Was passiert bilddatei komprimiert wird
Man kann ja mit jedem beliebigen Bildbearbeitungsprogramm JPEGs oder sonstige Bildformate um ein Vielfaches verkleinern, ohne die Auflösung zu reduzieren und ohne einen erkennbaren Qualitätsunterschied.
Doch was genau wird da komprimiert und wieso merkt man keinen Qualitätsunterschied, wenn die Datei nur noch 10% so groß ist wie die ursprüngliche Datei?
Mich interessiert einfach, was da im Hintergrund abläuft.
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Was passiert, wenn eine Bilddatei komprimiert wird?
Es gibt zwei grundlegend unterschiedliche Ansätze: Verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.
Eine einfache Methode der verlustfreien Komprimierung ist zum Beispiel die Lauflängenkomprimierung , die beim Faxen angewendet wird.
Hier sendet man nicht "Punkt weiß, Punkt schwarz, Punkt schwarz, Punkt weiß, Punkt weiß, Punkt weiß, Punkt schwarz" etc.pp., also kein bitweises Abbild, sondern man sendet: "Jetzt kommt ein weißer Punkt, zwei schwarze Punkte, drei weiße Punkte, ein schwarzer Punkt". D.h. statt die Punkte zu senden, senden wir die Anzahl der Punkte, die hintereinander gleichgefärbt sind. Wenn wir größere Flächen einer Farbe haben , sparen wir uns damit viele Wiederholungen.
Eine etwas komplexere Art der verlustfreien Komprimierung ist das LZW-Verfahren. Hier werden die Daten nach Mustern durchsucht, die sich wiederholen. Dann wird eine Tabelle mit diesen Mustern angelegt, und man nummeriert die Zeilen durch. Schließlich werden nicht mehr die Daten selbst verschickt, sondern nur noch die Mustertabelle sowie die Nummern der Muster, wie sie hintereinander vorkommen. Auch hier gilt: Je häufiger sich die Muster wiederholen, desto besser die Komprimierung. Das Format GIF verwendet z.B. die LZW-Komprimierung.
Anders geht die verlustbehaftete Komprimierung vor. Diese benutzt mathematische Funktionen als Basis und stellt das Bild als Summe dieser mathematischen Funktionen dar. JPEG verwendet die Cosinus-Funktion als Basis. Hier wird als erstes das Bild in kleine Kästchen von 8x8 Punkten zerlegt, und diese werden dann weiterverarbeitet. Man bildet aus dem 8x8-Bild eine Summe aus Cosinus-Funktionen. Mathematisch gesprochen zerlegt man das 8x8-Bild mit einer Fouriertransformation in seine Spektralwerte. Hier tritt zum ersten Mal ein Verlust auf, weil Rundungsfehler auftreten.
Diese zweimal 8 Cosinusfunktionen dienen nun als Basis für die weitere Komprimierung. Wenn man sich die Koeffizienten der einzelnen Cosinus-Funktionen anschaut, stellt man fest, dass meistens die erste Cosinusfunktion mit einem hohen Koeffizienten eingeht, die weiteren Cosinusfunktionen mit immer niedrigeren. Komprimiert wird nun dadurch, dass man die Cosinusfunktionen mit den höchsten Frequenzen weglässt.
In vielen Fällen sieht unser menschliches Auge dieses kaum, auffällig wird es immer an scharfen Kanten wie z.B. Schattenrisse oder Gebäudekanten, die nicht genau senkrecht oder waagerecht verlaufen. Wenn du dir diese Kanten anschaust, wirst du die kleinen 8x8-Punkte-Kästchen wiederfinden. Man spricht von den sogenannten JPEG-Artefakten, weil sei typisch für die Kompression mit JPEG sind.
Die restlichen Cosinus-Funktionsparameter werden zum Schluss noch mit einem normalen, verlustfreien Kompressionsalgorithmus gepackt.
Andere verlustbehaftete Kompressionsalgoritmen verwenden statt der Cosinusfunktion sogenannte Wavelets. Das prinzipielle Verfahren ist jedoch gleich.