什麼是 Delta 編碼？

從社群媒體互動到科學模擬，資料幾乎是生活各方面的基礎。隨著數位資料不斷成長，有效管理、儲存和傳輸資訊已成為企業和個人的重要優先事項。delta 編碼是解決這些挑戰的關鍵技巧之一。

Delta 編碼是資料管理的一種系統性方法，著重於連續資料之間的變更或差異，而非整個資料本身。這種方法能更有效率地使用儲存資源，並加速透過網路進行資料傳輸。

在本文章中，我們將探討 delta 編碼的概念、其運作方式、應用方式，以及它帶來的優勢與限制。

什麼是 Delta 編碼？

Delta 編碼也稱為 delta 壓縮或資料差異，是一種儲存或傳輸資料的技術。它不直接儲存整個資料集，而是計算並儲存連續資料點之間的差異。這個名稱本身反映了這個原則，因為希臘字母 delta（Δ）代表了改變。這項技術的主要目的是透過擷取並僅代表連續資料點之間的差異（或差異），來優化儲存空間並減少頻寬使用量。

為了說明這個概念，讓我們考慮一個簡單的數字順序：【10、15、20、25】。假設系統是儲存序列，而不是儲存每個資料點，delta 編碼會擷取並代表每個數字與其前代版本之間的變更：

• 15 和 10 的差值是 +5。

• 20 和 15 之間的差異為 +5。

• 25 和 20 之間的差異為 +5。

因此，我們使用 delta 編碼來儲存或傳輸【10， +5， +5， +5】。此表示式可有效傳達序列中的增量變化，而非多餘地傳輸整個數字序列。

Delta 編碼如何運作？

Delta 編碼遵循一個簡單、三步驟的流程，以擷取並代表連續資料點之間的差異：

1. 識別連續的資料點
   
   delta 編碼的第一步是識別需要編碼的資料點序列。這些資料點可以代表任何數字，從資料集中的數值到影片中的影像或畫面中的像素。

2. 計算變動值 找出資料點後，變動編碼會計算每對連續資料點之間的差異（變動）。delta值的數學計算為：
   
   Delta 值 = 目前資料點 - 上一個資料點
   
   例如，如果目前的資料點是 25，而前一個資料點是 20，則 delta 值是 +5。也就是說，25 - 20 = 5。

3. 儲存或傳輸 Delta 值

計算整個資料點序列的變動值後，會儲存或傳輸所產生的變動值，而非原始資料點。這是因為接收者已根據傳輸順序設定了前一個資料點 （20）。將 delta 值（5）加到上一個資料點後，接收者即可輕鬆重建原始資料點（25 + 20 = 25）。這種方法可大幅減少需要儲存或傳輸的資料量，尤其是在資料點之間的變動相對較小或增加的情況下。

Delta 編碼的應用

Delta 編碼功能能夠縮減資料大小並提高傳輸效率，因此是跨產業資料儲存和傳輸的寶貴技術。以下是一些重要的應用程式：

• 影片串流：影片片段是 Delta 編碼的完美人選。當影片的多個畫面很短，背景幾乎沒有變化時，delta 編碼只會將影片中新的變化像素納入考量，這些像素會被傳輸，然後加入前一個畫面以製作完整畫面。這種有針對性的方法可大幅減少串流所需的頻寬，從而實現更流暢的播放和網路資源的高效使用。
• 版本控制系統：軟體開發主要仰賴 Git 等版本控制系統。這些系統會追蹤檔案隨時間的變化。Delta 編碼在此扮演了關鍵的角色。與其儲存檔案的整個新版本，只要稍做修改，就只會儲存不同版本的差異。如此可將儲存需求降至最低，並讓開發人員有效率地追蹤程式碼的演變。
• 網路協定：即時傳輸協定（RTP）等即時通訊協定通常使用 delta 編碼進行音訊和視訊傳輸。透過專注於音訊樣本或視訊畫面之間的變更，delta 編碼可優化資料傳輸，確保通話或視訊會議期間順暢、不間斷的通訊。
• 資料備份：資料備份對於保護寶貴資訊至關重要。Delta編碼僅可用於儲存自上次備份以來對資料所做的變更。如此可大幅減少需要備份的資料量，節省儲存空間，並將備份時間降至最低。
• 軟體更新：分發軟體更新是 Delta 編碼的另一個亮點。除了下載整個新軟體版本，使用者只能收到現有版本與更新之間的差異。這可加快下載速度並降低頻寬消耗，進而改善整體更新體驗。

Delta 編碼的好處

Delta 編碼在資料儲存和傳輸效率方面提供了幾個令人信服的優勢，使其成為各種應用的寶貴技術。讓我們深入探討使用 delta 編碼的關鍵優勢：

• 減少冗餘：delta 編碼的主要優勢之一是能夠減少資料儲存和傳輸的冗餘。透過專注於擷取並僅代表連續資料點之間的差異，delta 編碼不再需要重複儲存或傳輸不變的資料。如此可將儲存需求降至最低，並節省網路頻寬，尤其是在資料隨時間逐漸變更的情況下。
• 優化資料傳輸：Delta 編碼透過僅在資料點或版本之間傳輸必要的變更來優化資料傳輸。在版本控制系統和檔案同步等應用程式中，delta 編碼有助於高效傳輸檔案修改，而無需傳輸整個檔案。這種方法可大幅減少透過網路傳輸的資料量，進而加快傳輸速度，並提升整體網路效能。
• 儲存空間效率：Delta 編碼僅儲存資料點的差異（或 deltas），可有效利用儲存空間。與其維護多個類似資料的複本，delta 編碼著重於擷取增量變更，從而降低儲存開銷，並更經濟地使用儲存資源。這種效率在儲存容量有限或資料量高的環境中特別有用。
• 資料壓縮與備份效率：Delta 編碼有助於實現增量備份和更新，從而實現有效的 資料壓縮 和備份策略。在資料備份情境中，delta 編碼僅擷取自上次備份以來所做的變更，從而能夠有效儲存備份資料，從而減少備份時間和儲存需求。
• 強化版本控制：在版本控制系統中，delta 編碼透過選擇性儲存和檢索檔案變更來支援高效版本管理。除了儲存每個版本的完整檔案副本之外，delta 也只編碼儲存並傳輸修改內容，讓使用者能夠有效追蹤並管理版本歷史。這種簡化的版本控制方法可簡化協作，並加速軟體開發流程。
• 簡化資料同步：Delta 編碼透過僅傳輸資料集或版本之間的差異，來促進順暢、高效的資料同步。這在分散式運算環境中特別重要，因為跨多個裝置或系統進行資料同步至關重要。Delta 編碼可優化資料同步流程，確保分散式資料來源之間的一致性與一致性。

挑戰與限制

雖然 Delta 編碼具有許多優勢，但必須承認其限制性。以下是使用此技術時的一些 關鍵挑戰 ：

• 高處理開銷：Delta 編碼需要額外處理，才能計算並套用連續資料點之間的 Delta 值。在頻繁更新或變更的情況下，delta 編碼的運算開銷可能變得相當龐大，影響系統效能和回應能力。複雜的資料結構或大型資料集可能會加重處理負擔。
• 基線依賴性：delta 編碼的成效非常仰賴初始基準值。如果資料一開始出現重大變化，delta 值可能會變大。這樣可以消弭壓縮效益，因為大的變動值需要與原始資料點一樣多的位元來儲存。想像一下溫度讀數突然從 10°C 上升到 50°C。 delta 值（40°C）會相當大，在此情境下可提供最小的壓縮。
• 不適合隨機資料：Delta 編碼在連續資料點之間有可預測的變化。對於沒有明顯模式或相關性的隨機資料，delta 值的大小可能與原始資料點相似。此情境提供的壓縮效益極低。想像一系列隨機數，沒有可辨識的模式。每個數字之間的差距可能同樣隨機，導致 delta 編碼無效。
• 解碼要求：雖然編碼操作簡單，但接收端需要擁有原始基準值，才能解碼 delta 編碼資料。在某些情境中，這可能是個挑戰。例如，如果傳輸的影片串流沒有包含第一個影格（基準線），接收端將無法準確重建後續影格。
• 類似資料的壓縮受限：在處理連續值非常相似的資料集時， Delta 編碼可能不會提供顯著的壓縮。想像一系列相同的數字。它們之間的變動值都是零，需要的儲存空間就跟原始資料一樣。
• 錯誤處理和復原的複雜性：Delta 編碼在錯誤處理和復原方面帶來了複雜性，尤其是在資料完整性和一致性至關重要的環境中。若發生資料毀損或傳輸錯誤，從 delta 編碼的呈現方式中復原原始資料可能需要複雜的錯誤偵測和更正機制，從而增加資料復原流程的複雜性。

結論

Delta 編碼在現代化資料管理和傳輸中扮演了重要的角色。它專注於變化而非完整的資料集，從而優化儲存效率並加快資料傳輸速度。透過利用 delta 編碼，以及 Pure Storage® FlashArray和 FlashBlade® 等解決方案所提供的其他資料減量技術，企業組織可以大幅 降低儲存成本 ，並優化資料處理。