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Grafikkomprimierung Andreas Pretzsch Inhalt Allgemein Algorithmen Grafikformate.

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Präsentation zum Thema: "Grafikkomprimierung Andreas Pretzsch Inhalt Allgemein Algorithmen Grafikformate."—  Präsentation transkript:

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2 Grafikkomprimierung Andreas Pretzsch

3 Inhalt Allgemein Algorithmen Grafikformate

4 Wozu? n Reduzierung der Datenmengen für –Netzwerke (z.B. Internet) –Archivierung –Begrenzter Speicherplatz

5 Algorithmen Kompression verlustfreie verlustbehaftet RLE LZW Huffman DCT Fraktale Wavelet CCITT

6 verlustfreie Kompression n Bijektive Abblidung n Bildinformation wichtig z.B. Sternenkarte n Details wichtig n Qualität vor Geschwindigkeit

7 verlustbehaftete Kompression n Surjektive Abbildung n Motiv wichtig z.B. Landschaft n Details unwichtig n Geschwindigkeit vor Qualität

8 RLE Run Length Encoding n einfach und schnell n verlustfrei n gut geignet für S/W-Bilder Beispiel: n Lauflängenkodierung aaaaaaaaaaaaaaa -> 15a 15 byte -> 2 byte

9 RLE Run Length Encoding Beispiel: 12 KB 2 KB

10 LZW n 1977 von L empel und Z iv entwickelt n 1984 modifiziert von W elch Beispiel: the = 32,116,104,101,32 =: byte -> 1 byte

11 n geeignet für jede Art von Daten n symetrische Kompression n erstellt Datenlexikon n zur verbesserung Differenzberechnung (=differencing) LZW

12 n verwendet von: z.B. TIFF, GIF, PostScript n Algorithmus patentiert von Firma Unisys n Beispiel Beispiel –http://www.cs.sfu.ca/CourseCentral/365/li/squeeze/LZW.html LZW

13 Huffman Encoding n 1952 von Huffman entwickelt n stochastische Auswertung des Codes n Beispiel Beispiel –http://www.cs.sfu.ca/CourseCentral/365/li/squeeze/Huffman.html

14 Beispiel: ABCDE Huffman-Baum AAAAA CCC AAAAA BBBBB EEEE AAAAA BBCCC DD DDDDE

15 Beispiel: ABCDE Huffman-Baum

16 CCITT Encoding n CCITT : International Telegraph and Telephone Consultative Committee n Speziel für 1-Bit-Daten entwickelt n für Fax und Modem

17 CCITT Encoding n Drei verschiedene Algorithmen Group 3 1-dimensional (G31D) Group 3 2-dimensional (G32D) Group 4 2-dimensional (G42D)

18 Group 3 1-dimensional (G31D) 1. Anwendung RLE 2. Entnimmt Kodes festen Wertetabellen –basiert auf statischtische Erhebungen n basiert auf Huffman Kompressionsschema n Zeilenbreite muß bekannt sein

19 Group 3 2-dimensional (G32D) n Erkennt unterschiede von eine Zeile zur nächsten n K-Faktor verhindert Fehler 2 k 4

20 Group 4 2-dimensional (G42D) n enthält keine korrekturmechanismen n hauptsächlich für Festplatten und Datennetzwerke gedacht n benötigt mehr Rechenkapazität

21 DCT Diskrete Cosinus Transformation n Verwandt mit Fourier-Transformation n Ansatzpunkt menschliche Wahrnehmung n hoher Rechenaufwand

22 JPEG-Algorithmus n n 1. Änderung des Farbmodells RGB-->YUV n n 2. Unterabtastung (optional) n n 3. Blockbildung 8x8 n n 4. Diskrete Cosinus-Transformation n n 5. Quantisierung n n 6. Zick-Zack-Scanning n n 7. Run-Level-Codierung (RLC*) n n 8. Variable Längencodierung (VLC) (Huffman) verlustbehaftet!verlustfrei

23 JPEG-Algorithmus

24 JPEG-Algorithmus n Beispiel 1 Beispiel 1 Beispiel 1 –http://www.cs.sfu.ca/CC/365/li/interactive-jpeg/Ijpeg.html n Beispiel 2 Beispiel 2 Beispiel 2 –http://www.fh-jena.de/contrib/fb/et/personal/ansorg/dct/dct/applet.html

25 JPEG-Algorithmus

26 Fraktale Kompression n Fraktale = sich wiederholende Muster n 1970 erstmals von Mandelbrot benutzt n Bild durch iterierte Funktion beschreiben n Selbstähnlichkeiten

27 Fraktale Kompression

28 n extrem rechenintensiv n assymetrische Kompression n 1988 von Barnsley erstmals vorgestellt n inzwischen stark verbessert

29 Fraktale Kompression n nicht verlustfrei n entfernt Bildinformationen unabhängig von unsere Wahrnehmung n geignet für Landschaften, Gesichter etc. n viele Patente

30 Wavelet n 1930 mathematische Grundlagen entwickelt n basiert auf Wavelet-Transformation n verschieden Funktion (nicht wie DCT) n Hoch- und Tiefpassfilter n nur in JPEG2000 verwendet

31 Grafikformate n.tif.tif n.eps eps n.jpg jpg n.jp2 jp2 n.gif gif n.png png n.pix n.bmp n.fpx n.lwf n.pcx n.rtf n.wmf n.sun Internet DruckvorstufeSonstigeHersteller

32 TIFF Tagged Immage File Format n Windows: n.tif n Kompression: n ohne, n RLE, n LZW, n CCITT n Group 3 und 4, n JPEG

33 TIFF Tagged Immage File Format n Hersteller: n Adobe System Inc. n Entwickelt in Absprache mit: n Microsoft n ver. Scanner und Druckerhersteller

34 TIFF Tagged Immage File Format n Für den Austausch über Plattformgrenzen hinaus geeignet n 1986 erste Spezifikation n universel einsetzbar

35 EPS Encapsulated PostScript n Windows: n.eps n Kompression: n ohne n JPEG n Hersteller: n Adobe System Inc.

36 EPS Encapsulated PostScript n Seitenbeschreibungssprache n Einbettung von Pixelgrafiken

37 JPEG Joint Photographic Experts Group n Windows: n.jpg n Kompression: n DCT (JPEG) n (ohne) n Hersteller: n JPEG n ISO

38 JPEG Joint Photographic Experts Group n Ende der 80 Jahre entwickelt n Einsatzgebiete: n Kompression über einen Faktor einstellbar n einfach in Hard- und Software integrierbar n für Halbtonbilder n standard für Datenkompression n kein Dateiformat

39 JPEG Joint Photographic Experts Group n hohe kompressionsraten –Bildverluste n bis 1:4 keine n ab 1:10 wahrnehmbar n 1:25viele Artefakte n nicht geeignet für Bilder mit n großen einheitlichen Farbflächen n harten Kanten

40 JPEG Joint Photographic Experts Group JPEG, Qual.faktor 10 %: 7,4 K JPEG, verlustfrei komprimiert: 123 K

41 JPEG2000 n Windows: n.jp2 n Kompression: n Wavelet n Hersteller: n JPEG n ISO

42 JPEG2000 n 1997 erste Entwürfe n 2000 Spezifikation an ISO übergeben n Ziele –höhere Kompressionraten als JPEG –auch verlustfreie Methode möglich –S/W Bilder

43 JPEG2000 n möglich: n Interlaced n ROI = Region of Interest n Kopierschutz per digitalem Wasserzeichen n nicht möglich: n Transparenz n Animationen

44 GIF Graphics Interchange Format n Windows: n.gif n Hersteller: n Compuserve n Kompression: n LZW

45 GIF Graphics Interchange Format n 1987 von CompuServe veröffentlicht n GIF87a n 1989 erweitert n GIF89a n 1994 Lizensschwierigkeiten

46 GIF Graphics Interchange Format n Ungeignet für: –Farbverläufe n Halbtonbilder n geignet für: –wenig Farben n z.B. Logos –harte Kanten n z.B. Zeichnung

47 GIF Graphics Interchange Format n Farbpalette bis 8 Bit n unterstützt websichere Farben n Dithering n Mischung mehrere Punkte zu anderen Farben n Transparence n Alpha-Kanal wählbar n Interlaced n Schrittweises Aufbauen des Bildes

48 PNG Portable Network Graphics n Windows: n.png n Hersteller: n Thomas Boutell, Tom Lane u.a. n Massachusetts Institute of Technologiy (MIT) n Kompression: n LZ77 Variante

49 PNG Portable Network Graphics n 1996 dem W3C-Konsortium vorgelegt n Entwickelt aufgrund unklarer Linzenssituation beim GIF n Ziele: n Soll gleiche Möglichkeiten wie GIF bieten n keine Lizenseinschränkungen n einfache implementierung n auf verschidenen Plattformen einsetzbar

50 PNG Portable Network Graphics n möglich: n 16 Bit-Farbtiefe n Interlacing n Transparenz n verlustfreie Kompression n nicht möglich n Animationen

51 PNG Portable Network Graphics n verwendet modifizierte LZW-Variante n keine Tabellen n Filtereinsatz zu verbesserung wählbar –None –Sub –Up –Average –Peath

52 PNG Portable Network Graphics n Im Internet nicht etabliert n Größere dateien als bei GIF und JPEG bei gleicher Qualität –d.h. zur Zeit noch ungeeignet für Internet –erst ab 8-Bit Farbtiefe bei GIF n Interlaced erhöht Dateigröße um 35 % (bei GIF nur ca. 5%) n erst ab Netscape 4.7 und 6.0 sowie Internet Explorer 5.5 unterstützt (ohne Plugin) –Transparenz nicht / kaum möglich

53 PIX n Inhaltsfolie

54 BMP

55 FPX

56 LWF

57 PCX

58 RTF

59 WMF

60 SUN

61 Ende


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