O que é compactação de arquivo?

A compactação de arquivos é amplamente utilizada em atividades cotidianas, como envio de e-mails, streaming de vídeo e áudio e criação de arquivos. backups. Compressão algoritmos fazer Armazenamento de TI e transmissão de dados eficiente e econômico.

A compactação de arquivos é um processo que reduz o tamanho de um ou mais arquivos para que consumam menos espaço de armazenamento e possam ser transmitidos mais rapidamente pelas redes. Este processo é alcançado usando vários algoritmos e técnicas para identificar e eliminar dados redundantes dentro dos arquivos.

Como funciona a compactação de arquivos?

A compactação de arquivos minimiza o tamanho do arquivo sem necessariamente perder a integridade do conteúdo. As técnicas variam dependendo se a compressão é sem perdas ou com perdas. A escolha depende do caso de uso – se é necessária uma fidelidade perfeita aos dados originais ou se alguma perda de detalhes é aceitável em troca de um tamanho de arquivo significativamente reduzido.

Abaixo está uma visão geral de como funcionam os dois métodos principais de compactação.

Compressão sem perdas

Algoritmos de compactação sem perdas reduzem o tamanho do arquivo e permitem que os dados originais sejam perfeitamente reconstruídos a partir dos dados compactados. Eles funcionam removendo redundâncias de dados.

Aqui estão os métodos padrão usados na compactação sem perdas:

Codificação de comprimento de execução (RLE)

A codificação run-length é uma forma simples de compactação de dados na qual sequências do mesmo valor de dados (caracteres repetidos, pixels, etc.) são armazenadas como um único valor de dados e contagem. Este método é mais eficaz em dados que contêm muitas dessas execuções. Por exemplo, a string “AAAAA” pode ser compactada para “5A”, o que indica que a letra ‘A’ aparece cinco vezes consecutivas. O RLE é particularmente eficiente com imagens como bitmaps simples e outros arquivos com muitos conjuntos de dados contíguos e repetidos.

Compressão de dicionário

Algoritmos de compressão baseados em dicionário, como Lempel-Ziv-Welch (LZW) e LZ77, operam examinando os dados em busca de sequências repetidas e armazenando essas sequências em uma estrutura de dicionário. Cada entrada no dicionário recebe um código curto, que substitui as ocorrências dessa sequência nos dados. Por exemplo, se um documento contiver múltiplas instâncias da frase "compressão sem perdas", após a primeira ocorrência, as aparições subsequentes poderão ser substituídas por um código de referência mais curto apontando para a entrada do dicionário. Este método é altamente eficaz em arquivos de texto e dados onde certos padrões e sequências se repetem com frequência.

Codificação Huffman

A codificação Huffman usa uma árvore binária classificada por frequência para atribuir códigos aos caracteres. Os caracteres que ocorrem com mais frequência recebem códigos mais curtos, enquanto os caracteres menos frequentes recebem códigos mais longos. Este método resulta em um sistema de código de prefixo onde nenhum código é prefixo de outro, permitindo uma descompressão bit a bit simples e eficiente. A codificação Huffman é frequentemente combinada com outros métodos de compressão, aumentando a eficácia geral ao otimizar a codificação de cada peça com base em sua frequência.

Compressão com perda

A compactação com perdas reduz o tamanho do arquivo eliminando permanentemente informações menos importantes, muitas vezes com base nos limites da percepção humana. Esse tipo de compactação é comumente usado para arquivos de mídia como imagens, áudio e vídeos. As principais técnicas para compactação com perdas incluem:

Codificação de transformação

A codificação de transformação é um método poderoso usado principalmente na compactação de imagens e vídeos, como o formato de imagem JPEG. Envolve a conversão dos dados originais de seu domínio espacial (o layout no qual os dados de pixel são apresentados visualmente) em um domínio de frequência (onde os dados são representados como uma faixa de frequências). A transformação destaca quais partes dos dados são menos importantes do ponto de vista perceptual para o olho humano. Esses detalhes menos importantes, muitas vezes mudanças sutis de cor ou brilho, podem então ser descartados para reduzir o tamanho do arquivo.

A transformação mais comum usada nesta técnica é a Transformada Discreta de Cosseno (DCT), que distingue efetivamente entre informações visuais significativas e insignificantes. Após a transformação, muitos componentes de frequência podem estar próximos de zero e podem ser quantizados ou omitidos no processo de compressão, reduzindo bastante os dados necessários.

Quantização

A quantização é um processo aplicado a dados audiovisuais para reduzir a precisão da representação de um sinal. Uma compactação significativa pode ser obtida modificando a gama de cores ou sons de uma imagem em um arquivo de áudio em menos bits. Esta forma de compressão baseia-se no princípio de que certas sutilezas em tons ou sons são imperceptíveis aos humanos. Portanto, a sua representação precisa não é necessária para uma reprodução satisfatória.

Em dados visuais, a quantização pode reduzir a profundidade da cor de 16 milhões de cores (24 bits) para apenas 65,536 cores (16 bits) ou menos, diminuindo significativamente o tamanho do arquivo sem uma mudança drástica na qualidade visual percebida pelo espectador médio. No áudio, reduções semelhantes no tamanho dos dados podem ser alcançadas diminuindo a profundidade de bits usada para representar cada amostra.

Modelagem Psicoacústica

A modelagem psicoacústica é usada principalmente na compressão de dados de áudio, como no formato MP3. Essa técnica aproveita as características do sistema auditivo humano, principalmente sua incapacidade de ouvir sons baixos na presença de frequências semelhantes e mais altas (fenômeno conhecido como mascaramento auditivo). Os modelos psicoacústicos simulam o processo auditivo para determinar quais sons são audíveis e quais podem ser mascarados.

O modelo permite que o codificador descarte ou comprima fortemente frequências com menor probabilidade de serem percebidas pelo ouvido, dependendo do contexto auditivo (outros sons circundantes). Por exemplo, numa passagem orquestral alta, notas sutis tocadas por um único instrumento podem ser imperceptíveis e, portanto, podem ser omitidas no arquivo compactado. Essa omissão resulta em um arquivo muito menor, mas ainda proporciona uma experiência de áudio que parece quase inalterada para o ouvinte.

Vantagens e desvantagens da compactação de arquivos

A compactação de arquivos oferece benefícios significativos em termos de eficiência e redução de custos. No entanto, também apresenta desafios, especialmente no que diz respeito à qualidade e à utilização de recursos. A decisão de usar a compactação de arquivos normalmente depende do equilíbrio entre essas vantagens e as desvantagens potenciais no contexto das necessidades e recursos específicos do usuário.

Vantagens

Aqui estão os benefícios da compactação de arquivos:

Requisitos de armazenamento reduzidos. Um dos principais benefícios da compactação de arquivos é que ela reduz significativamente a quantidade de disco ou cloud armazenamento necessário. Esta redução é especialmente valiosa para grandes conjuntos de dados ou sistemas com capacidade de armazenamento limitada.
Transmissão mais rápida. Arquivos compactados requerem menos largura de banda e tempo de transmissão pelas redes, fundamental para reduzir o tempo de carregamento na internet, agilizar o download de arquivos e tornar o trabalho remoto mais eficiente.
Eficiência de custos. Ao reduzir a quantidade de dados que precisam ser armazenados ou transmitidos, a compactação ajuda a economizar custos associados a soluções de armazenamento de dados e ao uso de largura de banda.
melhor desempenho do sistema. Carregar e processar arquivos compactados é mais rápido do que lidar com arquivos grandes e descompactados, principalmente quando o algoritmo de descompactação é eficiente.
Archiving. A compactação é essencial para arquivar dados. Ele permite que mais arquivos sejam armazenados em backup sistemas ou formatos de arquivo e garante a longevidade dos dados com menos uso de recursos.

Desvantagens

Estas são as desvantagens da compactação de arquivos:

Sobrecarga de processamento. A compactação e descompactação de dados requer poder de processamento. Este requisito pode prejudicar sistemas com recursos computacionais limitados, onde os processos de compressão e descompressão podem levar a lentidão do sistema.
Perda de qualidade na compactação com perdas. Para formatos que utilizam compactação com perdas, como JPEG para imagens e MP3 para áudio, alguns dados originais são perdidos permanentemente, o que pode reduzir a qualidade do arquivo. Este rebaixamento de qualidade pode não ser aceitável para determinadas aplicações profissionais que exigem precisão e alta fidelidade.
Complexidade no manuseio de arquivos. Os arquivos compactados devem ser descompactados antes de serem usados, o que adiciona uma etapa extra ao acesso aos dados. Isso complica o gerenciamento e o acesso a arquivos, especialmente para usuários que não entendem de tecnologia.
Ineficácia para alguns tipos de dados. Alguns tipos de dados não são bem compactados, principalmente arquivos que já estão compactados. Tentar compactar esses arquivos pode resultar em um tamanho de arquivo igual ou até maior que o original.
As preocupações de segurança. Os arquivos compactados podem ocultar o conteúdo, dificultando a inspeção dos arquivos em busca de possíveis ameaças pelos sistemas de segurança. Essa falta de visibilidade é um risco à segurança se os arquivos compactados estiverem ocultos malwares.

Ferramentas de compactação de arquivos

As ferramentas de compactação de arquivos fornecem uma variedade de funcionalidades que podem atender a diversas necessidades, desde simples reduções de arquivos até arquivamento complexo e seguro para uso comercial. Quer você seja um usuário casual que precisa compactar um arquivo ocasional ou uma empresa que deseja gerenciar grandes quantidades de dados, provavelmente existe uma ferramenta que atenda a esse requisito.

Aqui está uma lista de ferramentas de compactação de arquivos, categorizadas por seu uso e recursos principais:

Ferramentas de compressão de uso geral

WinRAR. Conhecido por sua alta taxa de compactação e suporte para uma ampla variedade de formatos, incluindo seu formato proprietário RAR e ZIP.
7-Zip. Um programa gratuito e de código aberto ferramenta que oferece altas taxas de compactação usando seu próprio formato 7z, além de suporte para vários outros formatos, incluindo ZIP, TAR e GZIP.
WinZip. Uma das ferramentas de compactação mais antigas e confiáveis, oferecendo uma interface fácil de usar e suporte para vários formatos de compactação.
PeaZip. Um arquivador de arquivos de código aberto que suporta mais de 180 formatos de arquivo. É conhecido por seus recursos de segurança, incluindo forte criptografia opções.

Ferramentas de compressão especializadas

Bandizip. Oferece velocidades rápidas de compactação e descompactação e suporta compactação multi-core que pode acelerar o processo de compactação em computadores modernos.
B1 Free Archiver. Uma ferramenta simples e fácil de usar disponível em múltiplas plataformas, incluindo Windows, Mac, Linuxe Android.
O Unarchiver. Principalmente para usuários de Mac, esta ferramenta pode lidar com muitos tipos diferentes de arquivos compactados, tornando-a uma opção versátil para ambientes Mac.

Ferramentas de linha de comando

gzip. Uma ferramenta padrão para sistemas Unix e Linux usada principalmente para compactar arquivos únicos ou fluxos e normalmente usada em combinação com tar para compactar vários arquivos.
bzip2. Oferece melhores taxas de compactação que o gzip, mas é mais lento tanto na compactação quanto na descompactação. É amplamente utilizado em UNIXAmbientes / Linux.
xz. Baseado no algoritmo LZMA/LZMA2, é conhecido por fornecer altas taxas de compressão. Está se tornando mais comum em Distribuições Linux para compactar pacotes.

Ferramentas de compactação de nível empresarial

pkzip. Uma solução empresarial projetada para ambientes profissionais, que oferece recursos robustos de compactação, criptografia e gerenciamento de arquivos.
Powerarchiver. Fornece recursos avançados para usuários corporativos e avançados, incluindo criptografia forte, automação backupse suporte a unidade virtual.