Wie ist es in unserem modernen Zeitalter überhaupt möglich, hunderte Fotos auf unseren Smartphones zu speichern, unseren Freunden innerhalb von Sekunden ein Video per WhatsApp zu senden oder selbst bei schlechter Internetverbindung noch ein YouTube-Video streamen zu können? Für all dies ist ein Prozess unverzichtbar, nämlich Kompression. Das Ziel einer Kompression ist es, dass die Dateigröße pro Bild möglichst gering ist. Ein unkomprimiertes Bild hat bei einer Auflösung von 12 Megapixel eine Größe von beispielsweise 46 Megabyte, komprimiert hingegen nur 4,1 Megabyte. Obwohl das komprimierte Bild nur einen Bruchteil der originalen Dateigröße besitzt, ist kaum ein Qualitätsverlust ersichtlich. Grund hierfür ist, dass nur die Informationen gespeichert werden, die für die Wahrnehmung des Bildes relevant sind. Denn wie in der folgenden Arbeit gezeigt wird, nutzen solche Kompressionsalgorithmen die Schwächen der menschlichen Sinneswahrnehmung auf raffinierte Art und Weise aus, um mit möglichst wenig Informationen ein Bild darzustellen.
Wir dokumentieren unseren Alltag immer mehr mit unseren Smartphones, um unsere Erlebnisse dann in Form von Bildern und Videos auf Instagram, Facebook und Co. zu teilen. Auf Instagram werden beispielsweise jeden Tag mehr als 100 Millionen neue Fotos gepostet. Dabei ist es wichtig, dass die Datenmenge pro Foto möglichst gering ist, damit zum einen die Aufnahmen schneller hoch- oder heruntergeladen (übertragen) werden können und zum anderen, egal ob Server oder Smartphone, möglichst wenig Speicherplatz pro Foto eingenommen wird. Gar nicht so einfach, denn die Auflösung von Kameras, insbesondere von Smartphonekameras, wird immer höher, die Qualität der Bilder demzufolge immer besser. Wohingegen das erste iPhone aus 2007 noch 2 Megapixel hatte, haben moderne Smartphones 50 Megapixel oder mehr. Das heißt, ein Computerbild (digitales Bild) besteht aus immer mehr Pixeln (Bildpunkten) und es müssen demzufolge auch mehr Informationen gespeichert werden, sodass die Datenmenge pro Bild ansteigt.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Nutzen von Bildkompression
- 2 Digitales Bild
- 3 Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression
- 3.1 Verlustfrei
- 3.2 Verlustbehaftet
- 4 Einzelbildkompressionsverfahren JPEG
- 4.1 Historie und Allgemeines
- 4.2 Farbraumtransformation
- 4.2.1 RGB-Farbraum
- 4.2.2 YCbcr-Farbraum
- 4.3 Chroma Subsampling
- 4.4 Darstellung eines Bildes als Signal
- 4.5 Transformation
- 4.5.1 Fouriertransformation
- 4.5.2 Diskrete Kosinustransformation
- 4.5.2.1 Eindimensionale diskrete Kosinustransformation
- 4.5.2.2 Die zweidimensionale diskrete Kosinustransformation
- 4.6 Quantisierung
- 4.7 Lauflängenkodierung
- 4.8 Wiederherstellung des Bildes
- 4.9 Besonderheiten von JPEG
- 5 Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit dem Thema der Bildkompression am Beispiel des JPEG-Verfahrens. Sie zielt darauf ab, die Funktionsweise der JPEG-Kompression zu erklären und die zugrundeliegende Technologie sowie ihre Vorteile und Nachteile aufzuzeigen. Außerdem soll untersucht werden, wie die menschliche Sinneswahrnehmung bei der Entwicklung von Kompressionsverfahren berücksichtigt wird.
- Nutzen und Notwendigkeit der Bildkompression im digitalen Zeitalter
- Funktionsweise der verlustfreien und verlustbehafteten Kompression
- Das JPEG-Verfahren als ein Beispiel für eine verlustbehaftete Kompressionsmethode
- Die Rolle der menschlichen Sinneswahrnehmung bei der Komprimierung von Bildern
- Die Auswirkungen von Kompressionsverfahren auf die Qualität und den Umfang von Bildern
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Nutzen von Bildkompression: Dieses Kapitel erläutert die Bedeutung von Bildkompression in der heutigen digitalen Welt, in der Bilder und Videos allgegenwärtig sind. Der Fokus liegt auf der Reduzierung von Dateigröße und der Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit.
- Kapitel 2: Digitales Bild: Dieses Kapitel stellt die Grundlagen digitaler Bilder und deren Darstellung als Rastergrafik dar. Es erklärt die Bedeutung von Pixeln und die Beziehung zwischen Auflösung und Speicherbedarf.
- Kapitel 3: Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression: Dieses Kapitel führt in die beiden Haupttypen der Datenkompression ein: verlustfreie und verlustbehaftete Kompression. Es erklärt die Funktionsweise und den Unterschied zwischen den beiden Methoden.
- Kapitel 4: Einzelbildkompressionsverfahren JPEG: Dieses Kapitel behandelt das JPEG-Verfahren als ein Beispiel für eine verlustbehaftete Kompressionsmethode. Es beschreibt die Geschichte, die Grundprinzipien und die verschiedenen Schritte, die bei der JPEG-Kompression angewendet werden.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den folgenden Schlüsselbegriffen: Bildkompression, JPEG, verlustfreie Kompression, verlustbehaftete Kompression, Farbraumtransformation, Diskrete Kosinustransformation, Quantisierung, Lauflängenkodierung, digitale Bilder, Pixel, Auflösung, Sinneswahrnehmung, Redundanzreduktion.
- Arbeit zitieren
- Elias Draxinger (Autor:in), 2022, Bildkompressionsverfahren am Beispiel JPEG, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1389670
