Verlustbehaftete Bildkomprimierung für das DMS
Bislang war immer die Rede von der Menge der unkomprimierten Rohdaten. Bilddaten werden in einer Datenbank oder auf einem Datenträger jedoch nur komprimiert abgelegt. Das Komprimieren wird beim Speichern der Bilddaten in eine Datei oder die Datenbank durchgeführt.
Bilddaten können verlustfrei oder mit Verlusten komprimiert werden. Beide Methoden haben ihre spezifischen Vorteile und Nachteile. Sie sollten hier Regeln beachten, die bestimmen welche Komprimierung wann und wo eingesetzt werden kann.
Verlustbehaftete Komprimierung mit JPEG
JPEG 60%:
JPEG 30%:
JPEG 0%:
Die zentrale zugrunde liegende Komprimierungsmethode stellt hier die JPEG-Komprimierung un Ihren verschiedenen Formen dar. JPEG ist eine variable Komprimierung: Durch die Angabe eines Prozentsatzes wird die Stärke der Komprimierung festgelegt. Dieser Prozentsatz entspricht dem Anteil der im komprimierten Bild verbleibenden Bildinformationen des Originals. Die JPEG-Komprimierung ist nur auf Farben (24 Bit) und Graustufen (8 Bit) anwendbar.
JPEG begegnet uns in vielen Bereichen und Dateitypen. Neben den allgegenwärtigen JPG-Dateien wird die JPEG-komprimierung auch in TIFF, PDF und in der Videokomprimierung von MPeg 2 (z.B. im digitalen Überall-Fernsehen DVB-T) verwendet.
Stark vereinfacht werden bei JPEG zwischen zwei Bildpunkten weitere Bildpunkte weggelassen und aus den beiden Endpunkten wird ein Farbverlauf errechnet bzw im günstigsten Fall die Wiederholung gleichartiger Pixel. Diese Farbverläufe sind die wesentliche Stärke von JPEG, für Dokumente aber auch die größte Schwäche.
Beim Einsatz für die Komprimierung von Fotos für das Internet lassen sich auch bei einer Qualität von 10% (verbliebene Bildinformation) noch aussagekräftige Bilder für Internetseiten gestalten. Durch das Einplanen von Detailverlusten bei Fotos ist es möglich extrem kleine Dateien zu erzeugen, die mit verlustfreier Komprimierung (wie z.B. im PNG-Format) nicht zu erreichen sind.
Dokumente bestehen dagegen aus klaren Grenzen zwischen Hell und Dunkel (Schrift und Hintergrund). Hier hat JPEG deutliche Probleme: Reine Schwarz-Weiß Bilder werden in Graustufen umgesetzt, wobei sich die Datenmenge um den Faktor 8 erhöht. Die Anschließende Komprimierung verunreinigt das Bild durch Artefakte: Bei zu starker Komprimierung bilden sich an den Schwarz-Weiß Grenzen kurze Farbverläufe, die einzelnen Buchstaben "bluten aus".
Die Bilder auf der rechten Seite veranschaulichen diese Schwäche: Im Original (2 Farben Bitmap) ist die Schrift scharf. Bei einer JPEG-Komprimierung von 60% sind noch alle Details vorhanden, bei 30% erscheinen die ersten Artefakte. Bei einer Komprimierung auf 0% (Sie sehen der Wert ist nur eine Vorgabe, die Bildinformationen werden nicht wirklich auf 0% reduziert) sind die Artefakte deutlich zu sehen.
Ich habe die Bilder auf der rechten Seite in ein verlustfreies GIF-Format konvertiert und stark vergrößert, um den Effekt deutlicher sichtbar zu machen.
Speichergrößen für JPEG-komprimierte Bilddaten
| Qualitätsstufe | Dateigröße |
|---|---|
| 60% | 917 kByte |
| 30% | 661,3 kByte | 10% | 515,7 kByte | 0% | 454,1 kByte |
Neben den Artefakten hat JPEG noch einen anderen gravierenden Nachteil als für die Komprimierung von gescannten Dokumenten: Die komprimierten Bilddaten sind zu groß.
Die Tabelle bezieht sich auf eine Seite im Format DIN A4 die mit 300 dpi mit 1 Bit Farbtiefe gescannt wurde. Um die Dateien als JPEG speichern zu können, wurde die Farbtiefe auf Graustufen erhöht, ohne jedoch die Farbanzahl zu verändern.
Hier wird deutlich, daß selbst unter großen Qualitätsverlusten die Dateigröße eigentlich nicht unter 40% der Originaldatenmenge von 1,04 MByte zu bringen ist. Die Datenmenge für Schwarz/Weiß bleibt zu groß. Die Komprimierungsrate wird je nach eingescanntem Dokument und verwendetem Programm variieren, die Angaben sind also keine absoluten Werte. Insbesondere werden die erzielbaren Komprimierungsraten bei detailarmen Fotos deutlich höher ausfallen.
Klare Aussage: Auch wenn die JPEG-Komprimierung fast die bekannteste am Markt ist, für Dokumente ist sie ungeeignet.
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