Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte

Präsentation zum Thema: "Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte"—  Präsentation transkript:

1 Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte
Algo Vision LuraTech GmbH Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte Dr. Michael Thierschmann IfKom-Forum 2002 15. März 2002

2 Übersicht Firmenprofil Grundlagen der Datenkompression
Kompressionsverfahren Kodierungstechniken Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren Ebenenzerlegung Eigenschaften und Einsatzbereiche von LuraDocument Datenmanagement,

3 Firmenprofil Übernahme der Operations der LuraTech GmbH durch Algo Vision -->Algo Vision LuraTech GmbH 100%-Tochter der Algo Vision Plc. LuraTech ursprünglich gegründet 1994 in Berlin anläßlich der Verleihung eines Forschungspreises für LuraTechs Wavelet-Algorithmus für Bildkompression durch das DLR (ehm. DARA) Standorte Berlin und Redwood City zur Zeit 26 Mitarbeiter Entwicklung von Kompressionssoftware und -hardware im Produkt- und Projektgeschäft Realisierung von Bildarchivlösungen für das WEB

4 Hintergrund / Szenario
Bedarf an datenintensiven Applikationen über mobile Systeme wächst Märkte: Digitale Photographie, MedTech, DMS, etc. Warum mobil: Verfügbarkeit, Zeit, Kosten, Redundanz Derzeit verfügbare Bandbreiten reichen nicht aus! Aber: Anwachsen der Bandbreite von GSM zu UMTS Verwendung von mobilen Endgeräten wird massiv anwachsen Datenmengen werden überproportional anwachsen Herkömmliche Kompressionsverfahren (z.B. JPEG) sind nicht ausreichend in Qualität und Funktionsumfang Neue Standards mit JPEG2000

5 Kompressionsverfahren
verlustbehaftet verlustlos Daten, Programme Daten, Programme Bilder Bilder kleinster maximaler Fehler kleinster mittlerer Fehler near lossless (LuraWave.jp2) lossy JPEG, MPEG LuraWave.jp2 LuraDocument Modi Programme lossless JPEG LS LuraWave.jp2 lossless lzw, gzip, arj compress

6 Einsatzbereiche 1 2 5 50 100 TIFF JPEG LuraWave.jp2 (JPEG2000)
Originalbildgröße Dateigröße des komprimierten Bildes Kompressionsfaktor = Original verlustlos verlustbehaftet Kompressionsfaktor TIFF JPEG LuraWave.jp2 (JPEG2000) Kompressionsfaktor 100 eines Graustufenbildes bedeutet 0.08 Bit pro Pixel

7 Redundanz Bild- und Videodaten sind redundant örtlich zeitlich

8 Kompression durch Redundanzbeseitigung
Örtliche Redundanzbeseitigung Prädiktionskodierung Transformationskodierung DCT (JPEG, MPEG) Waveletkodierung (JPEG2000) Zeitliche Redundanzbeseitigung Bewegungskompensierte Prädiktionskodierung 3D - Waveletkodierung Spektrale Redundanzbeseitigung Waveletkodierung Fraktale Kodierung Kontextbezogene Redundanzbeseitigung

9 Prädiktionskodierung (pixelbasiert)
Redundanzreduktion durch Vorhersage des aktuellen Pixels aus bekannten Pixeln aus der Vergangenheit. bekannte Vergangenheit unbekannte Zukunft

10 1D Transformationskodierung
Verbundverteilungsdichte (Auftretenshäufigkeit) Graustufenbild x f(x) Pixelintensität an gerader x-Position f(x+1) an benachbarter ungerader

11 Basisfunktionen DCT Basisblöcke KLT Basisblöcke Transformsbasis von JPEG und MPEG Optimale Transformsbasis (bildabhängig)

12 Partielle Kodierung Original LuraWave.jp2 (JPEG2000) (JPEG) DCT
Rekonstruktion mit Koeffezienten LuraWave.jp2 (JPEG2000) (JPEG) DCT

13 Einstufige Wavelet-Transformation
Originalbild Einstufige Zerlegung

14 Vorteile von LuraWave.jp2 (JPEG2000)
ISO-Standard (JPEG): 8 kByte Original: 1229 kByte LuraWave.jp2: 8 kByte Im Vergleich zum gegenwärtig verbreiteten Standard JPEG: Deutlich verbesserte Bildqualität bei gleicher Kompressionsrate, bzw. kleinere Dateigrößen bei gleicher Bildqualität Vergrößerter Funktionenumfang, und als Standard verabschiedet

15 Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren am Beispiel von „LuraDocument“

16 Einsatzbereiche von LuraDocument
Dokumentenmanagementsysteme, z.B. EASY Software AG GFT Solutions GmbH Louis Leitz Digital Office GmbH SER AG Archiv-Systeme, z.B. bit by bit Software AG Bauer-Vertriebs KG Minol Messtechnik Intuitive Inc. (Canon Medical) Geoinformationssysteme, z.B. GEBIG GIS GmbH Tensing SiCad

17 Einsatzbereich von LuraDocument
verlustlos Texte nicht lesbar ohne Farben s/w (bitonal) Original verlustbehaftet JPEG Fax G4 (s/w) Kompressionsfaktor LuraWave.jp2 LuraDocument (farbig) LuraDocument (s/w)

18 Digitale Dokumente Originalformat PDF Fax Group 4 Digitales Dokument
ist vorhanden Digitales Dokument ist nicht vorhanden, aber ein Ausdruck TIFF GIF JPEG Fax Group 4 LuraDocument Scanner + Kompression

19 Problem der Dokumentenkompression
Dokumente bestehen aus unterschiedlichsten Komponenten: Texte Bilder Graphiken / Logos (farbig / schwarzweiß) Hohe Kompression mit Bildkompressionsverfahren: Text nicht lesbar Archivierung mit Fax Group 4: Verlust der Farbigkeit

20 Ebenenzerlegung Zerlegung des Dokuments in drei Ebenen: Textfarbe
binäres Maskenbild Hintergrund- bild

21 Funktionsprinzip LuraWave Kompression für Bildanteile
Kontextbasierte arithmetische Kodierung oder Fax Group 4 für bitonales Textbild

22 Arbeitsschritte der Kodierung
Textfarbenbestimmung Textdetektion Quantisierung Original Textentfernung

23 Separation Optimale Separation: gute Lesbarkeit
einfache Struktur der einzelnen Ebenen sehr hoher Kompressionsgewinn

24 Dekodierung

25 Arbeitsschritte der Dekodierung
bitonales Textbild + + Textfarbenbild + + Hintergrundbild = Rekonstruktion =

26 Kompressionsvergleich
Original Fax G4 JPEG LuraDocument 23,8 MB 162 kB 158 kB 55 kB

27 Kompressionsvergleich
Original 55 kB 158 kB 162 kB Fax G4 LuraDocument JPEG 23,8 MB Textbereich

28 Qualitätsvergleich Original (24 MB)

29 Qualitätsvergleich Fax Group 4 (1: kB)

30 Qualitätsvergleich LuraDocument (1: kB)

31 OCR von schwierigen Dokumenten
Original 20 MB LuraDocument 61 kB

32 OCR bei schwierigen Dokumenten
Textbridge (FaxG4: 255 kB) Textbridge (LDF als FaxG4: 40 kB)

33 Kontakt Dr.-Ing. Michael Thierschmann Geschäftsführung Marketing & Vertrieb Algo Vision LuraTech GmbH Tel: (0) Fax: (0)