3.6.3 Quantization

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Quantisierung

Sowohl beim JPEG, als auch beim MPEG - Kompressionsalgorithmus, folgt auf die DCT der Vorgang der Quantisierung um den Wertebereich der durch die DCT ermittelten Koeffizienten zu verringern. Die eingesetzten Quantisierungstechniken unterscheiden sich zwar bei der JPEG und MPEG Komprimierung, sind jedoch in ihrem Wesen gleich. Da es hier nur um das Prinzipielle Verständnis geht, wird an dieser Stelle nur die einfachste Methode, sozusagen der kleinste gemeinsame Nenner beschrieben.

Bei der Quantisierung werden alle, durch die DCT ermittelten, Frequenzwerte durch verschiedene oder gleiche Werte einer zweidimensionalen Quantisierungstabelle geteilt. Eine solche Quantisierungstabelle könnte z.B. wie folgt aussehen:

$$Q= \begin{pmatrix} 8&16&19&22&26&27&29&34\\ 16&16&22&24&27&29&34... ...5&40&48&58\\ 26&27&29&34&38&46&56&69\\ 27&29&35&38&46&56&69&83 \end{pmatrix}$$

Betrachtet man diese Matrix, so fällt auf, daß die hohen Frequenzen durch höhere Werte dividiert werden, als die niedrigeren Frequenzen. Dies liegt daran, daß man davon ausgeht, daß die hohen Frequenzen ein Rauschen repräsentieren und die niedrigen Frequenzen eine Struktur in einem Bild beschreiben. Da das menschliche Wahrnehmungsvermögen strukturorientiert ist, kann die Quantisierung in den Bereichen der hohen Frequenzen größere Quantisierungsstufen ansetzen als in den sensibleren Bereichen der niedrigeren Frequenzen, wo sonst sehr schnell ``Blockeffekte'' wahrgenommen werden würden.

Probleme entstehen bei diesem Verfahren, falls ein Bild tatsächlich einen hohen Informationsanteil in dem hohen Frequenzbereich enthält, wie z.B. oft in synthetischen Bildern vorkommt, oder wenn sehr kleine Schrift im Bild ist. Hier muß die Quantisierungsmatrix entsprechend angepaßt werden, um einen zu hohen Informations - und Inhaltsverlust des Bildes zu vermeiden.

Der Nutzen, der aus der Anwendung dieses Verfahrens gezogen wird, besteht darin, daß der Wertebereich der Koeffizienten der DCT - Transformation verringert wird. D.h. also, daß aus einer 100 beispielsweise eine 10 wird, und da diese Werte über eine variable Längen - Kodierung abgelegt werden, werden auf diese Art einige Bits oder gar Bytes gespart.