Algo Vision LuraTech GmbHhttp://www.algovision-luratech.com

Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte

Dr. Michael Thierschmann

IfKom-Forum 200215. März 2002

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Übersicht

Firmenprofil

Grundlagen der Datenkompression Kompressionsverfahren Kodierungstechniken

Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren Ebenenzerlegung Eigenschaften und Einsatzbereiche von LuraDocument

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Firmenprofil

1.3.2002 Übernahme der Operations der LuraTech GmbH durch Algo Vision -->Algo Vision LuraTech GmbH100%-Tochter der Algo Vision Plc.

LuraTech ursprünglich gegründet 1994 in Berlin anläßlich der Verleihung eines Forschungspreises für LuraTechs Wavelet-Algorithmus für Bildkompression durch das DLR (ehm. DARA)

Standorte Berlin und Redwood City zur Zeit 26 Mitarbeiter Entwicklung von Kompressionssoftware und -hardware

im Produkt- und Projektgeschäft Realisierung von Bildarchivlösungen für das WEB

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Hintergrund / Szenario

Bedarf an datenintensiven Applikationen über mobile Systeme wächst Märkte: Digitale Photographie, MedTech, DMS, etc. Warum mobil: Verfügbarkeit, Zeit, Kosten, Redundanz

Derzeit verfügbare Bandbreiten reichen nicht aus! Aber: Anwachsen der Bandbreite von GSM zu UMTS Verwendung von mobilen Endgeräten wird massiv

anwachsen Datenmengen werden überproportional anwachsen Herkömmliche Kompressionsverfahren (z.B. JPEG) sind

nicht ausreichend in Qualität und Funktionsumfang Neue Standards mit JPEG2000

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Kompressionsverfahren

Kompressionsverfahren

verlustbehaftet verlustlos

kleinster maximaler

Fehler

kleinster mittlererFehler

Daten,Programme

Bilder Daten,Programme

Bilder

lossless

lzw, gzip, arjcompress

lossless

JPEG LSLuraWave.jp2

lossy

JPEG, MPEGLuraWave.jp2LuraDocument

near lossless

(LuraWave.jp2)

Modi

Programme

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Einsatzbereiche

Kompressionsfaktor =

Originalbildgröße

Dateigröße des komprimierten Bildes

Origi

nal

1 2 5 50 100

LuraWave.jp2 (JPEG2000)

verlus

tlos

Kompressionsfaktor

verlustbehaftet

JPEG

Kompressionsfaktor 100 eines Graustufenbildes bedeutet Kompressionsfaktor 100 eines Graustufenbildes bedeutet 0.08 Bit pro Pixel0.08 Bit pro Pixel

TIFF

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Redundanz

Bild- und Videodaten sind Bild- und Videodaten sind redundantredundant

örtlichörtlich zeitlichzeitlich

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Kompression durch Redundanzbeseitigung

Örtliche Redundanzbeseitigung Prädiktionskodierung Transformationskodierung

DCT (JPEG, MPEG) Waveletkodierung (JPEG2000)

Zeitliche Redundanzbeseitigung Bewegungskompensierte Prädiktionskodierung 3D - Waveletkodierung

Spektrale Redundanzbeseitigung Waveletkodierung Fraktale Kodierung

Kontextbezogene Redundanzbeseitigung

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Prädiktionskodierung (pixelbasiert)

Redundanzreduktion durch Vorhersage des Redundanzreduktion durch Vorhersage des aktuellen Pixels aus bekannten Pixeln aus der aktuellen Pixels aus bekannten Pixeln aus der Vergangenheit.Vergangenheit.

unbekannte Zukunft

bekannte Vergangenheit

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1D Transformationskodierung

GraustufenbildGraustufenbild VerbundverteilungsdichteVerbundverteilungsdichte(Auftretenshäufigkeit(Auftretenshäufigkeit)

f(x)Pixelintensität an gerader x-Position

f(x+1)Pixelintensität an benachbarterungeraderx-Position

x

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Basisfunktionen

DCT BasisblöckeDCT Basisblöcke KLT BasisblöckeKLT Basisblöcke

TransformsbasisTransformsbasisvon JPEG und MPEGvon JPEG und MPEG

Optimale Optimale TransformsbasisTransformsbasis(bildabhängig)(bildabhängig)

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Partielle Kodierung

OriginalOriginal

LuraWave.jp2LuraWave.jp2(JPEG2000)(JPEG2000)

Rekonstruktion mit1 2 4 8 Koeffezienten

(JPEG) DCT(JPEG) DCT

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Einstufige Wavelet-Transformation

OriginalbildOriginalbild Einstufige ZerlegungEinstufige Zerlegung

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Vorteile von LuraWave.jp2 (JPEG2000)

Im Vergleich zum gegenwärtig verbreiteten Standard JPEG: Deutlich verbesserte Bildqualität bei gleicher Kompressionsrate, bzw. kleinere Dateigrößen bei gleicher Bildqualität Vergrößerter Funktionenumfang, und als Standard verabschiedet

LuraWave.jp2: 8 kByteISO-Standard (JPEG): 8 kByte Original: 1229 kByte

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Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren

am Beispiel von „LuraDocument“

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Einsatzbereiche von LuraDocument

Dokumentenmanagementsysteme, z.B. EASY Software AG GFT Solutions GmbH Louis Leitz Digital Office GmbH SER AG

Archiv-Systeme, z.B. bit by bit Software AG Bauer-Vertriebs KG Minol Messtechnik Intuitive Inc. (Canon Medical)

Geoinformationssysteme, z.B. GEBIG GIS GmbH Tensing SiCad

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Einsatzbereich von LuraDocumentOrig

inal

1 2 5 50 100 500

JPEG

LuraWave.jp2

verlu

stlo

s

LuraDocument (farbig)

LuraDocument (s/w)

Fax G4 (s/w) Kompressionsfaktor

verlustbehaftet

Textenicht lesbar

ohne Farben s/w (bitonal)

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Digitale Dokumente

Digitales Dokumentist vorhanden

OriginalformatPDFFax Group 4

TIFF

GIFJPEGFax Group 4

LuraDocument

Digitales Dokumentist nicht vorhanden,aber ein Ausdruck

Scanner + Kompression

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Problem der Dokumentenkompression

Dokumente bestehen aus unterschiedlichsten Komponenten:

• Texte • Bilder• Graphiken / Logos (farbig / schwarzweiß)

Hohe Kompression mitBildkompressionsverfahren:

Text nicht lesbar

Archivierung mit Fax Group 4: Verlust der Farbigkeit

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Ebenenzerlegung

Textfarbe

binäresMaskenbild

Hintergrund-bild

Zerlegung des Dokumentsin drei Ebenen:

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Funktionsprinzip

• LuraWave Kompression für Bildanteile• Kontextbasierte arithmetische Kodierung oder Fax Group 4 für

bitonales Textbild

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Arbeitsschritte der Kodierung

OriginalQuantisierungTextdetektionTextfarbenbestimmungTextentfernung

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Separation

Optimale Separation: gute Lesbarkeit

einfache Struktur der einzelnen Ebenen

sehr hoher

Kompressionsgewinn

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Dekodierung

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Arbeitsschritte der Dekodierung

bitonales Textbild

+

+ Textfarbenbild

+

+ Hintergrundbild = Rekonstruktion

=

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Kompressionsvergleich

Original

55 kB158 kB162 kB

Fax G4 LuraDocumentJPEG

23,8 MB

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Kompressionsvergleich

Original

55 kB158 kB162 kB

Fax G4 LuraDocumentJPEG

23,8 MB

Textbereich

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Qualitätsvergleich

Original (24 MB)

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Qualitätsvergleich

Fax Group 4 (1:240 100 kB)

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Qualitätsvergleich

LuraDocument (1:460 52 kB)

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OCR von schwierigen Dokumenten

Original 20 MB

LuraDocument 61 kB

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OCR bei schwierigen Dokumenten

Textbridge (FaxG4: 255 kB)

Textbridge (LDF als FaxG4: 40 kB)

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Dr.-Ing. Michael ThierschmannGeschäftsführung Marketing & VertriebAlgo Vision LuraTech GmbH

m.thierschmann@algovision-luratech.deTel: ++49 30(0) 39 40 50-0Fax: ++49 30(0) 39 40 50-99

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