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Das Kompressionsverfahren
Seit 1989 wurde das JPEG
Verfahren zur Komprimierung von unbewegten Bildern entwickelt und 1990
standardisiert [ISO90]. Er ist nach der Gruppe, die ihn verabschiedet
hat, benannt worden. Die "Joint Picture Expert Group", kurz JPEG entstand aus einer Zusammenarbeit von CCITT (Consultative Committee on International Telegraph and Telephone) und ISO (International Standards Organisation).
Das
Ziel dieser Gruppe war es einen Algorithmus zur Komprimierung von
"natürlichen" Grauton- oder Farbbildern zu entwickeln. Besondere
Rücksicht wurde dabei auf eine hohe Kompressionsrate und hohe
Geschwindigkeit zum Kodieren und Dekodieren gelegt. Schnell stellte
sich jedoch heraus, daß es nicht möglich war einen einzigen Algorithmus
für alle Anforderungen zu finden.
So wurde das Verfahren in 4 unterschiedliche Modi gegliedert:
sequentiell mode:
Ein einzelner Durchgang durch das Bild von links oben nach rechts unten
dekodiert das Bild. Dieser Modus ist für die meisten Anwendungen gut
geeignet, liefert die besten Kompressionsraten und ist am leichtesten
zu implementieren.
progressive mode:
Das Bild wird
wird in mehreren Durchgängen kodiert bzw. dekodiert. Dabei wird das
Bild von Durchgang zu Durchgang schärfer. Das Einsatzgebiet für dieses
Verfahren ist beispielsweise die Datenfernübertragung von Bildern.
Sobald das Bild eine ausreichende Schärfe erreicht hat, kann die
Übertragung abgebrochen werden.
hierarchical mode:
Das
Bild wird erst in einer geringeren Auflösung gespeichert und dann in
der vollen Auflösung. Das Bild mit der geringeren Auflösung kann
bedeutend schneller dekodiert werden, ist somit gut als schnelles
Preview des Bildes geeignet. Dies ist sinnvoll für den Einsatz in
Bilddatenbanken, bei denen das Bild in der geringen Auflösung als
Entscheidungshilfe gilt, ob das Bild den Wünschen entspricht.
lossless mode:
In diesem Modus wird, im Gegensatz zu den anderen Modi, verlustfrei
kodiert und dekodiert. Jedes Bit wird genau so wiederhergestellt wie es
kodiert wurde. Die verlustfreie Kodierung wird benötigt um Bilder zu
komprimieren, die keinerlei Abweichungen zulassen oder nicht vom
Menschen ausgewertet werden. Dieser Modus bietet verständlicherweise
eine geringere Kompressionsrate, als die anderen Modi, da bei
verlustfreier Kompression der Informationsgehalt nicht reduziert werden
kann.
Bis auf den letzten Modus, die verlustfreie Kodierung, sind
alle Modi verlustbehaftet. Es findet während der Kodierung folglich
nicht nur eine Kompression, sondern auch eine Reduktion der Daten statt.
Da der Informationsgehalt der Daten verringert wird, kann das Originalbild nicht gänzlich identisch wiederhergestellt werden.
Durch die Kodierung kann sich daher die Qualität des Bildes
verschlechtern. Diese ist jedoch in der Regel für das menschliche Auge
nur wenig zu erkennen.
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