Einführung in die Bildbearbeitung 13.01.2014 Dr. Monique Jucquois-Delpierre Sven Sondermann Pixel...

04/11/23 Dr. Monique Jucquois-DelpierreSven Sondermann

Einführung in die BildbearbeitungEinführung in die Bildbearbeitung

Pixel oder Vektor?Pixel oder Vektor?

• Pixelgraphiken bestehen aus einzelnen Punkten (Pixel). Sie entstehen u.a. durch Scanner und DigiCams• Vektorgraphiken bestehen aus Linien (Vektoren) und der Füllung der daraus resultierenden Formen. Sie werden durch Umwandlung oder Handzeichnungen gewonnen.


Einführung in die BildbearbeitungEinführung in die BildbearbeitungDie Farbtiefe gibt an wie viele Farben man in einer Datei darstellen kann

Farbtiefe Maximale Farbanzahl

1 Bit Schwarz-Weiß

4 Bit 16 Farben

8 Bit 256 Farben

16 Bit 216 Farben (HiColor)

24 Bit 224 Farben (TrueColor)



Das additive RGB-Farbmodell

Rot Grün Blau

Die Mischung der drei Farben Rot, Grün und Blau ergibt Weiß.Die Sekundärfarben sind Cyan, Magenta und Gelb



Das subtraktive CMYK-Farbmodell

Magenta Gelb Cyan

Werden alle Prozessfarben zu maximalen Anteilen gemischt, ergibt sich die Farbe (theoretisch) Schwarz.



• Die Komprimierung wird u.a. über das Dateiformat bestimmt.

• Die Komprimierung läuft über komplizierte bildanalytische und mathematische Verfahren ab.

• Diese Verfahren Nutzen einerseits „Schwächen“ des menschlichen Auges, andererseits Analogien in Digitalen Bildern.

• Ziel der Komprimierung ist die Reduktion der Datenmenge für ein Bild mit möglichst keinem oder geringem Qualitätsverlust.



Bildformate und ihre KompressionstechnikenBildformate und ihre Kompressionstechniken

• es gibt zwei Arten Kompressionen:– verlustfreie Kompression: RLE-Algorithmus,

Huffman-Algorithmus, LZW-Verfahren• Bildformate: GIF, PNG, TIFF

– verlustbehaftete Kompression: DCT-Algorithmus

• Bildformate: JPEG



Kompressionsverfahren Kompressionsverfahren RLE-Algorithmus RLE-Algorithmus

• RLE = Run Length Encoding

• Aufeinander folgende Farbwerte werden zusammen- gefasst

• prüfen, ob gleiche Pixel mit gleicher Farbe folgen

http://www.uni-karlsruhe.de/~szm/kurse/techn-grundl/bmpcomp.html



Kompressionsverfahren Kompressionsverfahren RLE-Algorithmus RLE-Algorithmus• gute Ergebnisse bei einfachen Grafiken mit

wenigen Farben

• bei häufig wechselnder Farben kann kein Kompression erreicht werden

Ungeeignet für detailreiche Bilder und Fotos

• einfachste Kompression, die ohne Qualitätsverlust arbeitet



Bildformate Bildformate GIF GIF

• GIF = „Graphic Interchange Format“

• CompuServe und Unisys für den Einsatz im eigenen Daten-Netz entwickelt

• 2 verschiedene Versionen des Formats: GIF 87a und GIF 89a



Bildformate GIF• bis zu 16000 x 16000 Punkten • 256 Farben dargestellt• Verwendung:

– Knöpfen– Dots– Balken– Symbolen– Cliparts



Bildformate GIF• Vorteile:

– Inlaced-Modus – Animationen möglich– Farben können transparent sein – Komprimierung verlustfrei – plattformunabhängig



Bildformate GIF

• Nachteile:– nur 256 Farben– CompuServe hat das Copyright an GIF =>

Lizenzgebühren



Bildformate PNG

• PNG = „Portable Network Graphic Format“

• für den Einsatz im WWW konzipiert

• neues universelles Grafikformat

• vereint einige Vorteile von GIF und JPEG



Bildformate PNG• Vorteile:

– Farbtiefe von 24-Bit => unterstützt 16,7 Mio Farben. – bessere Graustufenunterstützung (16 Bit

Farbtiefe) – transparente Hintergrundfarben – Abspeichern zusätzlicher Informationen– Progressiv-Modus – patentfreies Format – bessere Kompression als GIF (verschiedene

Kompressionsmethoden)



Bildformate PNG

• Nachteil:– keine Animation– wird nur von relativ neueren Browsern richtig

dargestellt (z.B. ab Netscape 4.0)



Bildformate TIFF

• TIFF = „Tag(ged) Image File Format“

• von verschiedenen Firmen gegründet, wie Aldus, Hewlett Packet und Microsoft



Bildformate Bildformate TIFF TIFF

• Vorteile:– kann beliebig oft ohne Qualitätsverlust gespeichert und

wieder geladen werden– erlaubt das Speichern von vielen zusätzlichen

Parametern– können von den meisten populären

Bildbearbeitungsprogrammen bearbeitet werden– vom Ausgabegerät unabhängig– unterstützt viele Farbmodi



Bildformate Bildformate TIFF TIFF

• Nachteile:– Format relativ groß – schlechtes Komprimierungsverfahren– lizenzpflichtig– nicht alle Programme unterstützen alle

Varianten des Formats – komplexes Format



Kompressionsverfahren Kompressionsverfahren DCT-Algorithmus DCT-Algorithmus

• DCT = „Diskrete Kosinus Transformation“

• ähnlich der Fouriertransformation

• DCT wandelt einen zweidimensionalen Bildbereich in einen zweidimensionalen Frequenzbereich um



Kompressionsverfahren Kompressionsverfahren DCT-Algorithmus DCT-Algorithmus• Allgemeine Formel:

http://goethe.ira.uka.de/seminare/rftk/jpeg/

Guv = transformierten Wert in der u-ten Zeile der v-ten SpalteN = Anzahl der Zeilen/Spalten. Hier werden bei jpeg immer 8 mal 8 Pixel genommen, also N = 8Cu und Cv = Normierungskonstantengij = Farbwert des Pixels der i-ten Matrixzeile und der j-ten Matrixspalte.

http://goethe.ira.uka.de/seminare/rftk/jpeg/




• noch kein Informationsverlust entstanden

http://goethe.ira.uka.de/seminare/redundanz/vortrag11/




• berücksichtigt Farb- und Helligkeitsempfindungen des Auges

• Sinn: Werte zu löschen, die auf die Qualität des Ergebnisses kaum Auswirkungen haben

• Quantisierung ist das verlustbehaftete Verfahren



Bildformate Bildformate JPEG JPEG

• JPEG = „Joint Photographic Expert Group“

• JPEG besteht aus: – CCITT – ISO/IEC

• 1992 erster Entwurf

• 1993 als „ISO/IEC International Standard 10918-1“ publik gemacht




• Vorteile:– Progressiv-Modus– hoher Komprimierungsgrad – Farbtiefe von 24 Bit = 16,7 Mio. Farben – Farbmodell ist bei JPEG beliebig (z.B. RGB,

YUV oder YCbCr)




• Nachteile:– Kompression ist verlustbehaftet – bei zu hoher Komprimierung kann es zu einer

Blockbildung kommen – keine Animationen



Bildformate Bildformate JPEG JPEG Komprimierung Komprimierung

• JPEG Bild wird erst in ein geeignetes Farbmodell umgewandelt

• Kompression erfolgt in 3 Schritten:– DCT (Diskrete Cosinus Transformation)– Quantisierung– Koeffizienten-Kodierung



Berechnung der Bildgröße Berechnung der Bildgröße

Beispiel 5 Megapixel (Farbtiefe 24 bit)

2592*1944 = 5038848 Pixel

5038848*24/8= 15116544 byte

Ergibt 14,4 Megabyte

Durch Kompression im JPEG-Format erhält man

eine Dateigröße von etwa 2,5 Megabyte.



ZusammenfassungZusammenfassung

• alle Formate haben ihre Vor- und Nachteile• man sollte das Bildformate auswählen je

nachdem, was für ein Bild vorliegt• JPEGJPEG bei Fotos und detaillierte Bilder• GIFGIF bei Bilder mit einfachen klaren Linien• PNGPNG und TIFFTIFF, bei Bildern bei denen man

zusätzliche Informationen abspeichern möchte



• www.glossar.dewww.glossar.de– Bereich: BildformatBereich: Bildformat

• http://www.glossar.de/glossar/1frame.htm?httphttp://www.glossar.de/glossar/1frame.htm?http%3A//www.glossar.de/glossar/z_bildformate.htm%3A//www.glossar.de/glossar/z_bildformate.htm

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