压缩文件的原理

很久以前就好奇压缩文件是怎么实现的。在网上搜索了下发现压缩的原理还是很容易理解的,将搜索的结果整理如下:

简单的说,就是经过压缩软件压缩的文件叫压缩文件,压缩的原理是把文件的二进制代码压缩,把相邻的0,1代码减少,比如有000000,可以把它变成6个0 的写法60,来减少该文件的空间。

  • 基本原理
压缩文件的基本原理是查找文件内的重复字节,并建立一个相同字节的"词典"文件,并用一个代码表示,比如在文件里有几处有一个相同的词"中华人民共和国"用一个代码表示并写入"词典"文件,这样就可以达到缩小文件的目的。
把文件的二进制代码压缩,把相邻的0,1代码减少,比如有000000,可以把它变成6个0 的写法60,来减少该文件的空间
由于计算机处理的信息是以二进制数的形式表示的,因此压缩软件就是把二进制信息中相同的字符串以特殊字符标记来达到压缩的目的。

  • 压缩可以分为有损和无损压缩两种
  1. 如果丢失个别的数据不会造成太大的影响,这时忽略它们是个好主意,这就是有损压缩。有损压缩广泛应用于动画、声音和图像文件中,典型的代表就是影碟文件格式mpeg、音乐文件格式mp3和图像文件格式jpg。对于有损压缩,在文件压缩后您无法将其复原成原始文件的样子。您必须接受压缩程序对原始文件的重新解释。因此,如果需要完全重现原来的内容(例如软件应用程序、数据库和总统就职演说),则不应该使用这种压缩形式。
  2. 无损压缩格式,比如常见的zip、rar等。压缩软件(compression software)自然就是利用压缩原理压缩数据的工具,压缩后所生成的文件称为压缩包(archive),体积只有原来的几分之一甚至更小。当然,压缩包已经是另一种文件格式了,如果想使用其中的数据,首先得用压缩软件把数据还原,这个过程称作解压缩。

  • 有两种形式的重复存在于计算机数据中,zip就是对这两种重复进行了压缩
  1. 一种是短语形式的重复,即三个字节以上的重复,对于这种重复,zip用两个数字:1.重复位置距当前压缩位置的距离;2.重复的长度,来表示这个重复,假设这两个数字各占一个字节,于是数据便得到了压缩,这很容易理解。一个字节有 0 - 255 共 256 种可能的取值,三个字节有 256 * 256 * 256 共一千六百多万种可能的情况,更长的短语取值的可能情况以指数方式增长,出现重复的概率似乎极低,实则不然,各种类型的数据都有出现重复的倾向,一篇论文中,为数不多的术语倾向于重复出现;一篇小说,人名和地名会重复出现;一张上下渐变的背景图片,水平方向上的像素会重复出现;程序的源文件中,语法关键字会重复出现(我们写程序时,多少次前后copy、paste?),以几十 K 为单位的非压缩格式的数据中,倾向于大量出现短语式的重复。经过上面提到的方式进行压缩后,短语式重复的倾向被完全破坏,所以在压缩的结果上进行第二次短语式压缩一般是没有效果的。
  2. 第二种重复为单字节的重复,一个字节只有256种可能的取值,所以这种重复是必然的。其中,某些字节出现次数可能较多,另一些则较少,在统计上有分布不均匀的倾向,这是容易理解的,比如一个 ASCII 文本文件中,某些符号可能很少用到,而字母和数字则使用较多,各字母的使用频率也是不一样的,据说字母 e 的使用概率最高;许多图片呈现深色调或浅色调,深色(或浅色)的像素使用较多(这里顺便提一下:png 图片格式是一种无损压缩,其核心算法就是 zip 算法,它和 zip 格式的文件的主要区别在于:作为一种图片格式,它在文件头处存放了图片的大小、使用的颜色数等信息);上面提到的短语式压缩的结果也有这种倾向:重复倾向于出现在离当前压缩位置较近的地方,重复长度倾向于比较短(20字节以内)。这样,就有了压缩的可能:给 256 种字节取值重新编码,使出现较多的字节使用较短的编码,出现较少的字节使用较长的编码,这样一来,变短的字节相对于变长的字节更多,文件的总长度就会减少,并且,字节使用比例越不均匀,压缩比例就越大。

  • 压缩率
如果文件有大量重复模式,那么压缩率通常会随着文件大小的增加而增加

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转载自blog.csdn.net/u012567068/article/details/73611526
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