Was ist Bildkomprimierung und wie funktioniert sie? Ein Überblick

Bei der Bildkomprimierung handelt es sich um einen Prozess zur Reduzierung der Bilddateigröße. Durch die Bildkomprimierung werden die Abmessungen eines Bildes nicht verändert, sondern stattdessen dessen Daten komprimiert.

Im Wesentlichen werden eine Komprimierung und ihr Dateityp sofort angewendet, wenn das Bild erstellt wird. Der Komprimierungstyp hängt normalerweise vom Gerät ab, mit dem das Bild erstellt wurde. Auch die zum Speichern und Speichern der Bilder eingesetzte Software.

Das Hauptziel der Bildkomprimierung besteht darin, die zur Darstellung eines Bildes erforderliche Datenmenge zu reduzieren und die Speicherung, Übertragung und Verarbeitung effizienter zu gestalten. Die Komprimierung ist besonders wichtig in Situationen, in denen große Mengen an Bilddaten verwaltet werden müssen, beispielsweise in der digitalen Fotografie, beim Video-Streaming und bei Webanwendungen.

Es gibt zwei Haupttypen der Bildkomprimierung: verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung .

1. Verlustfreie Kompression:

   • Bei der verlustfreien Komprimierung kann das Originalbild aus der komprimierten Version perfekt rekonstruiert werden. Während des Komprimierungsvorgangs gehen keine Informationen verloren.
   • Zu den gängigen verlustfreien Bildkomprimierungsformaten gehören PNG (Portable Network Graphics), GIF (Graphics Interchange Format), RAW und BMP.
   • Die verlustfreie Komprimierung wird oft bevorzugt, wenn es darauf ankommt, jedes Detail des Bildes beizubehalten, sie erreicht jedoch möglicherweise nicht so viel Komprimierung wie verlustbehaftete Methoden.

2. Verlustbehaftete Komprimierung:

   • Durch verlustbehaftete Komprimierung werden höhere Komprimierungsraten erreicht, indem einige Informationen verworfen werden, die das menschliche Auge weniger wahrscheinlich wahrnimmt. Dies führt zu einer Verringerung der Bildqualität, das Ziel besteht jedoch darin, den Wahrnehmungsunterschied zu minimieren.
   • Zu den gängigen verlustbehafteten Bildkomprimierungsformaten gehören JPEG (Joint Photographic Experts Group) und WebP.
   • Die verlustbehaftete Komprimierung eignet sich für Szenarien, in denen ein gewisser Qualitätsverlust akzeptabel ist, beispielsweise bei Multimediaanwendungen und webbasierten Bildern.

Wie funktioniert die Bildkomprimierung?

1. Transformationscodierung: Viele Bildkomprimierungsalgorithmen verwenden Transformationscodierung, bei der das Bild mithilfe mathematischer Transformationen wie der Diskreten Kosinustransformation (DCT) vom räumlichen Bereich (Pixelwerte) in einen Frequenzbereich transformiert wird. Die Transformationskodierung trägt dazu bei, den Großteil der Bildenergie auf weniger Koeffizienten zu konzentrieren, wodurch weniger wichtige Informationen leichter verworfen werden können.

2. Quantisierung: Nach der Transformation des Bildes wird eine Quantisierung angewendet, um die Präzision der transformierten Koeffizienten zu verringern. Bei diesem Schritt werden Werte gerundet oder gekürzt, was zu einem Informationsverlust führt. Bei der verlustbehafteten Komprimierung ist die Quantisierung aggressiver, um höhere Komprimierungsverhältnisse zu erreichen.

3. Entropiekodierung: Die quantisierten Koeffizienten werden dann mithilfe von Entropiekodierungstechniken wie Huffman-Kodierung oder arithmetischer Kodierung kodiert. Diese Techniken weisen häufiger vorkommenden Werten kürzere Codes zu, wodurch die Gesamtbitrate weiter reduziert wird.

4. Lauflängenkodierung: Zusätzlich zu den oben genannten Schritten verwenden einige Komprimierungsmethoden die Lauflängenkodierung, um Sequenzen mit identischen oder ähnlichen Werten effizienter darzustellen.

5. Prädiktive Codierung: In einigen Fällen wird prädiktive Codierung eingesetzt, bei der die Werte von Pixeln basierend auf benachbarten Pixeln vorhergesagt werden und die Differenz (Residuum) codiert wird.

Warum ist eine Bildkomprimierung erforderlich?

Die Bildkomprimierung ist aus verschiedenen Gründen unerlässlich. Der Hauptgrund kann darin bestehen, bei der Online-Bereitstellung von Bildern Bandbreite zu sparen.

Die Geschwindigkeit, mit der eine Website geladen wird, hängt von zwei Dingen ab: der Geschwindigkeit der Internetverbindung und der Menge der auf der Website gespeicherten Daten. Ersteres können wir zwar nicht kontrollieren; Letzteres können wir kontrollieren. Durch die Reduzierung der Größe der Bilder, die auf unserer Website platziert werden, verringern wir auch die Gesamtdatenmenge, die bei jedem Besuch eines Besuchers geladen werden muss. Das Komprimieren von Bildern ist für eine schnelle Website, die die Aufmerksamkeit des Benutzers fesselt, unerlässlich.

Hier sind die Hauptgründe für die Frage „Warum ist eine Bildkomprimierung erforderlich?“

1. Spart Platz : Komprimierte Bilder benötigen weniger Speicherplatz, was für die Archivierung großer Bildsammlungen und die Optimierung des Speicherplatzes von Vorteil ist.
2. Einfache Übertragung : Kleinere Bilddateien lassen sich schneller hoch- und herunterladen, wodurch die Bildfreigabe und die Ladezeiten von Websites verkürzt werden.
3. Spart Bandbreite : Reduzierte Dateigrößen sind entscheidend für eine effiziente Datenübertragung, die für Anwendungen wie Video-Streaming und Videokonferenzen unerlässlich ist.
4. Ladezeit reduzieren : Komprimierte Bilder sind für mobile Anwendungen und Websites unerlässlich, bei denen schnelle Ladezeiten und die effiziente Nutzung mobiler Daten von entscheidender Bedeutung sind.
5. Medizinische Bildgebung : In der medizinischen Bildgebung tragen komprimierte Bilder dazu bei, den Speicher- und Netzwerkübertragungsbedarf zu reduzieren und gleichzeitig die Diagnosequalität aufrechtzuerhalten.

Endgültiges Urteil:

Bei der Bildkomprimierung handelt es sich tatsächlich um Techniken zur Reduzierung der Dateigröße eines Bildes bei gleichzeitiger Beibehaltung einer akzeptablen Bildqualität. Die Eliminierung redundanter oder unnötiger Daten ist ein zentraler Aspekt dieses Prozesses und führt zu einer effizienteren Speicherung und Übertragung von Bildern. Durch die Implementierung von Komprimierungsmethoden können die Anforderungen an Speicherkapazität und Bandbreite erheblich reduziert werden, was sie für verschiedene Anwendungen, einschließlich digitaler Fotografie, Webinhalte und Multimedia-Kommunikation, praktisch macht.