JPG
Wie soeben erläutert, liegen die Stärken von GIF in der Wiedergabe von
computergenerierten gleichfarbigen Flächen. Geht es dagegen um die Reproduktion einer
fotorealistischen Vorlage, reichen 256 Tabelleneinträge oft nicht aus, sanfte Farbverläufe
zu beschreiben. Hier kommt JPEG zu Hilfe, ein Verfahren benannt nach der Gruppe,
die es entwickelt hat, der Joint Photographic Expert Group, Mitglieder der
Standardisierungsgremien CCITT und ISO.
Zunächst wird das RGB-Bild in den YUV-Raum transformiert, d. h. die Farbinformation
wird verlustfrei durch einen Helligkeitsanteil Y und zwei Farbdifferenzen U und V
kodiert. Da das Auge für Helligkeitssprünge sensitiver ist als für Farbdifferenzen, kann
man nun die Y-Matrix in der vollen Auflösung belassen und in den U, V-Matrizen
jeweils 4 Pixel mitteln (4:1:1 Subsampling).
Für je 4 Originalpixel mit insgesamt 12 Bytes werden nun 4 + 1 + 1 = 6
Bytes benötigt (pro Bildpunkt also 6 mal 8/4 = 12 Bit). Die Reduktion beträgt
50%.
Nun werden die drei Matrizen in Blöcke mit 8 × 8 Abtastwerten aufgeteilt.
Anschließend durchlaufen die Blöcke folgende Schritte:
Diskrete Cosinus Transformation: Hierdurch wird die 8 × 8 Ortsmatrix verlustfrei in eine
8 × 8 Frequenzmatrix umgewandelt. Die Helligkeitsinformation einer Fläche ist nun kodiert als
Überlagerung von 64 zweidimensionalen Schwingungen.
Quantisierung: Die errechnete Matrix hat längs einer im Zickzack laufenden Scanline von
links oben nach rechts unten Werte abnehmender Größe. Da die Werte rechts unten den hohen,
für das menschliche Auge eher unwichtigen Frequenzen entsprechen, werden alle Einträge längs
dieser Scanline durch Faktoren zunehmender Größe dividiert.
Komprimierung: Die Folge der quantisierten Koeffizienten wird einer Lauflängenkomprimierung
unterzogen und anschließend durch eine empirisch ermittelte Huffman-Tabelle kodiert.
Um aus dem komprimierten Bild das Original zu rekonstruieren, werden die
Schritte in umgekehrter Reihenfolge und inverser Funktionalität durchlaufen.
Abbildung 3 zeigt die Auswirkungen der drei Phasen angewendet auf eine 8 × 8
Grauwertmatrix.
Durch die Wahl der Rundungstabelle läßt sich der Tradeoff zwischen Qualität
und Kompression beliebig steuern. Ein typisches Farbbild läßt sich auf etwa
5% seiner Originalgröße reduzieren, ohne daß ein menschlicher Betrachter die
Detailfehler bemerken könnte. Bei 2% und weniger entstehen deutlich sichtbare
Artefakte in Form von einfarbig gefärbten Klötzchen. Abbildung 4 vergleicht die
Auswirkungen zweier Kompressionsgrade an einer Vorlage mit fein abgestuftem
Helligkeitsverlauf.
DjVu
In den Forschungslaboratorien des amerikanischen Kommunikationsspezialisten
AT&T wurde im Jahre 1998 ein neues Bildformat ausgebrütet, welches die
Grafikindustrie revolutionieren könnte: DjVu, gesprochen deschah wü. Hiermit ist der aus
dem französischen stammende Begriff deja vu (schon mal gesehen) gemeint, und