Datenkompression

Inhalt

Dateikompression (allgemein)

Unter "Dateikompression" werden Verfahren verstanden, mit denen es möglich ist (mehrere) Dateien verlustfrei in ihrer Größe zu reduzieren und wiederherzustellen.

Folgende Verfahren sind bekannt:

Verfahren Suffix (typisch) Kommando AIX HP-UX SunOS Linux MS-DOS Windows 95 Windows NT Quelltext
ZIP/PKZIP .zip zip, unzip hera (nur unzip) ? ? unzip zip, unzip, pkzip, pkunzip siehe DOS, winzip siehe Win95 ?
GZIP .gz + + + + + gzip.exe gzip.exe gzip.exe  
BZ2 .bz, .bz2 bzip2, bunzip2 - - - bzip2, bunzip2 - - - ?
ARJ .arj arj, unarj - - - unarj arj241.exe arj241.exe arj241.exe -
ARC .arc   - - - - ARCE.COM ARCE.COM ARCE.COM -
LHARC .lha lha124 - - - lha lha213.exe lha213.exe lha213.exe -
RAR .rar rar.exe - - - - RAR.EXE RAR.EXE RAR.EXE -

Ohne Kompression, aber zur Archivierung: TAR

Bilddatenkompression

Zur Kompression von Bilddaten (Punktinformationen = Bitmaps) werden zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren angewandt:

Verlustfreie Kompression

Diese Verfahren suchen i.A. nach sich wiederholenden Mustern in einer Zeile und legen Informationen über diese und die Anzahl Ihres Auftretens ab (siehe Beispiel PCX). Generell können aus den komprimierten Daten die Originaldaten verlustfrei rekonstruiert werden.

Einige bekannte Verfahren/Formate:

  • PCX: originales Format von Paint-Brush, wird kaum noch verwendet
  • BMP: Microsoft Windows Standard Format (RunLength-Encoding)
  • GIF: CompuServe Format, (LZW; Lempel-Ziv-Welch)
  • PNG: Portable Network Graphics, gilt als Nachfolger von GIF jedoch ohne Animation (Lizenzfrei)
  • Tiff: Tag Image File (Aldus, HP, Microsoft)
Gebrächlichstes Format ist GIF. Achtung: GIF, genauer LZW ist durch ein Patent von UNISYS geschützt. Das UNISYS Patent ist inzwischen ausgelaufen, d.h. GIF - und damit LZW kann frei verwendet werden.

Alle genannten Formate können z.B. mit GIMP gelesen und geschrieben werden. BMP kann mit dem, zu MS Windows mitgelieferten "Malprogramm" Paint gelesen und geschrieben werden.

GIMP ist ein kostenlosen OpenSource Bildbearbeitungsprogramm für alle gängigen Betriebssysteme.

Verlustbehaftete Kompression

Grundlage ist die Annahme, daß nicht alle Informationen eines Bildes wirklich nötig sind. Die verlustbehafteten Verfahren führen im Wesentlichen eine Analyse der originalen Bilddaten im Frequenzraum aus, eliminieren marginale Anteile und erzielen somit Verdichtungsverhätnisse zwischen 1:10 .. 1:200. Je nach Kompressionsverhältnis treten im rekosntruierten Bild insbesondere bei größeren, gleichartigen Bildbereichen Artefakte auf.

Bekannte Verfahren/Formate:

  • JPEG: Verdichtung 1:10 .. 1:70, Cosinustransformation (häufigstes Bilddateiformat mit v. Kompression)
  • Waveletkompression: Verdichtung bis 1:200, Funktionenraum aus Wavelets
  • Fraktale Kompression: Suche nach selbstähnlichen Strukturen, damit Elimination redundanter Daten

JPEG Dateien können mit allen gängigen Bildbearbeitungsprogrammen gelesen und weiterverarbeitet werden.
Für die Nutzung von JPEG in selbstgeschriebenen Anwendungen steht die JPEG Bibliothek bereit.

Videokompression

Grundlage der Videokompressionstechniken sind i.A. verlustbehaftete Kompressionsverfahren. Wie auch bei der Bildkompression werden Analysen in geeigneten Frequenz/Funktionenräumen durchgeführt.
  • Komprimierung von Frames: die einzelnen Frames werden für sich komprimiert und dann aneinander gekettet
  • Differenzdatenbildung: beginnend mit einem Referenzframe werden im "Vorwärtsschnitt" die Differenzen zu den folgenden Frames gebildet und nur diese im Datenstrom abgelegt
Videodatenströme können generell auch komprimierte Audio-Daten enthalten. Bekannte Verfahren/Formate:
  • Motion JPEG basierte Fomrate:
    • AVI (.avi)
    • Apple Quicktime (.mov)
  • MPEG ist zur Zeit in zwei Video-Versionen üblich
    • MPEG-I (.mpg): Standardformat für Video CD (Hinweis: DVD bezeichnet lediglich das Aufzeichnungsverfahren mir zwei Spuren)
    • MPEG-II (.mpg, .mp2): Standardformat für das digitale Fernsehen
    MPEG-III (.mp3): Verfahren zur Kompression reiner Audio-Daten
AVI, MOV und MPG Dateien können unter Windows mit dem Media-Player unter zu Hilfenahme von AVI und MPEG Codecs (Multimediatreiber) bzw. Apple Quicktime abgespielt werden.