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Einführung
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Komprimierung
Es ist oftmals zweckmäßig, Daten vor Ihrer Übertragung zu komprimieren, da so
die verfügbare Bandbreite besser ausgenutzt werden kann.
Klassische Komprimierungsverfahren suchen in den Ausgangsdaten nach Redundanzen,
sprich nach sich wiederholenden Mustern. So ein Muster wird dann nur einmal
gespeichert, zusammen mit der Information, wie oft es zu wiederholen ist. Auf
diese Art arbeiten Kompressionsprogramme für Dateien wie z.B. pkzip, arj (DOS
/ Windows), gzip oder compress (Unix).
Ebenso arbeitet das Bildformat gif. Es setzt ein Palettenbild voraus, d.h. im
ganzen Bild können nur maximal 256 verschiedene Farben vorkommen. Nun wird
zeilenweise vorgegangen und gleichfarbige Bildpunkte oder Punktemuster werden
wie oben beschrieben komprimiert. Deswegen komprimiert gif bei großen
einfarbigen Flächen am besten.
Für Musik und "natürliche" Bilder erweist sich ein anderes Verfahren als
günstiger. Hier muss das ursprüngliche Signal nicht zwingend exakt reproduziert
werden. Es genügt, dass das Ohr bzw. Auge keinen Unterschied wahrnehmen kann.
Dazu macht man sich den Effekt zunutze, dass z.B. bei einem Gemisch lauter und
leiser Töne das Gehör die leisen sowieso nicht wahrnimmt. Man kann sie folglich
auch gleich weglassen.
Dies nennt man "verlustbehaftete Komprimierung". Erstmals populär wurde sie im
Audiobereich bei der Einführung der MiniDisc (MD). Im Bereich von
Kommunikationssystemen ist z.B. Real Audio im Internet populär, bei
Musikdateien ist "MP3" momentan sehr angesagt.
Die verlustbehaftete Komprimierung von Audiosignalen läuft folgendermaßen ab:
- Das Tonsignal wird einer Spektralanalyse unterzogen, d.h. zu jedem
Abtastzeitpunkt wird die Intensität aller im Signal enthaltenen Frequenzanteile
ermittelt.
- Nach einem psychoakustischen Modell (d.h. basierend auf Forschungen über
die Gehörfunktion des Menschen) werden nicht hörbare Frequenzanteile
ausgefiltert.
- So können Tonsignale ohne merkliche Verluste auf ca. 10% komprimiert werden.
Bei Fotos oder Gemälden funktioniert die Komprimierung ähnlich wie bei Tönen.
Das Bild wird dazu in Zonen zerlegt und die Spektralanalyse auf diese angewendet.
Auch hier werden schwach ausgeprägte Frequenzanteile verworfen.
Eine Schwäche hat das Verfahren an Kanten mit harten Kontrasten. Hier können
unregelmäßige Streumuster auftreten, die man als "Artefakte" bezeichnet.
Bei der Komprimierung von Videos kann zusätzlich zur verlustbehafteten
Komprimierung ein Vergleich aufeinanderfolgender Bilder miteinander eine
zusätzliche Datenreduktion bringen.
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