ضغط البيانات ZIP و JPEG و MP3 شرح مبسط وسهل

إزاي بيحصل ضغط البيانات فعليًا؟ وليه بنحتاج ZIP و RAR و MP3 و JPEG في كل حاجة بنعملها؟

يعني إيه أصلًا “ضغط بيانات”؟ ​

بص يا صاحبي… كل يوم وإنت بتستخدم الموبايل أو الكمبيوتر، فيه عمليات بتحصل في الخلفية وانت مش واخد بالك. من أهم العمليات دي هي ضغط البيانات.
سواء بتبعت صورة على واتساب، أو بترفع ملف لـ Google Drive، أو حتى بتصور فيديو… كل ده بيعدّي على مرحلة ضغط علشان المساحة تقل والتحميل يبقى أسرع.

الصيغ المشهورة زي ZIP - RAR - JPEG - MP3
مش أكتر من شوية رياضيات معمولين بذكاء يخلو البيانات أخف من غير ما تضيع جودتها بشكل كبير.

خلّينا نشرح الموضوع بطريقة بسيطة… وبأمثلة من الحياة.

---

الضغط = ترتيب شنطة السفر بطريقة ذكية ​

تخيل إنك مسافر ومحتاج تلم هدوم كتير في شنطة صغيرة.
هتعمل إيه؟
هتطوي، ترتّب، تشيل الزيادة… وتضغط الحاجة على قد ما تقدر.

الخوارزميات بتاعة الضغط بتعمل نفس الفكرة:

• تشوف إيه اللي متكرر.
• تشيل الحاجات اللي مالهاش لازمة.
• وتعيد تمثيل البيانات بشكل أصغر.

وراء العملية دي في الحقيقة رياضيات واحتمالات وتحليل أنماط… بس متقلقش، هنبسّطها على الآخر.

---

ضغط بدون فقدان (Lossless) - اللي بيحصل جوه ZIP ​

لما تضغط ملف ZIP، الخوارزمية بتشتغل بمنطق بسيط جدًا:
“لو في معلومة متكررة… بلاش نكتبها كل مرة.”

يعني مثلاً لو عندك النص ده:
BONJOURBONJOURBONJOUR

بدل ما تكتبه 3 مرات، الخوارزمية تقول:
BONJOUR × 3
وده اللي بتعمله خوارزمية LZ77.
النتيجة؟

• النص الأصلي = 21 حرف
• بعد الضغط = 8 حروف بس
  والفرق ده ضخم!

---

مثال برمجي بسيط يشرح فكرة كشف التكرار ​

ده مثال Python يبيّن الفكرة بشكل بسيط جدًا:

def simple_compress(text):
    result = []
    i = 0
    while i < len(text):
        count = 1
        while i + 1 < len(text) and text[i] == text[i+1]:
            count += 1
            i += 1
        result.append(f"{text[i]}{count}")
        i += 1
    return "".join(result)

print(simple_compress("AAAAABBBCCDAA"))

النتيجة: A5B3C2D1A2
طبعًا الضغط الحقيقي أعقد من كده بكتير… بس المثال بيوضح الفكرة بمنتهى السهولة.

---

ضغط الصور JPEG - تحويل البكسلات لترددات ​

الصورة عبارة عن ملايين البكسلات.
طيب… إزاي نقلل حجمها من غير ما الجودة تقع؟

هنا يجيلك دور التحويل الرياضي الأسطوري:
DCT - Discrete Cosine Transform
ببساطة… تخيّل إن الصورة زي الأغنية، فيها:

• Bass
• Mid
• Treble

التحويل ده بياخد كل جزء صغير من الصورة ويفصله لترددات:

• الترددات الضعيفة → تفاصيل صغيرة مش بتبان للعين.
• الترددات القوية → التفاصيل اللي عينك بتشوفها بوضوح.

JPEG يعمل حركة ذكية:
يمسح الترددات الضعيفة لأنها مش مهمة للعين.
مثال توضيحي:
قبل التحويل: [150, 155, 160, 152, 148, 140, 135, 130]
بعد DCT: [120 (مهم), 8, -3, 1, 0, 0, 0, 0]

الخوارزمية تقول:
"الصفر والـ 1 والـ -3… مش هيفرقوا!"

النتيجة؟
الصورة بتخس أكتر من النص!

---

مثال كود بايثون بسيط لتطبيق DCT على جزء من الصورة ​

import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("test.jpg", 0)
block = img[0:8, 0:8]

dct_block = cv2.dct(np.float32(block))
print(dct_block)

ده مجرد مثال صغير يوضح لك تحويل جزء من الصورة، والعمليات الحقيقية بتكون أكبر بكتير.

---

ضغط الصوت MP3 - حذف اللي ودنك مش هتسمعه ​

الفكرة العبقرية في MP3 مش رياضيات بس…
دي خليط بين:

• علم السمع (Psychoacoustics)
• منطق
• رياضيات

مبدأ مهم جدًا:
لو في صوت ضعيف جدًا… ودنك مش هتسمعه → نحذفه.
لو في صوت قوي مغطّي صوت تاني → نمسح الضعيف.
كده الملف يبقى صغير جدًا بدون تأثير واضح على الجودة.

---

أمثلة حقيقية قبل / بعد الضغط ​

صورة موبايل عادية:​

• الحجم الأصلي: 12MB
• بعد JPEG: 2.1MB
  انخفاض 82%

ملف صوت WAV:​

• الحجم الأصلي: 50MB
• بعد MP3: 5MB
  انخفاض 90%

كل ده بسبب شوية رياضيات شغالة في الخلفية… وإحنا مش حاسين.

---

طب وإحنا كمبرمجين… نستفيد إزاي؟ ​

معرفة أساسيات الضغط بتفيدك في:

• تصميم أنظمة رفع ملفات
• تحسين أداء مواقع الويب
• فهم معالجة الصور والصوت
• بناء تطبيقات أسرع بأقل استهلاك للبيانات
• تحليل البيانات وتقليل حجمها

وخصوصًا في مجال الأمن السيبراني:

• الأنظمة بتستخدم ضغط علشان تخفي البيانات بطريقة معينة (جزء من بعض أنواع Steganography).

---

مثال برمجي: ضغط بسيط باستخدام zlib في بايثون ​

import zlib

text = b"HelloHelloHelloHelloHello"

compressed = zlib.compress(text)
decompressed = zlib.decompress(compressed)

print("Original:", len(text))
print("Compressed:", len(compressed))
print("Decompressed:", decompressed)

النتيجة هتوريك قد إيه الحجم قل بدون فقدان البيانات.

---

خلاصة الكلام ​

فكرة الضغط كلها ببساطة:
80% رياضيات
20% حيل ذكية

كل مرة:

• تضغط ملف ZIP
• تبعت صورة
• تسمع MP3
• ترفع فيديو
• تفتح تطبيق بيحمل بيانات بسرعة

اعرف إن فيه خوارزميات عبقرية شغالة ورا الكواليس.

وفي المرة الجاية لما تضغط ملف… قول لنفسك:
“أنا لسه مستخدم تقنية رياضية قوية من غير ما أخد بالي.”
وده هو جمال علوم الحاسب