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Compactando arquivos
Ao longo da história da computação, tem havido uma luta para obter o máximo de dados no menor espaço disponível, seja esse espaço de memória, dispositivos de armazenamento ou largura de banda de rede. Muitos dos serviços de dados que consideramos corriqueiros hoje, como reprodutores de música portáteis, televisão de alta definição ou Internet de banda larga, devem sua existência a compressão de dados técnicas.
A compressão de dados é o processo de remoção redundância de dados. Vamos considerar um exemplo imaginário. Digamos que tenhamos um arquivo de imagem totalmente preto com dimensões de 100 pixels por 100 pixels. Em termos de armazenamento de dados (assumindo 24 bits, ou 3 bytes por pixel), a imagem ocupará 30,000 bytes de armazenamento:
100 * 100 * 3 = 30,000
Uma imagem com uma única cor contém dados totalmente redundantes. Se fôssemos espertos, poderíamos codificar os dados de tal forma que simplesmente descreveríamos o fato de que temos um bloco
de 10,000 pixels pretos. Portanto, em vez de armazenar um bloco de dados contendo 30,000 zeros (o preto é geralmente representado em arquivos de imagem como zero), poderíamos compactar os dados no número 10,000, seguido por um zero para representar nossos dados. Esse esquema de compressão de dados é chamado codificação de comprimento de execução e é uma das técnicas de compressão mais rudimentares. As técnicas de hoje são muito mais avançadas e complexas, mas o objetivo básico permanece o mesmo - livrar-se de dados redundantes.
Os algoritmos de compressão (as técnicas matemáticas usadas para realizar a compressão) se enquadram em duas categorias gerais, sem perdas e com perdas. A compactação sem perdas preserva todos os dados contidos no original. Isso significa que quando um arquivo é restaurado de uma versão compactada, o arquivo restaurado é exatamente o mesmo que a versão original não compactada. A compactação com perdas, por outro lado, remove os dados conforme a compactação é realizada, para permitir que mais compactação seja aplicada. Quando um arquivo com perdas é restaurado, ele não corresponde à versão original; em vez disso, é uma boa aproximação. Exemplos de compactação com perdas são JPEG (para imagens) e MP3 (para música). Em nossa discussão, examinaremos exclusivamente a compactação sem perdas, uma vez que a maioria dos dados em computadores não tolera nenhuma perda de dados.