Компрессия данных
Компрессия (сжатие) данных применяется для сокращения времени их передачи по сети. Так как на компрессию и декомпрессию тратится дополнительное время, то выгоды от сокращения времени на передачу ощутимы только на низкоскоростных каналах связи (где скорости не более 64 Кбит/с).
Сжатие (компрессия) данных при их передаче по низкоскоростным каналам позволяет значительно увеличить пропускную способность линий при относительно небольших затратах на приобретение специального оборудования и ПО. При этом "прозрачная" работа удаленного пользователя в сети корпорации может быть обеспечена даже при передаче данных по обычным аналоговым телефонным линиям.
Помимо несомненного выигрыша в скорости передачи больших объемов данных на большие расстояния, компрессия также является дополнительной мерой обеспечения защиты конфиденциальной информации при попытке ее несанкционированного перехвата во время передачи по каналам WAN.
Разнообразные продукты для сжатия данных можно подразделить на два больших класса: программное обеспечение и аппаратные средства.
Объем продаж программных продуктов сжатия данных до последнего времени значительно отставал от объема продаж аппаратных средств, однако, по мере широкого распространения таких популярных программ, как, например, DoubleSpace, Stacker, а также утилит серии PkZip, Arc, Arj и др., на этом сегменте рынка начался настоящий бум. В связи с этим аналитики предсказывают существенный рост объемов продаж программных средств сжатия данных.
В то же время, программные продукты сжатия данных используются в основном для экономии места на магнитных носителях и не пригодны для работы в сети в режиме on-line. Такое программное обеспечение используется в режиме off-line - по кабельным линиям передаются уже предварительно сжатые данные.
Аппаратные устройства сжатия данных обычно обеспечивают менее высокую степень компрессии, и их стоимость зачастую значительно выше стоимости программных продуктов. Кроме того, существенным недостатком большинства аппаратных устройств является их ориентация на работу только с каким-либо одним видом приложений или типом данных. Однако, на сегодняшний день только устройства аппаратного сжатия данных могут обеспечить работу в приложениях реального времени, когда компрессия и передача данных по сети происходит практически одновременно. Широкое применение аппаратные средства компрессии находят также в области передачи видео- и аудиосигналов (например, различные виды плат обработки видеоизображения).
Исходя из способности сохранять целостность данных, все виды алгоритмов сжатия можно подразделить на те, которые обеспечивают компрессию без потери информации, и те, в результате применения которых часть исходной информации теряется.
Методы сжатия данных с потерей части информации обладают наивысшей степенью сжатия данных и высокой скоростью компрессии. Они находят применение в тех областях, где потеря незначительной части информации не является критичной - например, при передаче видеоизображения или звука. Примерами таких алгоритмов являются JPEG и MPEG, обеспечивающие коэффициенты сжатия до 20:1.
Для сжатия аудиосигнала, например, компания Gandalf разработала высокоэффективный алгоритм CELP (Codebook Excited Linear Prediction), являющийся комбинацией волновых (waveform) методов и методов кодирования источника (source coding). Суть волновых методов состоит в цифровом кодировании амплитуды аналогового сигнала, а кодирование источника заключается в использовании двух типов генераторов звуковых сигналов и меняющегося во времени фильтра. Звуковой сигнал разбивается на блоки, для каждого из которых определяется набор параметров: установки фильтра, амплитуда и т.д. Являясь достаточно эффективным с точки зрения степени сжатия, кодирование источника в то же время обеспечивает худшее качество сигнала по сравнению с волновыми методами. Алгоритм CLEP, объединяя возможности обоих методов, позволяет достичь высокой производительности при сохранении хорошего качества сигнала. В технологии CLEP применяется также таблица образцов звуковых сигналов (codebook), записанных в цифровом виде, которые сравниваются с входящим звуковым сигналом. Наиболее подходящий образец сигнала затем и пересылается на удаленный узел сети.
Для доступа в режиме on-line потеря или изменение в процессе сжатия даже одного бита информации приводит к "фатальным" последствиям: невозможности прочесть файл, зависанию или некорректной работе программного обеспечения и т.д. В связи с этим в большинстве приложений, в том числе и в компьютерных сетях, используются методы компрессии без потери информации, краткий обзор которых мы и дадим ниже.