Grafikformate: JPG - PNG

Transkript

1 Grafikformate: JPG - PNG

2 JPG JPG ist die Kurzform von JPEG (Joint Photographic Experts Group) Das Dateiformat nennt sich eigentlich JFIF (JPEG File Interchange Format)

3 Spezifikation Bezeichnungen JPEG File Interchange Format, JPG, JPEG, JFIF, JFI Farben Größe Bis 24-Bit (bis 16,7 Mio. Farben) x Pixel

4 Entwicklung 1992: Das Gremium Joint Photographic Experts Group (ein Teilbereich der International Telecommunication Union ) entwickelt das JPEG-Format. Ziel: verlustfreie und verlustbehaftete Kompression von digitalen, natürlichen Bildern. Norm: ITU T.81-Norm ttp://www3.rggraphics/jpeg/tut81.df

5 Die Idee hinter JPG Das menschliche Auge nimmt Unterschiede zwischen Farben weniger gut war als bei Graustufen. Der Helligkeitsunterschied wird über große Bereiche hinweg gut wahrgenommen, in kleinen nicht.

6 Das Kompressionsverfahren Farbraumumrechnung von RGB nach YCbCr Das RGB Bild wird in die drei Kanäle Y (Helligkeit/Luma) und Cb Cr (Farben/Chroma) umgewandelt. Dies ist für die getrennte Bearbeitung von Farbe und Helligkeit notwendig. Tiefpassfilterung der Luma Kanäle (verlustbehaftet) Je nach Einstellung des Filters wird bei JPEG horizontal / vertikal nur jeder zweite Farbwert gespeichert (4:2:0). Die fehlende Werte werden später interpoliert.

7 DCT (Discrete Cosinus Transformation): Einteilung der Kanäle in Blocks zu 8x8 Pixel und Übersetzung der Farbinformation in Frequenzinformation. Dazu werden Basisfunktionen erstellt die in Kombination alle Blocks darstellen können. Bei diesem Schritt macht man sich zunutze, dass bei natürliche Aufnahmen extreme Unterschiede im Bereich eines kleinen Block selten auftreten. Das heißt man kann meist mit einem sanften Farbverlauf rechnen. Höherfrequente Funktionen sind somit die Ausnahme.

8 Quantisierung (verlustbehaftet) Die zuvor geordneten Werte werden durch zwei Quantisierungsmatrizen (eine für Luma, eine für Chroma) geteilt, wobei Koeffizienten mit hohen Indizies (weniger wichtig) durch einen größeren Faktor geteilt und dadurch gröber represäntiert werden. Dies kann je nach gewählter Matrix die sog. Artefaktbildung zur Folge haben. Entropiekodierung: Die Werte werden im Zick-Zack angeordnet, womit ähnliche Werte beieinanderstehen. Auf die Nullwerte wird eine Lauflängenkodierung angewandt. Die restlichen Werte werden per Huffmann- oder Arithmetische Kodierung kodiert und damit komprimiert.

9 Inverse-Decoder-Problem Die Dekompression erfolgt invers zur Kompression. Aus dekodierten Daten ist es nur schwer möglich die ursprüngliche Datei zu rekonstruieren (wenn überhaupt). Ein Dekodier-Kodier-Vorgang verändert die Datei und ist damit nicht verlustfrei, es treten wie beim analogen Überspielen Generationsverluste auf. Problem z.b. beim Drehen von Bildern (Außnahme 270, 180,90 Grad).

10 JPG 100% Höchste Qualität 52,7 kb JPG 70% Hohe Qualität 19,6 kb JPG 50% Mittlere Qualität 10,1 kb JPG 20% Niedrige Qualität 5,14 kb JPG 00% Niedrigste Qualität 4,49 kb

11 JPEG 2000 Entstanden aus dem JPEG-LS (lossless) Format SO/IEC :2000 Ziel: Bessere Bearbeitung, weniger Fragmente bei hohen Kompressionstufen

12 Das Kompressionsverfahren Wie JPEG, aber: Aufteilung des Bildes in Teilbereiche nach der Farbraumumwandlung diskrete Wavelet-Transformation anstatt eine DCT. Wavelet-Transformationen enthalten im Gegensatz zu Fourier-Transformationen eine räumliche Komponente. Ein Wavelet ist im Gegensatz zum Cosinus also nicht gleichmäßig geformt sondern kann z.b. in Wellchen auslaufen oder auch ansteigen. bessere Anpassung an das Frequenzspektrum möglich Möglich: Aufbau des Bildes in Ebenen; mit jeder übertragenen Ebene steigt die Bildqualität

13 Vergleich JPG 2000 / JPG Vorteile bessere Komprimierungsrate (Steigerung um 20%) zwangloser Übergang von verlustbehafteter zu verlustloser Kompression Interlacing Verschiedene Teilbereiche eines Bildes können unterschiedlich stark komprimiert werden Raum für Metadaten Nachteile Geringe Verbreitung Nicht standardmäßig in Browser und Betriebssysteme integriert Bis jetzt kein freies Programm zum erstellen der Dateien, das alle Möglichkeiten ausnutzt Mathematische Vorgänge zur Kodierung unterliegen wahrscheinlich bald Patenten

14 JPEG minimale Qualität JPEG 2000 gleiche Größe jam.jpg 1,36 kb jam.jp2 1,36 kb

15 JPEG mittlere Qualität JPEG 2000 mittlere Qualität Jam_m.jpg 7,98 kb Jam_m.jp kb 3x Vergrößerung 3x Vergrößerung

16 JPEG hohe Qualität JPEG 2000 hohe Qualität Jam_h.jpg 18,1 kb Jam_h.jp kb 3x Vergrößerung 3x Vergrößerung

17 PNG PNG (Portable Network Graphics) Png (is) Not Gif ping

18 Entwicklung Grund: GIF baut auf dem Kompressionsverfahren LZW auf. Dieses wurde bis Mitte 2003 durch ein Patent, welches die Firma Unisys hielt geschützt. Ziel: Ersatz des GIF-Formats, Unabhängigkeit

19 Versionen Version 1.0 (996), WC3-Empfehlung Version 1.1(998) Version 1.2, (999). PNG SO/EC 15948:2003 (2003)

20 Eigenschaften Farbpalette mit bis zu 256 Einträgen Graustufenbilder mit 1, 2, 4, 8 oder 16 Bit pro Kanal Alphakanal für Transparenz (8-16 Bit) Farbbilder (RGB) mit 8 oder 16 Bit pro Kanal (also 24 beziehungsweise 48 Bit pro Pixel) möglich.

21 Vorfilter Anstatt der Pixeldaten werden die Differenzwerte der Pixel zeilenweise gespeichert. Diese sind oft sehr ähnlich (außer an Bildkanten) und dies begünstigt die folgende Kompression.Es gibt vier Formen des Vorfilters die unabhängig voneinander auf verschieden Zeilen des Bildes angewandt werden: None Sub Up Average Paeth Paethbestimmt Keine Vorfilterung. Es wird auf den originalen Pixeldaten gearbeitet Es werden die Differenzen zu dem jeweils links benachbarten Pixel verarbeitet Es werden die Differenzen zu dem jeweils darüber liegenden Pixel verarbeitet Es wird die Differenz zu dem Mittelwert aus dem darüber liegenden und dem links benachbarten Pixel gebildet Es wird aus dem links benachbarten, dem darüber liegendem und dem schräg links-oben benachbarten Pixel ein so genannter Predictor-Wert berechnet, welche den Pixel für die Differenzbildung

22 Kompression Kompression Zur Kompression werden verschiedene Verfahren verwendet. Um Abwärtskompatibilität zu gewährleisten wird meist der freie Deflate- Algorithmus verwendet (Kombination der Algorithmen LZ77 und Huffman- Kodierung. ). Die Kompression ist verlustfrei.

23 Vorteile / Nachteile Echtfarben Alphakanal verlustfreie Kompression Gamma Werte werden gespeichert 7-pass Interlacing (Adam 7) Keine Animation Einige Browser unterstützen nicht alle Formate Kompression nimmt vergleichsweise viel Zeit in Anspruch. In die meisten Grafikprogramme sehr schlecht implementiert

24 Vergleich JPG / GIF / PNG Firefox.jpg 6,47 kb keine Transparenz Firefox.gif 8,55 kb eine Farbe (hier Schwarz) als transparent Firefox.png 20 kb Alpha Kanal

25 GIF / MNG PNG unterstützt die im GIF89a Format sehr beliebten Animationen nicht. MNG soll Abhilfe schaffen. Gif MNG ließ sich nicht implementieren Einfache Möglichkeit Animationen zu erzeugen Wir von fast allen Anwendungen unterstützt. Bessere Qualität (Echtfarben) Alpha Kanal Kaum unterstützung Alternativ bieten sich vektorbasierte Formate (z.b. Flash) an, die im Gegensatz zu MNG breite Akzeptanz und Unterstützung gefunden haben.

26 Vergleich JPG /PNG verlustbehaftet für Fotos geeignet verlustfrei für Grafiken geeignet

27 Quellen ttp:// Stichwörter:JPEG, JPEG 2000, PNG, Fourier-Transformation, DCT, DWT, YUV, MNG ttp:// Stichwörter:JPEG, JPEG 2000, PNG, Fourier-Transformation, DCT, DWT, YUV ttp:// Neue Grafikformate im Web : PNG, JPEG 2000 und SVG ttp:// /grafik/grafikformate/ Grafikformate und deren Konvertierung Vollbeding, Guido/ Trinkwalder, Andrea (2005) Fotoschoner. In: C t, 4, S Lawandowsky, Pina (2000) Photoshop: gewusst wie