Algo Vision LuraTech GmbH Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte Dr. Michael...

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

Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte

Dr. Michael Thierschmann

IfKom-Forum 200215. März 2002

Datenkompressionsverfahren für mobile Endgeräte, © Algo Vision LuraTech GmbHFolie 2

Übersicht

Firmenprofil

Grundlagen der Datenkompression Kompressionsverfahren Kodierungstechniken

Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren Ebenenzerlegung Eigenschaften und Einsatzbereiche von LuraDocument


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


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


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


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


Redundanz

Bild- und Videodaten sind Bild- und Videodaten sind redundantredundant

örtlichörtlich zeitlichzeitlich


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


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


1D Transformationskodierung

GraustufenbildGraustufenbild VerbundverteilungsdichteVerbundverteilungsdichte(Auftretenshäufigkeit(Auftretenshäufigkeit)

f(x)Pixelintensität an gerader x-Position

f(x+1)Pixelintensität an benachbarterungeraderx-Position

x


Basisfunktionen

DCT BasisblöckeDCT Basisblöcke KLT BasisblöckeKLT Basisblöcke

TransformsbasisTransformsbasisvon JPEG und MPEGvon JPEG und MPEG

Optimale Optimale TransformsbasisTransformsbasis(bildabhängig)(bildabhängig)


Partielle Kodierung

OriginalOriginal

LuraWave.jp2LuraWave.jp2(JPEG2000)(JPEG2000)

Rekonstruktion mit1 2 4 8 Koeffezienten

(JPEG) DCT(JPEG) DCT


Einstufige Wavelet-Transformation

OriginalbildOriginalbild Einstufige ZerlegungEinstufige Zerlegung


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


Rasterdatenkompression - Multilayer-Verfahren

am Beispiel von „LuraDocument“


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


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)


Digitale Dokumente

Digitales Dokumentist vorhanden

OriginalformatPDFFax Group 4

TIFF

GIFJPEGFax Group 4

LuraDocument

Digitales Dokumentist nicht vorhanden,aber ein Ausdruck

Scanner + Kompression


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


Ebenenzerlegung

Textfarbe

binäresMaskenbild

Hintergrund-bild

Zerlegung des Dokumentsin drei Ebenen:


Funktionsprinzip

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

bitonales Textbild


Arbeitsschritte der Kodierung

OriginalQuantisierungTextdetektionTextfarbenbestimmungTextentfernung


Separation

Optimale Separation: gute Lesbarkeit

einfache Struktur der einzelnen Ebenen

sehr hoher

Kompressionsgewinn


Dekodierung


Arbeitsschritte der Dekodierung

bitonales Textbild

+

+ Textfarbenbild

+

+ Hintergrundbild = Rekonstruktion

=


Kompressionsvergleich

Original

55 kB158 kB162 kB

Fax G4 LuraDocumentJPEG

23,8 MB


Kompressionsvergleich

Original

55 kB158 kB162 kB

Fax G4 LuraDocumentJPEG

23,8 MB

Textbereich


Qualitätsvergleich

Original (24 MB)


Qualitätsvergleich

Fax Group 4 (1:240 100 kB)


Qualitätsvergleich

LuraDocument (1:460 52 kB)


OCR von schwierigen Dokumenten

Original 20 MB

LuraDocument 61 kB


OCR bei schwierigen Dokumenten

Textbridge (FaxG4: 255 kB)

Textbridge (LDF als FaxG4: 40 kB)


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

[email protected]: ++49 30(0) 39 40 50-0Fax: ++49 30(0) 39 40 50-99

Kontakt

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