de compresión, Compresión de archivos, Compresión de datos, Audio y vídeo Compresión, Introducción a la tecnología Tecnología de compresión básica: la compresión de espacio (compresión nula) reemplaza una cadena de espacios con un código de compresión. El valor después del código de compresión representa el número de espacios. Compresión de longitud de ejecución (compresión de longitud de ejecución) Es una expansión de la tecnología de compresión de espacio y comprime cualquier cadena de 4 o más caracteres repetidos. La cadena se reemplaza por un código de compresión, un carácter repetido y un valor que representa el número de caracteres repetidos. La codificación de palabras clave crea una tabla de valores que representan un conjunto común de caracteres. Las palabras que aparecen con frecuencia, como for, the o pares de caracteres como sh y th, se representan como tokens, que se utilizan para guardar o transmitir estos caracteres. El método estadístico de Huffman es una técnica de compresión que supone que los caracteres de los datos tienen una distribución variable; en otras palabras, algunos caracteres aparecen con más frecuencia que otros. Cuanto más frecuentemente aparece un carácter, menos bits se utilizan para codificarlo. Este esquema de codificación se almacena en una tabla y, durante la transmisión de datos, se puede enviar a la máquina receptora de datos para que sepa cómo decodificar los caracteres. Debido a que el algoritmo de compresión se basa en software, existe una sobrecarga adicional en un entorno de tiempo real, lo que puede causar muchos problemas. No habrá problemas con la compresión durante la copia de seguridad y el archivado de archivos. El uso de un sistema de alto rendimiento ayuda a eliminar la mayoría de los problemas generales y de rendimiento. Además, la compresión elimina la portabilidad del archivo a menos que también se envíe con el archivo un software de descompresión. Tenga en cuenta que algunos archivos ya están comprimidos y una mayor compresión externa no obtendrá ningún beneficio. Algunos formatos de archivos gráficos, como el formato de archivo de imagen de etiqueta (TIFF), ya incluyen compresión. Compresión del sistema de almacenamiento Compresión del sistema de almacenamiento Compresión del sistema de almacenamiento Antes de analizar el algoritmo de compresión para el almacenamiento de archivos, debe quedar claro que la compresión de archivos es diferente de la codificación de disco. La codificación del disco generalmente la realiza la unidad de disco escribiendo más unos y ceros digitales en la superficie física del disco. La compresión de archivos comprime los caracteres y las cadenas de bits de un archivo a un tamaño más pequeño. Se completa mediante software antes de que la información del archivo se transfiera al cabezal de escritura del disco duro. Los discos duros modernos que utilizan codificación simplemente toman un flujo de unos y o de la CPU y los comprimen en un espacio mucho más pequeño que el que ocuparían sin codificación. La codificación de disco se ha analizado brevemente aquí y lo siguiente se centrará en la compresión de archivos. Los sistemas de grabación de discos magnéticos, como las unidades de disco duro, registran información cambiando el campo magnético en la superficie del disco. El cambio en el campo magnético entre dos estados posibles se llama transición de flujo. En pocas palabras, el cambio del flujo magnético representa el número 1, y el flujo magnético que no cambia representa el número 0. La codificación proporciona una manera de hacer que cada cambio de flujo represente más información digital. En el sistema de modulación de frecuencia modificada (MFM), un cambio de flujo magnético representa múltiples unos, y un flujo magnético que no cambia representa múltiples ceros. Las técnicas de codificación incluyen las siguientes. Los códigos de longitud de ejecución limitada (RLU) representan formatos de combinación de bits como códigos que se pueden almacenar con menos cambios de flujo. En comparación con MFM, la capacidad de almacenamiento aumenta en un 50%. La longitud de ejecución avanzada limitada (ARLL) duplica la densidad de grabación del MFM al convertir el patrón de bits en un código que se puede almacenar con una densidad cuatro veces mayor que la de los cambios de flujo. Debido a la codificación del disco, esto se maneja automáticamente a nivel de hardware mediante el disco duro. conducir y no hay necesidad de discutirlo más aquí.

Cuando compra un disco duro, utiliza un esquema de codificación para lograr una determinada capacidad, pero siempre que la capacidad del disco cumpla con sus requisitos, no tiene que preocuparse por su esquema de codificación después de la compra. Estándares técnicos A continuación se describen varios estándares de compresión para procesar información multimedia: Compresión del Joint Photographic Experts Group (JPEG) (Compresión del Joint Photographic Experts Group (JPEG)) JPEG utiliza algoritmos comunes para comprimir imágenes estáticas. La información de la imagen tridimensional de color y coordenadas se convierte primero a un formato más adecuado para la compresión. La información de color también está codificada y puede omitirse si el sistema no puede utilizarla. El valor de compresión es seleccionable por el usuario y depende del grado de degradación de la imagen que se puede tolerar. Una vez que se determinan estas configuraciones iniciales, el archivo se puede comprimir utilizando técnicas de compresión sin pérdida o con pérdida. JPEG no fue diseñado específicamente para procesar imágenes de video, pero lo hace hasta cierto punto comprimiendo fotogramas y reduciendo su tamaño y frecuencia. Compresión fractal En la tecnología de compresión de fragmentos desarrollada por Iterated Systems, el lanzador de compresión (una placa especializada) utiliza una transformación matemática que opera en los fragmentos de varias maneras para encontrar patrones coincidentes en la imagen. La imagen se divide en piezas cada vez más pequeñas. . Los patrones repetidos se guardan para reconstruir el gráfico original y los datos no coincidentes se consideran sin importancia y se eliminan. El usuario puede seleccionar la cantidad de tiempo que se ejecuta el procesamiento, lo que determina la cantidad de compresión de los datos. Audio-Video Interleave (AVI) AVI fue desarrollado por Microsoft como un método para almacenar imágenes de vídeo en movimiento en discos CD-ROM. Utilice software para descomprimir al leer información. Esta tecnología combina tecnología sin distorsiones con un algoritmo de compresión especial que es rápido pero no eficiente. Las imágenes AVI reducen el número de fotogramas por segundo, lo que da como resultado imágenes insatisfactorias. Sin embargo, para algunas aplicaciones esta técnica es aceptable. Vídeo digital interactivo (DVI) DVI es un esquema de compresión activa de imágenes de vídeo desarrollado por Intel y se considera un estándar de facto. Al igual que AVI, se utilizó originalmente para aplicaciones de CDROM y llevó con éxito imágenes de vídeo a sistemas de escritorio en este formato. Indeo video (Indeo Video) Indeo video es un formato de grabación de imágenes de video digital y una tecnología de software de compresión que puede comprimir archivos de imágenes de video de 1/5 a 1/10 de su tamaño sin comprimir. Por ejemplo, Indeo puede reducir un archivo de 50 MB a 9 MB. Productos similares a Indeo incluyen Microsoft Video para Windows, el sistema operativo OS/2 y Apple Quicktime para Macintosh y Windows. La reproducción se optimiza según el tipo de hardware proporcionado, por lo que las velocidades de reproducción de fotogramas mejorarán en sistemas más rápidos. La grabación de imágenes de vídeo se optimiza utilizando el procesador de imágenes de vídeo Intel i750 porque las imágenes de vídeo se comprimen al recibirse en lugar de almacenarse y luego comprimirse. Utiliza una variedad de técnicas de compresión, incluidas técnicas de distorsión y no distorsión. Motion Picture Experts Group (MPEG) MPEG está desarrollando varios estándares de compresión de video que definen formatos, velocidades de datos y tecnologías de compresión aceptados internacionalmente. La especificación MPEG-1 define audio y video y cómo acceder a imágenes de video en movimiento completo desde el disco a una velocidad de 1,5 Mbps a 2 Mbps. MPEG-2 se compromete a proporcionar imágenes de vídeo en movimiento con una calidad superior a la de los sistemas de transmisión NTSC, PAI y SECAM. Se están investigando otros métodos de compresión, se están revisando los métodos existentes y el comité del CCITT está trabajando en el desarrollo de normas para videotelefonía y videoconferencias en la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) y otros servicios. Compresión de formularios Compresión de archivos Hay varias formas de implementar la compresión de archivos y se proporcionan varias herramientas que le permiten comprimir un archivo a la vez o comprimir un grupo de archivos. Un grupo de archivos se puede comprimir en un solo archivo para transferirlo más fácilmente a otros usuarios, y una herramienta de descompresión puede descomprimir los archivos.

Una popular herramienta de compresión de archivos compartidos llamada PKZIP (PKWARE Inc. de Glendale, Wisconsin), utilizada para comprimir archivos en CompuServe y otro software de tablón de anuncios, puede eliminar PKZIP de la mayoría de los servicios de tablón de anuncios. La mayoría de los sistemas operativos, incluidos DOS, NetWare, Windows NT, etc., ahora incluyen software de compresión. En NetWare 4.x, es posible comprimir automáticamente archivos específicos o todos los archivos en todo el volumen o en un directorio específico. Se pueden configurar atributos de archivo específicos para marcar los archivos que desea que el sistema comprima automáticamente cuando no estén en uso. Tenga cuidado al activar el sistema de compresión automática, es posible que algunas aplicaciones no funcionen correctamente porque los archivos están comprimidos. Dos conceptos importantes en la compresión de archivos son sin pérdida y con pérdida: Compresión sin pérdida El sistema de compresión sin pérdida supone que toda la información se devuelve del archivo comprimido y que cada bit del archivo es importante, por lo que el algoritmo de compresión comprime y descomprime los archivos con precisión. Compresión con pérdida: los sistemas de compresión con pérdida suponen que una cierta cantidad de información se pierde durante la compresión y descompresión. Muchos archivos de gráficos de alta definición contienen información que no se alteraría si se perdiera durante la etapa de compresión. Por ejemplo, si escanea una imagen en color en alta resolución pero su monitor no puede mostrarla con esa claridad, puede utilizar un esquema de compresión sin distorsión porque no se pierde ningún detalle. Los archivos de sonido e imagen también son adecuados para la compresión con pérdida porque los cambios causados ​​por la pérdida de información son tan pequeños que es posible que no se noten cuando se descomprimen y se reproducen. Aunque no hay pérdida de información en la compresión sin pérdidas, la relación de compresión suele ser sólo de 2:1. La compresión distorsionable proporciona relaciones de compresión de 100:1 a 200:1 dependiendo del tipo de información que se comprime. La información de sonido e imagen se puede comprimir bien. , porque normalmente contiene mucha información redundante. Compresión de datos Compresión para comunicación Datoo Compresión de comunicación de datos La compresión puede mejorar el rendimiento en enlaces de área amplia. Cuando necesite decidir si utilizar una línea telefónica menos costosa conectada por un módem o una conexión dedicada más costosa, un módem con compresión de datos proporciona un rendimiento adicional si elige la opción más económica. Si necesita conexiones de tiempo completo, la compresión de datos también le ayudará a aprovechar esas conexiones al máximo. Sin embargo, existen limitaciones si la velocidad de transmisión supera los 64 Kbps, la compresión de datos no se puede completar automáticamente en el punto de conexión WAN porque la compresión no puede mantener el ritmo de la velocidad de la línea. La solución es utilizar una herramienta de compresión como PKZIP para comprimir manualmente el archivo a una longitud menor antes de la transmisión. Una vez comprimido, el archivo se transmite al destinatario, quien lo descomprime. Los fabricantes de módems utilizaron muchas de las técnicas de compresión de datos mencionadas anteriormente, pero la tecnología Lempel-Ziv se hizo cada vez más popular con la adopción del estándar de compresión de datos CCITT V.42bis y su implementación en la mayoría de los módems. Motorola Codex ha realizado pruebas con velocidades de datos superiores a 100 kbps, aunque el límite actual es de 28,8 Kbps. En el algoritmo de compresión de datos de Lempel-Ziv, todas las cadenas individuales ocupan toda la tabla. Cuando aparece una nueva cadena, se construye una estructura de árbol similar a la que se muestra en la Figura C-25, que muestra la rama "T" del árbol. Tenga en cuenta que a lo largo de cualquier rama del árbol se puede deducir una palabra de tres caracteres. Cada rama del árbol está identificada por una palabra clave, que se transmite en todas las transmisiones. Si aparece una nueva cadena, se agrega un nodo a la rama apropiada del árbol y se genera una nueva palabra clave para representarlo. Existen otros métodos de compresión, como las series Microcom Networking Protocol (MNP) tipo 5 y tipo 7. Pero en los últimos años V. 42 es el método de compresión utilizado por la mayoría de los fabricantes de módems. Compresión de audio y video Compresión de gráficos, video y voz Compresión de gráficos, video y voz Compresión de gráficos, video y voz Con la aparición de las conferencias multimedia y de video, los sistemas de compresión eficientes se han vuelto importantes según la resolución de la imagen de video, un color típico de las imágenes gráficas. requieren 2 MB o más de espacio en disco, y 1 segundo de vídeo en movimiento completo sin comprimir requiere aproximadamente 10 MB de espacio en disco.

Los administradores de red están preocupados por el tamaño de los archivos multimedia porque consumen ancho de banda de la red cuando se copian a servidores u otros usuarios. Afortunadamente, la mayoría de las imágenes multimedia pueden utilizar las técnicas de compresión sin distorsión analizadas anteriormente. En la compresión de imágenes de vídeo, cada cuadro debe ser una matriz de píxeles optimizada eliminando información redundante. La compresión de imágenes de vídeo generalmente se procesa mediante circuitos integrados especiales en lugar de software porque las operaciones del software son demasiado lentas. Las imágenes de vídeo estándar suelen tener una velocidad de unos 30 fotogramas por segundo, pero algunos estudios han descubierto que 16 fotogramas por segundo son aceptables para muchos espectadores, por lo que el método de eliminación de fotogramas proporciona un método de compresión alternativo.