Welche Datenkompression ist für meine Anwendung am besten geeignet?

Welche Datenkompression ist für meine Anwendung am besten geeignet?

Jedes hier beschriebene Datenkompressionsverfahren wurde für bestimmte Anwendungen optimiert. Generell unterscheidet man zwischen verlustfreien und verlustbehafteten Verfahren. Die Grafik-Dateiformate TIFF, PNG, GIF und PDF bieten ein verlustfreies Kompressionsverfahren an, bei dem sich wiederholende Bitmuster in den Rohdaten gesucht und diese nur einmal abgespeichert werden. Daher geht bei dieser Art von Kompression keine Information verloren, jedoch hängt der erreichbare Kompressionsgrad vom Inhalt des Bildes ab und kann nicht vorher festgelegt werden. Bei GIF ist die Anzahl Farben auf 256 beschränkt, es ist also zum Speichern von Fotos nur selten geeignet. TIFF und PDF können auch verlustbehaftet komprimieren.

JPEG und JPEG2000 (die man auch beim Erzeugen von PDF wählen kann) werden als verlustbehaftete „Kompressionsverfahren“ bezeichnet, sind aber eigentlich Datenreduktionsverfahren, da sie kleine, für das Auge nicht sichtbare Einzelheiten weglassen. Das bedeutet aber nicht, dass zum Beispiel eine dünne Linie einfach weggelassen würde; ihre Koordinaten und die Dicke der Linie wird mit verringerter Genauigkeit gespeichert: Es werden Rechtecke von 8*8 Bildpunkten untersucht und bei JPEG wendet man eine 2D-Fouriertransformation (diskrete Cosinus-Transformation) darauf an und entscheidet, welche Koeffizienten kleiner als ein vorgegebener Schwellwert sind. Diese werden dann nicht abgespeichert. Bei der Wavelet-Transformation von JPEG2000 verwendet man eine Annäherung durch verallgemeinerte BSplines. Der gewünschte Kompressionsgrad legt fest, wieviele Kontrollpunkte mit welcher Genauigkeit gespeichert werden. Der erzielbare Kompressionsgrad für die Betrachtung eines Bildes am Bildschirm mit 1024*768 Punkten ist beachtlich.

Eine Reduktion bis zu 90 Prozent zeigt für den unvoreingenommenen Betrachter keine Unterschiede zum Original. Erst eine Erhöhung der Reduktion auf 95 Prozent lässt bei einigen JPEG-Bildern Artefakte sehen, die aber im akzeptablen Rahmen bleiben. Bei Wavelet erscheinen ähnliche Artefakte erst bei einer Reduktion um 98 Prozent.

Unabhängig von der Datenreduktion bleibt die Anzahl Bildpunkte immer erhalten, da bei der Anzeige des Bildes oder seiner Weiterverarbeitung aus den gespeicherten Koeffizienten der Fourier- bzw. Wavelett-Transformation das originale Raster der Bildpunkte wieder hergestellt wird.

Vergleich der Speicher- und Kompressionsverfahren

  Vorteile Nachteile
TIFF
  • Wählbare Kompression,
    keine Datenreduktion üblich, jedoch möglich!
  • Wählbare Kompressionsverfahren (Lauflängenverfahren, Huffman-, Packbits-Verfahren)
  • Volle Farbauflösung, auch mehr als 8 bit pro Farbauszug
  • Optimiert für Linienzeichnung (Text), rechnergenerierte Bilder mit 2, 256 und 16 Millionen Farben
  • Wenig rechenintensives Verfahren
  • Nicht alle Leseprogramme können alle Kompressionsverfahren umsetzen
  • Schwache Kompression
  • Rauschen und Unschärfe natürlicher Bilder beeinträchtigt die Kompression
  • Zahlreiche Varianten (Kompressionsverfahren) von TIFF verhindern reibungslosen Austausch von Dateien
GIF
  • Verlustfreie Kompression, keine Datenreduktion
  • Optimiert für Linienzeichnung und rechnergenerierte Bilder mit 2, 256 Farben
  • Weit verbreitetes Verfahren
  • Beschreibender Text kann hinzugefügt werden
  • Animationsmöglichkeiten im WWW
  • Maximal 256 Farben. Damit wenig geeignet für Fotos natürlicher Szenen, da das Auge empfindlich auf Farbreduktion reagiert
  • Rauschen und Unschärfe natürlicher Bilder beeinträchtigt die Kompression
JPEG
  • Einstellbare Datenreduktion bis zum automatischen Erzeugen von Icons
  • Optimiert für natürliche Bilder mit 16 Millionen Farben. Keine Farbreduktion nötig
  • Rauschen beeinträchtigt die Datenreduktion nur wenig
  • Unschärfe verbessert die Datenreduktion
  • Rigide Norm vereinfacht den Datenaustausch
  • Informationsverlust kann statistische Bildverarbeitung beeinträchtigen
  • Bei rechnergenerierten Bildern mit wenig Farben und hoher Kantenschärfe entstehen sichtbare Artefakte bei hoher Datenreduktion
  • Wenige Farben bringen keine Ersparnis
  • Höherer CPU-Zeitverbrauch im Vergleich zu TIFF und GIF
JPEG2000
  • Einstellbare Datenreduktion bis zum automatischen Erzeugen von Icons
  • Optimiert für 2, 256 und 16 Millionen Farben
  • Rauschen und Unschärfe beeinträchtigen die Datenreduktion nur wenig
  • Visuell beste Ergebnisse auch bei extremer Datenreduktion
  • Bei rechnergenerierten Bildern mit wenig Farben und hoher Kantenschärfe entstehen sichtbare Artefakte bei hoher Datenreduktion
  • Hoher CPU-Zeitverbrauch im Vergleich zu TIFF und GIF
  • Noch wenig verbreitet