Datenkompression, Skalierbarkeit, JPEG2000, H.264, SD,HD,Standard Definition, High Definition, Qualitätsverluste, Generationsverhalten, Kompressionsverfahren, DPX, BMP, RGB, TIFF, PPM, JP2, YUV, Signal-Rausch-Abstand, PSNR, Kompressionsfaktor, Bildsignalqualität, Objektive- und subjektive Bewertung, Bildcodierung, Entropiecodierung, Quellencodierung, Hybridcodierung, Wavelet-Transformation, DWT, DCT, Quantisierung, Layered Coding, Transformationscodierung, JPEG2000-Implementationen, Metadaten, Bildanalyse, Encoder, Decoder, DCI (Digital Cinema Initiative), Profiles, Levels, Prädiktion, Bewegunskompensation
Das grundlegende und gemeinsame Ziel der Bildverarbeitungstechniken ist neben der Skalierbarkeit und Fehlerkorrektur die Datenkompression. Durch die Reduktion der Datenmenge können weniger leistungsfähige Rechenumgebungen und Übertragungswege in die Netzwerke der Bildübertragung integriert werden. Die stetig wachsende Rechenleistung der modernen Computertechnik ermöglicht den Einsatz dieser Algorithmen auch in Echtzeitanwendungen. Bei vielen Anwendungen, in denen Bild- und
Videobearbeitungsverfahren zum Einsatz kommen, ist eine strenge Standardisierung der verwendeten Methoden und Formate erforderlich. Diese einheitlichen Standards werden sowohl in der Fernseh- und Kinotechnik, als auch zur Übertragung von Videoströmen in Computernetzwerken benötigt. Die aktuellen Entwicklungen in der Codiertechnologie zielen mehrheitlich auf die Effizienzsteigerungen der Codierung bei der Bearbeitung von hochauflösenden Bild- und Videoinhalten (HDTV) ab. Codiertechnologie bietet Raum für sehr viele interessante Zukunftsaussichten auf dem Gebiet der digitalen Bildbearbeitung und Bildübertragung.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Grundprinzipien der Bildcodierung
- 2.1 Codierung von digitalen Bildern
- 2.2 Entropiecodierung
- 2.2.1 Lauflängencodierung
- 2.2.2 Huffmancodierung
- 2.2.3 Arithmetische Codierungen
- 2.3 Quellencodierung
- 2.3.1 Differentielle Pulsecodemodulation und Prädiktion
- 2.3.2 Transformationscodierung
- 2.3.2.1 Prinzip der Transformationscodierung
- 2.3.2.2 Fourier-Transformation (FT)
- 2.3.2.3 Wavelet-Transformation
- 2.3.2.3.1 Wavelets
- 2.3.2.3.2 Kontinuierliche Wavelet-Transformation
- 2.3.2.3.3 Diskrete Wavelet-Transformation (DWT)
- 2.3.2.3.4 Orthogonalität
- 2.3.2.3.5 Mehrfachauflösung
- 2.3.2.4 Diskrete Cosinus Transformation (DCT)
- 2.3.3 Layered Coding
- 2.3.3.1 Subsampling
- 2.3.3.2 Subbandcodierung
- 2.3.4 Quantisierung
- 2.3.4.1 Vektorquantisierung
- 2.3.4.2 Skalarquantisierung
- 2.3.5 Farbmodelle
- 2.4 Hybridcodierung
- 3. JPEG2000
- 3.1 Einleitung
- 3.2 Eigenschaften
- 3.3 Implementationen
- 3.3.1 Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression
- 3.3.2 Wahlfreier Zugriff
- 3.3.3 Progressive Bilddarstellung - Progressionsarten
- 3.3.4 ROI-Codierung
- 3.3.5 Transparenz- und Alphakanäle
- 3.3.6 Metadaten
- 3.3.7 Bildschutz
- 3.3.8 Fehlerrobustheit
- 3.4 JPEG2000 vs. JPEG
- 3.5 Aufbau des Codierverfahrens
- 3.6 Encoder
- 3.6.1 Bildvorbereitung
- 3.6.1.1 Bildoffset („Tiling“)
- 3.6.1.2 DC-Level-Shifting
- 3.6.1.3 Farbtransformation
- 3.6.2 Bildverarbeitung
- 3.6.2.1 Diskrete Wavelet-Transformation
- 3.6.2.2 Quantisierung
- 3.6.3 Entropiecodierung
- 3.6.3.1 Ebene 1 (Tier1-Codierung)
- 3.6.3.2 Ebene 2 (Tier2-Codierung)
- 3.6.1 Bildvorbereitung
- 3.7 Decoder
- 4. H.264
- 4.1 Einleitung
- 4.2 Zukünftige Anwendungsmöglichkeiten
- 4.3 Eigenschaften
- 4.3.1 Profiles und Levels
- 4.4 NAL und VCL
- 4.5 Makroblöcke
- 4.6 Intra-Frame-Prädiktion
- 4.7 Langzeitprädiktion
- 4.8 Bewegungskompensation
- 4.9 Transformation, Skalierung, Quantisierung
- 4.10 Entropiecodierung
- 4.10.1 Variable Length Coding
- 4.10.2 Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding
- 4.11 Deblocking-Filter (Loop-Filter)
- 4.12 Aufbau von H.264/AVC
- 5. Bildformate
- 5.1 High- und Standard-Definition
- 5.2 BMP
- 5.3 PPM
- 5.4 RGB
- 5.5 YUV
- 5.3 DPX
- 5.4 RAW
- 5.5 VIX
- 5.6 Motion JPEG2000
- 6. Bewertungskriterien
- 6.1 Kompressionsfaktor
- 6.2 Bildsignalqualität
- 6.3 Subjektive Bewertungsmodelle
- 6.4 Objektive Bewertungsmodelle
- 7. Testumgebung
- 7.1 Testsequenzen
- 7.1.1 Testbild Barcelona
- 7.1.2 Testbild Orient
- 7.2 Werkzeuge
- 7.2.1 Hardware
- 7.2.2 Software
- 7.2.2.1 XnView
- 7.2.2.2 Nconvert
- 7.2.2.3 ImageMagick
- 7.2.2.4 YUVpsnr
- 7.2.2.5 Objective Image Assessment (O.I.A)
- 7.2.2.6 Kakadu
- 7.2.2.7 JasPer
- 7.2.2.8 BMP2Vix
- 7.2.2.9 Morgan M-JPEG2000 V3
- 7.2.2.10 OpenJPEG
- 7.2.2.11 Motion JPEG2000 Extractor
- 7.2.2.12 DPXJ2K JPEG2000 Referenz Software
- 7.2.2.13 H.264/AVC Referenz-Software
- 7.2.2.14 Hexviewer XVI32
- 7.1 Testsequenzen
- 8. SHD ImageTools V1.0
- 8.1 SHD ImageTools Part1
- 8.2 SHD ImageTools Part2
- 8.3 SHD ImageTools Part3
- 9. Quick HD V1.0
- 9.1 Quick HD Part1
- 9.2 Quick HD Part2
- 10. Testdurchführung und Bewertung
- 10.1 Analyse des Generationsverhaltens
- 10.1.1 JPEG2000 auf SD-Basis
- 10.1.1.1 Testablauf
- 10.1.1.2 Anwendungsebene mit Codierparameter
- 10.1.1.3 Messung
- 10.1.1.4 Testergebnisse
- 10.1.1.4.1 JPEG2000 Messreihe Barcelona 5/3-Filter
- 10.1.1.4.1.1 Diagrammanalyse
- 10.1.1.4.2 JPEG2000 Messreihe Barcelona 9/7-Filter
- 10.1.1.4.2.1 Diagrammanalyse
- 10.1.1.4.3 Generationsverhalten JPEG2000 (SD) Messreihe Barcelona 5/3-Filter vs. 9/7-Filter im direkten Vergleich
- 10.1.1.4.1 JPEG2000 Messreihe Barcelona 5/3-Filter
- 10.1.2 JPEG2000 auf HD-Basis
- 10.1.2.1 Testablauf
- 10.1.1 JPEG2000 auf SD-Basis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Bewertung der Codiereffizienz neuer Codierverfahren. Ziel ist es, die Leistung von JPEG2000 und H.264 im Vergleich zu etablierten Verfahren wie JPEG zu analysieren. Die Arbeit untersucht, wie sich die neuen Verfahren hinsichtlich Kompressionsfaktor, Bildsignalqualität und Subjektiver Beurteilung von etablierten Standards abheben.
- Grundprinzipien der digitalen Bildcodierung
- Detaillierte Analyse von JPEG2000 und H.264
- Bewertungskriterien für Codierverfahren
- Experimentelle Analyse der Codiereffizienz
- Vergleich der Ergebnisse mit etablierten Standards
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel führt in das Thema der Bildcodierung ein und beschreibt die Relevanz der Codierverfahren für verschiedene Anwendungsbereiche. Kapitel 2 präsentiert die grundlegenden Prinzipien der digitalen Bildcodierung, einschließlich Entropiecodierung, Quellencodierung und Hybridcodierung. In Kapitel 3 wird das JPEG2000-Codierverfahren detailliert analysiert, einschließlich seiner Eigenschaften, Implementationen und des Aufbaus des Codierverfahrens. Kapitel 4 befasst sich mit dem H.264-Codierverfahren, seinen Eigenschaften, der Funktionsweise und der Anwendungsmöglichkeiten. Kapitel 5 beleuchtet verschiedene Bildformate, die im Kontext der Bildcodierung relevant sind. Kapitel 6 präsentiert verschiedene Bewertungskriterien, die für die Beurteilung der Codiereffizienz von Verfahren eingesetzt werden. Kapitel 7 beschreibt die Testumgebung, die für die experimentelle Analyse der Codierverfahren verwendet wird. Kapitel 8 und 9 stellen zwei Softwaretools vor, die für die Bearbeitung und Analyse von Bildern im Rahmen der Diplomarbeit eingesetzt werden. Kapitel 10 fasst die Ergebnisse der Testdurchführung und Bewertung der Codierverfahren zusammen.
Schlüsselwörter
Bildcodierung, Codiereffizienz, JPEG2000, H.264, JPEG, Kompressionsfaktor, Bildsignalqualität, Subjektive Bewertung, Objektive Bewertung, Testumgebung, Softwaretools.
- 10.1 Analyse des Generationsverhaltens
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. (FH) Milovan Kristo (Autor:in), 2005, Beurteilung der Codiereffizienz von neuen Codierverfahren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/82404
