Nén Dữ Liệu Là Gì Và Nó Hoạt Động Như Thế Nào

Từ tin nhắn văn bản chúng ta gửi đến video độ nét cao chúng ta phát trực tuyến, dữ liệu được tạo ra và truyền đi với tốc độ chưa từng có. Tuy nhiên, sự bùng nổ dữ liệu này đi kèm với những thách thức đối với doanh nghiệp, đặc biệt là về mặt lưu trữ và truyền tải. Một giải pháp khả thi là nén dữ liệu.

Nhưng nén dữ liệu là gì và nó hoạt động như thế nào? Sau đây là các kỹ thuật, thuật toán và ứng dụng nén dữ liệu thực tế có thể giảm chi phí phần cứng và tăng tốc độ truyền tệp cho doanh nghiệp của bạn.

Hiểu về tỷ số nén

Trước khi đi sâu vào các khía cạnh kỹ thuật của nén dữ liệu, trước tiên cần hiểu khái niệm tỷ lệ nén. Tỷ lệ nén đo lường mức độ một tệp hoặc tập dữ liệu được giảm kích thước thông qua nén, thường được biểu thị dưới dạng tỷ lệ hoặc phần trăm. Ví dụ, nếu một tệp ban đầu là 1.000 kilobyte (KB) và sau khi nén trở thành 500KB, tỷ lệ nén là 50%.

Thuật toán và Tiêu chuẩn

Nén dữ liệu liên quan đến nhiều thuật toán và tiêu chuẩn khác nhau để xác định cách dữ liệu được nén. Các thuật toán khác nhau này chỉ định các phương pháp và quy tắc để giảm kích thước tệp hoặc luồng dữ liệu. Hãy cùng khám phá một số thuật toán và tiêu chuẩn nén dữ liệu phổ biến:

1. Mã hóa Huffman

Mã hóa Huffman là một thuật toán nén dữ liệu phổ biến và hiệu quả. Đây là một thuật toán mã hóa tiền tố có độ dài thay đổi, gán các mã ngắn hơn cho các ký hiệu dữ liệu thường xuyên hơn và các mã dài hơn cho các ký hiệu ít thường xuyên hơn. Điều này dẫn đến giảm kích thước tệp, đặc biệt là đối với dữ liệu có tần suất ký hiệu không đồng đều .

2. Mã hóa độ dài chạy

Mã hóa độ dài chạy (RLE) là một dạng nén dữ liệu đơn giản, đặc biệt hiệu quả đối với dữ liệu có chuỗi dài cùng giá trị. Nó thay thế các chuỗi này bằng một giá trị và số lượng duy nhất, giảm sự dư thừa và thu nhỏ kích thước tệp.

3. Lempel-Ziv-Welch (LZW)

Thuật toán Lempel-Ziv-Welch (LZW) nổi tiếng vì được sử dụng trong định dạng ảnh GIF. Đây là phương pháp nén dựa trên từ điển, thay thế các chuỗi dữ liệu bằng các tham chiếu đến từ điển. Điều này cho phép nén hiệu quả các mẫu lặp lại trong dữ liệu.

4. Mã hóa từ điển

Mã hóa từ điển là một phạm trù rộng hơn về phương pháp nén dữ liệu dựa trên các từ điển được xác định trước để nén và giải nén dữ liệu. Các từ điển này chứa các mẫu dữ liệu chung và dữ liệu được thay thế bằng các tham chiếu đến các mục từ điển, dẫn đến kích thước tệp nhỏ hơn.

5. Mã hóa nhận thức

Mã hóa nhận thức chủ yếu được sử dụng trong nén âm thanh và video. Nó được thiết kế để loại bỏ dữ liệu mà mắt người có thể không dễ dàng nhận biết. Bằng cách loại bỏ thông tin thừa hoặc ít đáng chú ý, mã hóa nhận thức đạt được mức nén đáng kể về kích thước tổng thể trong khi vẫn duy trì chất lượng chấp nhận được.

Mất dữ liệu so với không mất dữ liệu

Kỹ thuật nén dữ liệu có thể được phân loại thành hai loại: có mất dữ liệu và không mất dữ liệu. Khi trả lời nén dữ liệu là gì, biết loại nào phù hợp nhất với trường hợp sử dụng của bạn là một nơi tốt để bắt đầu.

•  Nén dữ liệu mất mát

Các phương pháp nén dữ liệu có mất mát hy sinh một số dữ liệu để đạt được tỷ lệ nén cao hơn. Kiểu nén này thường được sử dụng trong các định dạng đa phương tiện như JPEG cho hình ảnh và MP3 cho âm thanh. Mặc dù nén dữ liệu có mất mát dẫn đến giảm đáng kể kích thước tệp, nhưng cũng có một số mất mát về chất lượng. Nó phù hợp với các tình huống mà mất mát có thể chấp nhận được, chẳng hạn như phương tiện truyền phát trực tuyến.

•  Nén dữ liệu không mất dữ liệu

Thuật toán nén không mất dữ liệu, đúng như tên gọi, giữ lại toàn bộ dữ liệu gốc. Chúng thường được sử dụng trong những tình huống mà tính toàn vẹn của dữ liệu là rất quan trọng, chẳng hạn như tài liệu văn bản và tệp chương trình. Nén dữ liệu không mất dữ liệu đảm bảo rằng dữ liệu gốc có thể được tái tạo hoàn toàn từ phiên bản nén mà không bị mất thông tin.

Ví dụ và cách sử dụng nén dữ liệu

Sao lưu dữ liệu là nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo dự phòng dữ liệu và phục hồi trong trường hợp hệ thống bị lỗi, dữ liệu bị hỏng hoặc thảm họa. Tuy nhiên, sao lưu khối lượng dữ liệu lớn có thể tốn nhiều thời gian và tài nguyên.

Các chuyên gia CNTT sử dụng các công cụ nén tệp để nén dữ liệu trước khi lưu trữ trong kho lưu trữ sao lưu. Ví dụ, một công ty có thể có quy trình sao lưu hàng ngày bao gồm sao chép các cơ sở dữ liệu lớn, nhật ký hệ thống và tệp cấu hình vào máy chủ sao lưu. Các loại tệp dữ liệu này có thể chiếm một lượng không gian lưu trữ đáng kể.

Sau đây là một số ví dụ về nén dữ liệu và lý do tại sao nó được sử dụng trong nhiều tình huống kinh doanh khác nhau:

1. Nén tập tin

Nén tệp là cách sử dụng quen thuộc nhất của nén dữ liệu. Nó được sử dụng để giảm kích thước tệp, giúp chúng dễ quản lý hơn khi lưu trữ và truyền nhanh hơn. Các định dạng nén tệp phổ biến bao gồm ZIP, RAR và 7z.

Hãy tưởng tượng bạn có một bài thuyết trình PowerPoint, với nhiều hình ảnh độ phân giải cao, video nhúng và biểu đồ chi tiết. Tệp này khá lớn và bạn cần chia sẻ nó với đồng nghiệp qua email.

Tệp lớn này ở trạng thái ban đầu có thể gây rắc rối khi gửi. Có thể mất nhiều thời gian để tải lên, chiếm dung lượng lưu trữ email của bạn và gây khó khăn cho đồng nghiệp của bạn khi tải xuống. Tuy nhiên, với định dạng nén tệp phổ biến như ZIP, bạn có thể dễ dàng giải quyết những vấn đề này.

2. Nén video

Tệp video thường có kích thước lớn hơn do dữ liệu khổng lồ cần thiết cho mỗi khung hình. Nén video là điều cần thiết cho phát trực tuyến, hội nghị truyền hình và lưu trữ nội dung video. Các tiêu chuẩn nén video nổi bật bao gồm H.264 (AVC) và H.265 (HEVC).

Hãy xem xét một doanh nghiệp có hệ thống an ninh truyền hình mạch kín (CCTV) toàn diện. Hệ thống này được trang bị nhiều camera IP độ nét cao được bố trí chiến lược khắp cơ sở để giám sát và ghi lại các hoạt động 24/7. Những camera này liên tục thu thập một lượng lớn dữ liệu video.

Nếu không nén dữ liệu, việc lưu trữ và quản lý khối lượng lớn cảnh quay video này có thể nhanh chóng trở nên quá tải và tốn kém. Giải pháp nằm ở việc sử dụng các kỹ thuật nén dữ liệu được phát triển cho các ứng dụng video bảo mật.

Seagate Surveillance Storage Calculator là một công cụ hữu ích để xác định yêu cầu lưu trữ cho hệ thống giám sát video sử dụng công nghệ nén video.

3. Nén hình ảnh

Nén hình ảnh trong nhiếp ảnh và thiết kế đồ họa cho phép tải hình ảnh kỹ thuật số nhanh hơn và lưu trữ ảnh hiệu quả. JPEG là định dạng nén hình ảnh được sử dụng rộng rãi, cân bằng chất lượng hình ảnh và kích thước gốc.

Trang web của doanh nghiệp thương mại điện tử là cách chính để giới thiệu sản phẩm đến người mua. Do bản chất trực quan của ngành thương mại điện tử, trang web có hình ảnh độ phân giải cao. Nhưng kích thước tệp hình ảnh lớn có thể ảnh hưởng xấu đến trải nghiệm của người dùng, hiệu suất trang web và chi phí hoạt động.

Để giải quyết thách thức này, doanh nghiệp thương mại điện tử sử dụng nén hình ảnh—cụ thể là các định dạng được áp dụng rộng rãi như JPEG—để tối ưu hóa hiệu suất của trang web. Điều này cho phép công ty hiển thị hình ảnh sản phẩm chất lượng cao trong khi tối ưu hóa hiệu suất trang web, giảm chi phí vận hành và nâng cao trải nghiệm của người dùng.

4. Nén âm thanh

Nén âm thanh là xương sống của nhạc số. Các định dạng như MP3, AAC và OGG sử dụng nén mất dữ liệu để làm cho các tệp âm thanh nhỏ gọn hơn trong khi vẫn duy trì chất lượng âm thanh chấp nhận được. Các định dạng nén âm thanh không mất dữ liệu như FLAC được những người đam mê âm thanh yêu cầu chất lượng không bị ảnh hưởng ưa chuộng.

Một dịch vụ phát nhạc trực tuyến cung cấp phát trực tuyến âm thanh chất lượng cao cung cấp cho người dùng một thư viện bài hát phong phú để thưởng thức trên nhiều thiết bị khác nhau. Để đạt được điều này, dịch vụ sử dụng các kỹ thuật nén âm thanh (chủ yếu là mất dữ liệu) để mang lại trải nghiệm liền mạch cho người dùng.

5. Hệ thống máy tính

Nén dữ liệu là điều cần thiết cho hoạt động của hệ thống máy tính. Hệ điều hành thường sử dụng các tệp nén để giảm dung lượng lưu trữ và cải thiện hiệu suất hệ thống. Điều này đảm bảo máy tính của bạn có thể tiếp tục chạy trơn tru ngay cả khi bộ nhớ đầy.

Hệ thống máy tính hiện đại và hệ điều hành của chúng thường xuyên nhận được các bản cập nhật để cải thiện hiệu suất, bảo mật và các tính năng. Các bản cập nhật này có thể bao gồm các tệp lớn, chẳng hạn như bản vá phần mềm, tệp hệ thống và bản cập nhật ứng dụng. Nếu không nén dữ liệu, việc quản lý hiệu quả các bản cập nhật này có thể trở thành một nhiệm vụ đầy thách thức đối với người dùng và quản trị viên hệ thống.

6. Viễn thông

Trong viễn thông, nén dữ liệu làm giảm băng thông cần thiết để truyền dữ liệu. Nó cho phép kết nối internet nhanh hơn, truyền dữ liệu hiệu quả qua mạng và hội nghị truyền hình mượt mà.

Trong hội nghị truyền hình, khả năng truyền dữ liệu âm thanh và video chất lượng cao qua mạng một cách hiệu quả là rất quan trọng. Nếu không nén dữ liệu, yêu cầu về băng thông cho giao tiếp thời gian thực này sẽ rất lớn và dẫn đến chất lượng cuộc gọi kém, độ trễ và kết nối bị mất.

Những điều cần cân nhắc

Để đạt hiệu quả tối đa, hãy tuân theo các biện pháp thực hành tốt nhất cho loại dữ liệu bạn đang xử lý khi triển khai nén dữ liệu trong các hệ thống hoặc ứng dụng CNTT. Việc xem xét phân tích dữ liệu của bạn cũng có thể giúp doanh nghiệp của bạn tận dụng được nhiều giá trị hơn từ dữ liệu của mình.

Thực hành tốt nhất cho nén dữ liệu

Giảm kích thước tệp chỉ là một khía cạnh của việc nén dữ liệu hiệu quả. Việc nén cũng phải bảo toàn hiệu suất và tính toàn vẹn của dữ liệu, đồng thời đảm bảo dữ liệu vẫn khả dụng khi cần.

Sau đây là một số biện pháp tốt nhất để đảm bảo nén dữ liệu an toàn và hiệu quả:

1. Xác định mức độ nén

Đánh giá mức độ nén cần thiết trước khi áp dụng nén. Với một số định dạng tệp, bạn sẽ hướng đến mức nén tối đa; đối với những định dạng khác, bạn có thể ưu tiên bảo toàn tính toàn vẹn của dữ liệu. Tìm được sự cân bằng phù hợp là chìa khóa để có được kết quả tốt nhất đáp ứng nhu cầu kinh doanh của bạn.

​​Hãy xem xét một doanh nghiệp xử lý các tài liệu văn bản, bao gồm hợp đồng pháp lý và báo cáo tài chính. Đối với các tài liệu này, tính toàn vẹn của dữ liệu là tối quan trọng. Sử dụng mức nén thấp hơn hoặc thậm chí là nén không mất dữ liệu đảm bảo không có thông tin nào bị mất trong quá trình nén.

Mặt khác, nếu doanh nghiệp lưu trữ các email cũ hoặc tài liệu ít quan trọng hơn, có thể áp dụng mức nén cao hơn để tiết kiệm dung lượng lưu trữ mà không làm mất dữ liệu đáng kể.

2. Kiểu nén

Chọn phương pháp nén phù hợp dựa trên loại dữ liệu. Nén không mất dữ liệu là chuẩn mực cho các tệp văn bản và chương trình, trong khi các tệp đa phương tiện và video thường sử dụng nén có mất dữ liệu.

Ví dụ, một công ty sản xuất phương tiện lưu trữ một thư viện lớn các tệp video độ nét cao. Để phân phối và phát trực tuyến, công ty sử dụng các kỹ thuật nén mất dữ liệu để giảm kích thước tệp trong khi vẫn duy trì mức chất lượng video chấp nhận được. Nhưng công ty sử dụng nén không mất dữ liệu cho tài liệu dự án của mình, đảm bảo không mất dữ liệu trong quá trình lưu trữ.

3. Xem xét việc loại bỏ trùng lặp

Loại bỏ dữ liệu trùng lặp là một kỹ thuật xác định và loại bỏ dữ liệu trùng lặp trong một tập dữ liệu để giảm kích thước dữ liệu. Điều này làm giảm nhu cầu về các thiết bị lưu trữ bổ sung.

Có thể áp dụng khử trùng lặp trước hoặc sau khi nén, tùy thuộc vào chiến lược quản lý dữ liệu cụ thể. Nó hữu ích nhất trong các giải pháp lưu trữ doanh nghiệp nơi dữ liệu dư thừa là phổ biến.

4. Giám sát hiệu quả nén

Việc theo dõi thường xuyên hiệu suất của quy trình nén dữ liệu là điều cần thiết để đảm bảo chúng đạt được kết quả mong muốn mà không làm giảm chất lượng dữ liệu. Điều này có thể bao gồm đánh giá định kỳ về tỷ lệ nén, kích thước tệp và tốc độ giải nén.

Ví dụ, nhà cung cấp lưu trữ đám mây liên tục theo dõi hiệu quả của các thuật toán nén. Nếu công ty nhận thấy một loại dữ liệu cụ thể không nén tốt, họ có thể tinh chỉnh cài đặt nén hoặc khám phá các thuật toán thay thế để tối ưu hóa quy trình. Đánh giá liên tục này đảm bảo việc nén dữ liệu vẫn hiệu quả và hiệu suất.

5. Tối ưu hóa cho nhiệm vụ

Các tác vụ hoặc dự án khác nhau có thể yêu cầu các phương pháp nén khác nhau, tùy thuộc vào kích thước và loại dữ liệu . Việc tùy chỉnh chiến lược nén của bạn theo nhu cầu cụ thể của dự án là điều cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

6. Sao lưu dữ liệu gốc

Luôn sao lưu dữ liệu gốc, chưa nén. Điều này đảm bảo bạn có bản sao nguyên vẹn để dự phòng trong trường hợp mất dữ liệu hoặc hỏng dữ liệu trong quá trình nén hoặc giải nén. Sao lưu thường xuyên dữ liệu gốc là mạng lưới an toàn quan trọng.

Ví dụ, một công ty kiến ​​trúc làm việc với các tệp CAD lớn chứa các thiết kế kiến ​​trúc phức tạp. Họ triển khai nén không mất dữ liệu để tiết kiệm dung lượng lưu trữ. Tuy nhiên, họ duy trì các quy trình sao lưu nghiêm ngặt cho các tệp CAD gốc, chưa nén để ngăn ngừa bất kỳ khả năng mất dữ liệu nào do các sự cố không lường trước trong quá trình nén.

Bằng cách tuân theo các biện pháp thực hành tốt nhất này, các doanh nghiệp có thể tận dụng sức mạnh của nén dữ liệu một cách hiệu quả, đảm bảo hiệu quả dữ liệu, tiết kiệm chi phí và tính toàn vẹn của dữ liệu. Nén dữ liệu là một tài sản chiến lược trong quản lý dữ liệu, nâng cao cả hiệu suất và thực hành lưu trữ dữ liệu.

Khám phá các giải pháp sao lưu và phục hồi dữ liệu của Seagate

Nén dữ liệu là một khái niệm cơ bản trong CNTT và quản lý dữ liệu. Nó giúp lưu trữ và truyền dữ liệu hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho doanh nghiệp của bạn. Các nhóm CNTT và doanh nghiệp có thể khai thác sức mạnh của nén dữ liệu bằng cách hiểu các kỹ thuật nén khác nhau, thời điểm sử dụng chúng và các biện pháp thực hành tốt nhất để triển khai.

---