Сжатие с потерями и без потерь: в чем разница между lossy и lossless?

Возможно, вы уже знаете, что компьютеры и интеллектуальные устройства используют сжатие для экономии места на диске и полосы пропускания при передачи данных по сети. При этом используется либо сжатие с потерями, либо сжатие без потерь. Оба типа сжатия имеют свои преимущества и недостатки, но в чём именно различия между ними и какое из них выбрать в той или иной ситуации?

При сжатии с потерями и без новые данные занимают меньше места. Но файл, сжатый без потерь, может быть преобразован обратно в оригинал и полученный в результате преобразования файл будет идентичен оригиналу. То есть никакая часть информации не теряется. Она только преобразовывается таким образом, чтобы занимать меньше места. Что касается сжатия с потерями, то такой файл уже невозможно преобразовать в оригинал, поскольку часть исходной информации безвозвратно утеряна.

Сжатие с потерями (lossy) делает файлы меньше

Сжатие с потерями отбрасывает как можно больше данных, чтобы сделать файлы как можно меньше. Это достигается путём нацеливания на данные, которые считаются менее заметными, так что сам файл по-прежнему в значительной степени напоминает оригинал. Чем сильнее сжат файл, тем больше пострадает качество.

Двумя хорошими примерами сжатия с потерями являются изображения JPEG и аудиофайлы MP3. Высокосжатый JPEG (пример ниже) будет демонстрировать визуальные артефакты, потерю чёткости и детализации, потенциальные цветовые полосы и даже изменение цвета. Вы можете заметить контуры вокруг частей изображения, которых не было на оригинале.

Пример сжатого изображения JPEG:

Что касается звука, сильно сжатый MP3-файл звучит заметно хуже, чем несжатый оригинал, особенно на низких и высоких частотах. Басовые партии и тарелки могут звучать приглушенно или «мерцать», а общая чёткость звука снижается даже на средних частотах.

Не все файлы JPEG представляют собой размытую кашу, и не все файлы MP3 звучат так, как будто они были загружены из Napster. Используемый уровень сжатия может иметь огромное значение для качества файла. В большинстве случаев едва сжатый файл JPEG или MP3 со скоростью 320 кбит/с будет сложно отличить от несжатого оригинала.

Сжатие без потерь (lossless) отдаёт предпочтение качеству, а не размеру

Сжатие без потерь требует, чтобы данные не удалялись, что, в свою очередь, требует больше места или полосы пропускания. В отличие от сжатия с потерями, сжатие без потерь не приводит к ухудшению качества данных, а распакованные данные идентичны несжатым оригиналам.

Некоторые примеры сжатия без потерь включают аудиокодеки FLAC и ALAC, ZIP-архивы и изображения PNG. Аудиофайлы, в которых используется сжатие без потерь, примерно в два раза меньше размера несжатого оригинала при той же частоте дискретизации. Многие сервисы потокового аудио теперь предлагают потоковую передачу без потерь, включая Apple Music, Tidal, Deezer и новый тир от HiFi Spotify.

Файлы ZIP часто используются для сжатия программного обеспечения, которое не может подвергаться сжатию с потерями в какой-либо форме, поскольку это может привести к удалению данных (например, нельзя сжать с потерями файл программы или офисный документ). Файлы изображений PNG основаны исключительно на сжатии без потерь (на самом деле, возможный манипуляции с файлом PNG, проводящие к уменьшению занимаемого места и потере качества, например, уменьшение цветовой палитры).

И Lossy, и Lossless одинаково нужны

Для архивных целей лучше всего подходит сжатие без потерь. Невозможно восстановить версию файла без потерь, если он был сжат с потерями.

Если вас беспокоят размер файла или пропускная способность, сжатие с потерями имеет гораздо больше смысла. Например, если вы хотите загрузить музыку на свой смартфон для прослушивания в автономном режиме, использование кодеков с потерями, таких как AAC, позволит вам хранить гораздо больше музыки за счёт небольшого снижения качества.

И это ещё до того, как вы учтёте, что многие, даже лучшие беспроводные наушники, такие как AirPods Pro от Apple, в первую очередь полагаются на сжатие с потерями, чтобы передать звук с вашего устройства в ваши уши.

Пример наушников, поддерживающих передачу аудио без потерь: Galaxy Buds2 от Samsung.

Смотрите также:

• В чем разница между MP3, FLAC и другими аудиоформатами?
• Что такое «lossless» аудио без потерь?
• В чем разница между JPG, PNG и GIF, а также AVIF и HEIF?