Leistungscharakteristika von ATM-Netzen für ... - Torsten E. Neck

DATENKOMPRESSION FÜR DIGITALE BILDER UND SZENEN 83
informationen nicht erforderlich, da nicht perzeptierbar. Dies wird bei den verlustbehafteten
Kompressiontechniken ausgenutzt.
5.4.2.1 Irrelevanzreduktion für Einzelbilder: JPEG
Ein weit verbreitetes Verfahren für die Kompression von Einzelbildern wurde von der Joint
Photographic Experts Group (JPEG), einer Arbeitsgruppe des IEC normiert (ISO IS 10918,
1992). Hierbei werden sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Kompressionstechniken
in 4 definierten Modi mit verschiedenen Untervarianten kombiniert. Darüberhinaus legt der
Standard ein Austauschformat fest, das neben den komprimierten Daten auch die für eine
Dekompression benötigten Parameter enthält.
Im verlustfreien Modus wird nach dem Prinzip der Vorhersage für einen Nachbarpunkt
gearbeitet. Ausgegangen wird von einem Signal in den drei Komponenten Y, u und v.
Codiert wird jeweils nur die Differenz zwischen Vorhersagewert und Pixelwert nach einem
Huffmann-Code oder nach einem arithmetischen Verfahren. Die Kompressionsfaktoren
liegen bei dieser Methode etwa bei 2.
In den verlustbehafteten Modi werden aus jedem Kanal (Y, u, v) Blöcke von 8×8 Pixeln
gebildet und mittels der sogenannten „Diskreten Cosinus-Transformation“ (DCT) aus dem
Ortsraum in den Frequenzraum transformiert.
Anschließend werden diese Blöcke mittels einer (benutzerdefinierbaren) Tabelle mit 64
Einträgen quantisiert. Dadurch entstehen viele Werte, die sich nicht oder kaum unterscheiden,
da in kleinen Ausschnitten natürlicher Bilder die Frequenzen meist in einem engen
Intervall liegen.
Erst jetzt schließt sich die verlustfreie Entropiecodierung an. Sie codiert ausgehend von den
Eckelementen der Blöcke die Abweichungen, die nach der Quantisierung überwiegend 0
sind.
Die Informationsverluste rühren dabei bereits von den Rechengenauigkeitsfehlern der DCT
her, als auch von der anschließenden Quantisierung. Die Verwendung der Quantisierungstabelle
ermöglicht es, jedes der 64 Blockelemente separat mit unterschiedlicher Bewertung
zu bearbeiten.
Es sind auf diese Weise Kompressionsfaktoren bis zu 32 erreichbar.
Leistungsfaktoren dieser Kompressiontechnik sind die effizienten Implementierungen der
DCT und ihrer Rücktransformation, die für jeden Bildblock in jedem Luminanz-
/Chrominanzkanal 64mal durchzuführen sind. Häufig wird hierfür schnelle Hardware
eingesetzt. Wirtschaftlich interessant ist jedoch auch, daß sich JPEG sehr gut eignet um
getrennte Produkte „Codierer“ und „Decodierer“ zu realisieren. (Weiterreichende
Informationen finden sich z. B. in /Hofm93/ und /Stei93/.)
5.4.2.2 Kompressionsverfahren für Bewegtbilder
Liegen schnelle Realisierungen der JPEG-Komprimierer vor, kann eine Video-Szene durch
isochron ausgeführte JPEG-Komprimierungen bearbeitet werden. Man bezeichnet dieses
Verfahren auch als Motion-JPEG oder M-JPEG.
Zieht man jedoch die Charakteristik der Bewegtbildszene in Betracht, können mit speziellen
Verfahren bessere Ergebnisse erzielt werden.
Diplomarbeit Torsten Neck