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1 Digitale Bildverarbeitung Bildkompression

2 Einleitung Datenmenge für ein unkomprimiertes Bild Verwendungszweck des Bildes Bild soll weiterverarbeitet werden Bild soll archiviert werden Bild soll per verschickt werden Bild soll ins Internet gestellt werden Bild soll ausgedruckt werden Fragen: Wann sollten Bilddaten komprimiert werden? Wie können Bilddaten komprimiert werden?

3 Die Auflösung eines Bildes Die Auflösung eines Bildes wird in DPI angegeben DPI bedeutet: Dots Per Inch (Punkte pro Inch) 1 Inch = 2,54 cm Soll ein Bild eingescannt werden, so richtet sich die nötige Auflösung in erster Linie nach der Auflösung des Ausgabegerätes. niedrige Auflösung hohe Auflösung - kleine Datei - große Datei Doppelte Auflösung beim Scannen erzeugt eine viermal so große Datei!

4 Die Auflösung eines Bildes Sollen Bilder nur über den Bildschirm betrachtet werden, so sind 72 DPI ausreichend. Für Ausdrucke auf einem Fotodrucker z.b. sollte die Auflösung größer als 300 DPI sein.

5 Die Auflösung eines Bildes Zoom in ein 72dpi Bild Originalbild Zoom in ein 300dpi Bild

6 Die Auflösung eines Bildes Zusammenfassung: Die Auflösung eines Bildes ist die Grundlage für eine Weiterverarbeitung. Hohe Auflösungen haben eine höhere Datenmenge zur Folge. Die Wahl der entsprechenden Auflösung hängt von der Art der Weiterverarbeitung ab. Die Auflösung eines Bildes kann man zwar nachträglich mit Bildbearbeitungssoftware (z.b. Adobe Photoshop) erhöhen, dies bringt jedoch keine höhere Qualität. Hierbei würde sich nur die Datenmenge künstlich vergrößern. Deshalb sollte bereits beim Scannen die nötige Auflösung gewählt werden.

7 Die Farbtiefe eines Bildes Jeder Bildpunkt enthält eine Farbinformation in Form einer Dualzahl. Diese bestimmt die Art der Farbigkeit der Bildpunkte. Bsp.: Ein 8-Bit-Bild kann 256 (28) verschiedene Farben darstellen. Schwarzweißbild Graustufenbild 16 Farben True Color

8 Die Farbtiefe eines Bildes Weitere Beispiele:

9 Die Farbtiefe eines Bildes Farbtiefe Farbpalette Datenmenge/Bildpunkt 1Bit 4Bit 8Bit 16Bit 24Bit 32Bit Millionen 4 Milliarden 1Bit 4Bit 1Byte 2Byte 3Byte 4Byte Je höher die Farbtiefe, desto mehr Speicherbedarf!

10 Das Dateiformat Neben Auflösung und Farbtiefe ist das Dateiformat wichtig für die Bildqualität und die Dateigröße. Für das Internet eignen sich besonders 2 Formate: GIF und JPG Das Abspeichern eines Bildes in einem solchen Format bewirkt eine Reduzierung der Dateigröße. Bei dieser Kompression wird ein Verlust an Bildqualität in Kauf genommen. GIF und JPG eigenen sich allerdings nicht für alle Bildinhalte gleichgut.

11 Das JPEG Format Geeignet für Farb- und Graustufenbilder mit Verläufen und feinen Tonabstufungen. Verschiedene Komprimierungsstufen unterschiedliche Qualitätsergebnisse Einsparung von Speicherplatz auf Kosten von Bildqualität. Dateigröße: 196 kb Dateigröße: 24 kb Dateigröße: 9 kb

12 Das JPEG Format Die JPEG Kompression ist ungeeignet für Bilder mit einfarbigen Flächen Dateigröße: 590 kb Dateigröße: 21 kb Dateigröße: 10 kb

13 Das JPEG Format Die JPEG Kompression ist ungeeignet für Bilder mit einfarbigen Flächen Datei unkomprimiert Ausschnittsvergrößerung Dateigröße: 590 kb

14 Das JPEG Format Die JPEG Kompression ist ungeeignet für Bilder mit einfarbigen Flächen Datei mit hoher JPEG Kompression Ausschnittsvergrößerung Dateigröße: 10 kb

15 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Die JPEG Kompression ist eine verlustbehaftete Kompression. Dies bedeutet aber nicht zwangsläufig eine sichtbare Qualitätsminderung. Es können dabei z.b. für das Auge unsichtbare Informationen entfernt werden. Der Grundvorgang bei der JPEG Kompression: FDCT Bilddaten Quantisierung Koeffizientenkodierung Komprimierte Bilddaten

16 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Konvertierung des Bildes in ein geeignetes Farbmodell Das Auge kann Helligkeitsunterschiede weit besser wahrnehmen als Farbunterschiede. Daher günstig: Helligkeit und Kontrast werden getrennt von der Farbinformation gespeichert. Informationsgehalt der Farbkanäle kann verringert werden, ohne für das Auge erkennbare Unterschiede zu erzeugen. Farbe Helligkeit/Kontrast Luminanz ein Kanal Chrominanz zwei Känale

17 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Farbmodell: Helligkeit Farbigkeit Modelle Bsp.: YUV Modell Im Gegensatz dazu: das RGB Modell Helligkeit und Farbe eines Bildpunktes wird hierbei durch seinen Anteil an Rot, Grün und Blau bestimmt. Umrechnung: Y= 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B V=R-Y U=B-Y

18 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Diskrete Cosinus Transformation Die Basisfunktionen der DCT. In der linken oberen Ecke befindet sich die einzige konstante Funktion. Der Koeffizient dieser Funktion, deren Frequenz in beiden Dimensionen Null ist, heißt DC Koeffizient. Alle übrigen 63 Koeffizienten werden AC Koeffizienten genannt.

19 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Quantisierung In den meisten Bildern sind viele der Koeffizienten nahezu Null. Wenn diese Koeffizienten auf Null gesetzt werden, ist das nach der Dekompression kaum zu bemerken. Grundhelligkeit und Helligkeitsverlauf sind am wichtigsten. (niedrige Frequenzen) Die Textur des Bildes ist weniger wichtig. (mittlere Frequenzen) Kaum zu beobachten sind sehr feine, hochfrequente Details. Koeffizienten werden unterschiedlich stark quantisiert.

20 Das JPEG Format Wie funktioniert die JPEG Kompression? Kodierung der Koeffizienten Die DC-Koeffizienten benachbarter Blöcke unterscheiden sich kaum und werden daher als Differenz zum Vorgängerblock übertragen. ZIG-ZAG-SCAN und Run-Length-Encoding Koeffizienten werden im ZIG-ZAG angeordnet. Dies entspricht einer Anordnung nach ihrer Wichtigkeit. (visuelle Wahrnehmung) Längeren Nullketten, die von einem von Null verschiedenen AC-Koeffizienten gefolgt werden, werden nicht einzeln gespeichert. Jeder AC-Koeffizient, der nicht Null ist, wird in Kombination mit der Anzahl der vorausgegangenen Nullen angegeben. Alle Nullen, denen kein AC-Koeffizient mit Wert ungleich Null folgt, werden weggelassen.

21 Das JPEG Format Bei einer entsprechenden Vergrößerung, ist die Zerlegung des Bildes in Blöcke zu je 8 x 8 Pixel sehr gut zu erkennen.

22 Das JPEG Format Möglichkeiten unter Photoshop Dieses Optionen Fenster öffnet sich nach speichern unter.

23 Das JPEG Format Möglichkeiten unter Photoshop

24 Das GIF Format Unterstützt eine Farbtiefe bis zu 8 Bit. (256 Farben sind darstellbar) Transparente Bereiche können dargestellt werden. Format ist für Farbübergänge und Verläufe ungeeignet. Animierte GIF Bilder Original: Dateigröße: 590 kb GIF 256 Dateigröße: 4 kb GIF 4 Dateigröße: 2 kb

25 Das GIF Format 256 Farben 4 Farben

26 Das GIF Format Welches Bild enthält mehr Farben? A B?

27 Das GIF Format Beide Bilder enthalten 32 Farben! A B

28 Das GIF Format Dithering

29 Das GIF Format

30 JPEG und GIF im Vergleich: Beispiele: Original 1,45 MB

31 JPEG und GIF im Vergleich: Beispiele: JPEG Bild 57 kb

32 JPEG und GIF im Vergleich: Beispiele: Die Schwächen der JPEG Kompression: Original JPEG Bild Geisterbilder an kontrastreichen Stellen z.b. Schriften

33 JPEG und GIF im Vergleich: Beispiele: GIF Bild 187 kb

34 JPEG und GIF im Vergleich: Beispiele: Die Schwächen des GIF Formates: Original GIF Bild Farbverläufe werden schlecht dargestellt ähnliche Farben werden schlecht getrennt

35 Besonderheit des GIF Formates: Animierte GIF Bilder Beispiele: Einzelbilder werden zu kleinen Sequenzen zusammengesetzt.

36 Weitere wichtige : Tiff (Tagged Image File Format) Beim Tiff und JPEG Format handelt es sich um so genannte Bitmap-Dateien, das heißt, das Bild besteht aus vielen Tausend, im Regelfall sogar Millionen Bildpunkten (Pixeln). Das Tiff-Format erlaubt eine unkomprimierte oder verlustfrei komprimierte Abspeicherung. Vorteil: kein Verlust an Bildinformationen, daher besonders geeignet, wenn das entsprechende Bild später weiterbearbeitet werden soll. Nachteil: relativ große Dateien

37 Weitere wichtige : PNG (Portable Network Graphics) Eigens für den Einsatz im WWW entwickeltes Grafikformat, welches die Vorteile von GIF und JPEG kombiniert. Vorteil: hohe Farbtiefe, Transparenzen sind möglich, keine Lizenzgebühren Nachteil: keine Animationen, nicht alle Browser zeigen dieses Format uneingeschränkt an

38 Weitere wichtige : BMP (Bitmap, Pixelgrafik) Unkomprimiertes und damit speicherintensives Bildformat. Standardformat unter Windows. Vorteil: verlustfreie Abspeicherung der Bildinformationen, alle bekannten Bildbearbeitungsprogramme haben eine Schnittstelle um BMP Dateien zu laden bzw. in diesem Format zu speichern Nachteil: hoher Speicherbedarf

39 Zusammenfassung: - verschiedene für unterschiedliche Zwecke - eine Kompression bringt nicht zwangsläufig eine sichtbare Qualitätsminderung mit sich Fragen: Wann sollten zum Einsatz kommen, die alle Bildinformationen verlustfrei abspeichern? Was ist der große Nachteil dieser Formate? Erläutern Sie den Unterschied zwischen GIF und JPEG Dateien!

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