Bildkompressionsverfahren am Beispiel JPEG (PDF)

Facharbeit (Schule) aus dem Jahr 2022 im Fachbereich Informatik - Angewandte Informatik, Note: 12, , Sprache: Deutsch, Abstract: Wie ist es in unserem modernen Zeitalter überhaupt möglich, hunderte Fotos auf unseren Smartphones zu speichern, unseren Freunden innerhalb von Sekunden ein Video per WhatsApp zu senden oder selbst bei schlechter Internetverbindung noch ein YouTube-Video streamen zu können? Für all dies ist ein Prozess unverzichtbar, nämlich Kompression. Das Ziel einer Kompression ist es, dass die Dateigröße pro Bild möglichst gering ist. Ein unkomprimiertes Bild hat bei einer Auflösung von 12 Megapixel eine Größe von beispielsweise 46 Megabyte, komprimiert hingegen nur 4,1 Megabyte. Obwohl das komprimierte Bild nur einen Bruchteil der originalen Dateigröße besitzt, ist kaum ein Qualitätsverlust ersichtlich. Grund hierfür ist, dass nur die Informationen gespeichert werden, die für die Wahrnehmung des Bildes relevant sind. Denn wie in der folgenden Arbeit gezeigt wird, nutzen solche Kompressionsalgorithmen die Schwächen der menschlichen Sinneswahrnehmung auf raffinierte Art und Weise aus, um mit möglichst wenig Informationen ein Bild darzustellen.

Wir dokumentieren unseren Alltag immer mehr mit unseren Smartphones, um unsere Erlebnisse dann in Form von Bildern und Videos auf Instagram, Facebook und Co. zu teilen. Auf Instagram werden beispielsweise jeden Tag mehr als 100 Millionen neue Fotos gepostet. Dabei ist es wichtig, dass die Datenmenge pro Foto möglichst gering ist, damit zum einen die Aufnahmen schneller hoch- oder heruntergeladen (übertragen) werden können und zum anderen, egal ob Server oder Smartphone, möglichst wenig Speicherplatz pro Foto eingenommen wird. Gar nicht so einfach, denn die Auflösung von Kameras, insbesondere von Smartphonekameras, wird immer höher, die Qualität der Bilder demzufolge immer besser. Wohingegen das erste iPhone aus 2007 noch 2 Megapixel hatte, haben moderne Smartphones 50 Megapixel oder mehr. Das heißt, ein Computerbild (digitales Bild) besteht aus immer mehr Pixeln (Bildpunkten) und es müssen demzufolge auch mehr Informationen gespeichert werden, sodass die Datenmenge pro Bild ansteigt.