Verlustbehaftete Komprimierung

Licht fällt auf ein menschliches Auge. Zellen in der Netzhaut erzeugen elektrische Signale. Nervenbahnen leiten die Signale in das Gehirn. Hier werden diese Signale ausgewertet und im Bewusstsein entsteht ein Bild, ein Gedanke.
Es ist ein wirkliches Wunder, wie schnell und richtig Auge, Nerven und Gehirn diese riesige Flut von Informationen zu sinnvollen Eindrücken verarbeiten - während wir gleichzeitig hören, schmecken, riechen, fühlen, reden, laufen, nachdenken ...
Damit der Übersetzungsprozess von Sinneseindrücken zu Bildern im Bewusstsein so schnell und perfekt funktioniert, hat das menschliche Gehirn eine Reihe von Hilfsmechanismen entwickelt. Einen dieser Hilfsvorgänge kann man so beschreiben: „Es kommt gar nicht auf jede einzelne Sinnes-Information an – wenn der grobe Eindruck eine bekannte Bildinformation nahe legt, ergänzt das Gehirn den Rest“.

Optische Täuschungen wirken dadurch, dass sie die Hilfsmechanismen unseres Gehirn so anwerfen, dass falsche Interpretationen entstehen. Unser Gehirn bewertet z.B. spitze Winkel anders als stumpfe Winkel. Deshalb funktioniert die unten abgebildete optische Täuschung.

Diese Erkenntnisse hat man bei der Komprimierung digitaler Bilder verwendet. Auch wenn man einige kleine Änderungen an einem Bild vornimmt, bleibt der Gesamteindruck (für ein menschliches Auge) unverändert. Verlustbehaftete Komprimierungsverfahren verändern eine Bilddatei so, dass sie möglichst wenig Speicherplatz benötigen, ohne dabei den Bildeindruck zu verfälschen.
Dazu kann man z.B.

• einzelne Bildpunkte mit seltenen Farben „weglassen“, also durch die Farbe ihrer Umgebung ersetzen
• ähnliche Farben „gleich machen“, d.h. durch eine Mischfarbe ersetzen
• nebeneinander liegende Pixel, die sich wenig unterscheiden, durch gleiche Pixel ersetzen

Diese „kleinen“ Veränderungen werden gezielt so ausgeführt, dass eine nachfolgende verlustfreie Komprimierung besonders wirksam ist.

JPEG

Das bekannteste verlustbehaftete Komprimierungsverfahren ist JPEG. Die Bezeichnung „JPEG“ geht auf das Gremium Joint Photographic Experts Group zurück, das die JPEG-Norm entwickelt hat. Dateien im jpeg-Format tragen die Dateiendung .jpg oder .jpeg.
Wie das JPEG-Verfahren im Detail funktioniert ist recht kompliziert. Um es zu verwenden, muss man das auch nicht wissen. Wenn man es jedoch benutzt, sollte man unbedingt wissen:

• Wie kann man Bilder im jpeg-Format speichern?
• Für welche Bilder eignet sich das jpeg-Format (und für welche nicht) ?
• Welche Vor- und Nachteile hat das jpeg-Format?
• Wie muss man mit Bildern umgehen, die im jpeg-Format vorliegen?

Man kann nämlich eine Reihe von Fehlern machen und dadurch "schlechte" Bilder erhalten.

Arbeitsblatt:

• Verlustbehaftete Komprimierung an einem Beispiel (PDF-Datei)