Home

Vorlesung Informatik 1 - Teil B: Theorie

3.1 JPEG

Joint Photographic Experts Group: Komitee der ISO und ITU-T (früher CCIT) International Telecommunication-Union (Fernmenmelde-Union) und darin der  Telecommunication Standardization Sector. 

DIGITAL COMPRESSION AND CODING OF CONTINUOUS-TONE STILL IMAGES

Ausgangsformat: RGB oder YUV Bilder mit 8 oder 12 Bit 

Farbdifferenz (YUV) Farbmodell:

Y: Luminanz (Helligkeit):    Y=0,299 R + 0,578 G + 0,114 B

U,V: Chrominanz (Farbe):    U = 0,493 (B - Y)
                                             V = 0,877 (R-Y)

U und V kann man mit geringerer Quantisierungsstufen speichern, weil das Auge Helligkeit höher auflöst als Farbe. 

Ursprünglich im Farbfernsehen eingesetzt, damit S/W (BAS) und Farbsignale (FBAS) kompatibel sind. 

Der eigentliche JPEG Algorithmus:

Es gibt vier Modi:

  • Sequentieller DCT Modus: das am häufigsten verwendete Standard-Verfahren

  1. Die Kanäle (RGB oder YUV) werden getrennt behandelt und in Blöcke von 8*8 Pixel aufgeteilt.
  2. Für jeden Block wird eine Diskrete Cosinustransformation (DCT)  durchgeführt.
  3. Die DCT Koeffizienten der Blöcke werden unterschiedlich stark quantisiert, in der Regel werden höhere Frequenzen mit weniger Bits aufgelöst, geringe Frequenzen mit höherer Auflösung gespeichert. Die Auflösung für jeden Koeffizienten wird in einer Quantisierungs-Matrix (QM) festgelegt.
  4. Ein JPEG Bild kann bis zu vier verschiedene Quantisierungs-Matrizen enthalten.
  5. Schritte 3 und 4 können wiederholt werden, um die Quantisierungs-Matrizen zu optimieren. 
  6. Für jeden 8*8 Block im Bild wird die beste der vier Quantisierungs-Matrizen gewählt  und die endgültige Quantisierung vorgenommen.
  7. Es folgt eine Entropie-Codierung (Huffman oder arithmetisch) der quantisierten koeffizienten

Im JPEG File sind also bis zu vier Quantisierungs-Matrizen, die Tabelle mit dem Huffman-Code sowie die Huffman codierten DCT Koeffizienten gespeichert.

Weitere JPEG Modi:

  • Progressiver DCT-Modus: das Bild wird in mehreren Durchgängen codiert und übertragen, wobei die Qualität und Datenmenge zunimmt. DieÜbertragung stoppt, wenn der Empfänger mit der Qualität zufrieden ist.
  • Hierarchisch progressiver DCT- Modus : Es gibt eine gering aufgelöste Version (Vorschaubild) und eine höher aufgelöste Variante, die bei Bedarf geladen wird.
  • Verlustfreier Modus: ohne Quantisierung
Anwendung: Wie im Titel schon angedeutet 'Continuous Tone Images', also Fotos und Bilder mit Farb- und Grauwertverläufen. Weniger geeignet für Logos und Infografiken, da es an scharfen Rändern zu Artefakten kommt.

Lehrvideo (YouTube)