Aufgabenblatt 06 - Ergebnis der Expertenaufgaben

Bild

1. Was ist der Unterschied zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Bildkompression?

   • Bei verlustbehafteter Kompression gehen Bildinformationen verloren, bei verlustfreier können die Daten 1 zu 1 wiederhergestellt werden.

2. Wie funktioniert die JPEG-Kompression?

   • Color Space Conversion (RGB zu Luminance und Chrominance) -> Chroma Subsampling (Verlust) -> Discrete Cosine Transform (Transformation aus einem 8x8-Block aus Frequenzen) -> Quantization (Werte werden je nach Wichtigkeit für das Auge quantisiert, unwichtige werden zu 0) (Verlust) -> Zig-Zag Arrangement -> Run-length Encoding (Reihen von 0 können als Tupel dargestellt werden) -> Huffman Coding -> Storage

3. Was sind die Vorteile der verlustbehafteten Bildkompression?

   • einfacher zu übertragen und zu lagern
   • schneller
   • nicht erkennbar für Nutzer
   • kürzere Ladezeiten
   • Effizienz
   • Kosteneinsparung
   • erhöhte Performance
   • Bei PNG werden benachbarte Bildpunkte dekorreliert und Differenzen zu Nachbarwerten beschrieben. Dann wird mithilfe einer Substitutionskompressionsmethode versucht, wiederkehrende Bildmuster zu erkennen und zu ersetzen. Abschließend werden durch eine Entropiecodierung die Auftrittswahrscheinlichkeiten einzelner Werte sortiert und durch Codes variabler Länge ersetzt.
   • Ein GIF besteht nur aus 256 Farben (inklusive Transparent) und komprimiert so das Bild.

Ton

Was versteht man unter „auditory masking“ und wie wird dieses Phänomen in verlustbehafteten Audiocodecs ausgenutzt?

Auditory Masking ist ein psychoakustischer Effekt, bei dem ein Mensch eine Menge an Geräuschfrequenzen weniger wahrnehmen kann. Dies tritt auf, wenn eine Frequenz (die Maske) besonders laut ist; die "Nachbarfrequenzen" werden weniger stark bis gar nicht wahrgenommen.

Warum ist die Aussage „Lossy audio compression removes redundant audio data“ laut dem Artikel irreführend?

Kompression entfernt keine redundanten Audiodaten -- sie nutzt lediglich die Prinzipien der psychoakustischen Wahrnehmung aus, indem sie das Auditory Masking zunutze macht und Geräuschfrequenzen, die der Mensch kaum bis gar nicht wahrnehmen kann, entfernt. Je höher die Bitrate, desto subtiler ist die Kompression für den Menschen wahrnehmbar.

Welche typischen Anwendungen und Formate verlustbehafteter Audiokompression werden im Artikel genannt?

Die bekanntesten lossy-Formate sind unter anderem MP3, Opus und Vorbis. Der Vorteil von MP3 ist, dass das Format eine relativ geringe Datenmenge einnimmt und deswegen besonders geeignet für die Speicherung bei Endgeräten ist.
Opus wird vor allem bei Streaming-Anbietern wie YouTube und für VoIP benutzt. Es hat eine besonders hohe Klangqualität bei einer relativ geringen Übertragungslatenz. Vorbis ist ein free and open source Audioformat, das zum Beispiel für Videospiele benutzt wird. Der Vorteil ist die hohe Anpassbarkeit der Bitrate.

Welche Faktoren beeinflussen die Qualität der verlustbehafteten Audiokompression laut dem Artikel?

Wie bereits angesprochen, beeinflusst die Bitrate bei verlustbehafteter Kompression die Wahrnehmbarkeit der Kompression. Je höher die Bitrate, desto niedriger die Wahrnehmbarkeit.

Was bedeutet Transparenz im Zusammenhang mit der Kompression?

Die auditive Transparenz beschreibt die Nichtwahrnehmung von Unterschieden bei unkomprimierten und komprimierten Audiodaten. Sie ist schwer zu definieren, da das menschliche Gehör unterschiedlich ausgeprägt ist. Ältere Menschen haben beispielsweise eine höhere Wahrnehmbarkeitsschwelle für höhere Frequenzen; für sie sind höhere Töne oft gänzlich transparent. Jüngere Menschen hingegen könnten diese Frequenzen und damit etwaige Unterschiede zwischen komprimierten und unkomprimierten Formaten noch wahrnehmen.

Kompression Video

1. Intraframe vs. Interframe:

   • Intraframe: Jedes Bild wird ähnlich komprimiert, in ähnlicher Weise wie JPEG.
   • Interframe: Es gibt Referenzbilder, bis zum nächsten Referenzbild werden nur noch Unterschiede gespeichert. Interframe ist effizienter, weil nicht jeder Frame einzeln bearbeitet und gespeichert werden muss.

2. Bei Interframe-Kompression wird analysiert, wo sich ähnliche Pixelmuster hinbewegt haben. Gespeichert werden einerseits Bewegungsvektoren, andererseits wird eine Prediction abgegeben und der Mittelwert zwischen der Prediction und der eigentlichen Position als Differenzbild gespeichert.

3. Container: Wie wird gespeichert? Codec: Wie wird komprimiert? Beispiel: Container MP4 unterstützt Codec: H.264, H.265, AV1.

4. Die Alliance for Open Media ist ein Zusammenschluss von Firmen wie Google und Facebook. Diese versuchen, Codecs zu entwickeln, die lizenzfrei und effizienter sind als bisherige. Einer davon ist AV1. Dieser kann Daten ohne Qualitätsverlust effizient komprimieren.