Bit wisem 2015-wieners-sitzung-12_Zusammenfassung I
Bit sosem 2016-wieners-sitzung-09_bild-i-kompression
1. Basisinformationstechnologie II – Sommersemester 2016 – 30. Mai 2016
Dr. Jan G. Wieners
Algorithmen der Bildverarbeitung
Grundlagen und Kompressionsverfahren
2. Grundbegriffe:
Farbmischung: Additiv, Subtraktiv
Raster- vs. Vektorgrafik
Pixel
Auflösung
Farbtiefe
Kompressionsverfahren
Nicht verlustbehaftet
Run Length Encoding (RLE)
Wörterbuch-Algorithmen, z.B. Lempel-Ziv-Welsh (LZW)
Verlustbehaftet
Themenüberblick
3. Aufgabe 1
Nennen und erläutern Sie jeweils ein additives und ein subtraktives Farbmodell.
Aufgabe 2
Erläutern Sie das Prinzip der RLE-Kompression und komprimieren Sie die Zeichenkette
1100000011110011110000000011
unter Verwendung der Lauflängenkodierung. Treffen Sie eine Aussage über die Effektivität
der Kompression.
Aufgabe 3
Stellen Sie die einzelnen Arbeitsschritte der Huffman Codierung (Bestimmung der
Symbolhäufigkeit, etc.) vor und komprimieren Sie die folgende Zeichenkette unter
Verwendung der Huffman-Codierung:
„im potsdamer boxclub boxt der potsdamer postbusboss.“
(ohne Anführungszeichen, Leer- und Sonderzeichen nicht vergessen!)
Geben Sie bei Ihrere Lösung der Hausaufgabe auch die Codierung der Eingabezeichenkette
an. Um den Arbeitsaufwand zu reduzieren, können Sie gerne eine Fotographie / einen
Scan ihrer Lösung senden.
Sitzungsaufgaben
7. Additive Farbmischung
Mischung (Addition) von Licht Beispiel Taschenlampe: Leuchten mehrere
Taschenlampen auf dieselbe Stelle, wird jene Stelle heller beleuchtet, als
würde sie nur von einer Taschenlampe angestrahlt.
Werden rote und grüne Filter vor die Taschenlampe gesetzt, addiert sich das
Licht.
11. RGB: Wenn jede der drei Primärfarben mit
einer Auflösung von 256 Werten dargestellt
werden kann, dann erhalten wir 256³ = 16,7
Mio. verschiedene Farbtöne.
HSV:
Farbwinkel,
Sättigung,
Hellwert bzw.
absolute
Helligkeit (B),
Brightness
L*a*b*: Menschl.
Wahrnehmung
22. Neulich beim Obsthändler…
„Ich hätte gerne
◦ Eine Kiwi
◦ Eine Birne
◦ Eine Birne
◦ Eine Birne
◦ Einen Apfel
◦ Einen Apfel
◦ Einen Apfel
◦ Einen Apfel
◦ Einen Apfel
◦ Eine Pampelmuse
◦ Eine Pampelmuse
◦ Eine Zitrone
◦ Eine Limette
◦ Eine Limette“
23. Neulich beim Obsthändler…
„Ich hätte gerne
◦ Eine Kiwi
◦ Drei Birnen
◦ Fünf Äpfel
◦ Zwei Pampelmusen
◦ Eine Zitrone
◦ Zwei Limetten“
24. Neulich beim Obsthändler…
„Ich hätte gerne
◦ Eine Kiwi
◦ Drei Birnen
◦ Fünf Äpfel
◦ Zwei Pampelmusen
◦ Eine Zitrone
◦ Zwei Limetten“
Lauflängencodierung / Run-Length-Encoding (RLE):
(1 Kiwi) (3 Birnen) (5 Äpfel) (2 Pampelmusen)
(1 Zitrone) (2 Limetten)
30. 1978 von A. Lempel und J. Ziv
entwickelt, 1984 von T. A. Welch
verfeinert
Verlustfrei
Versucht, den zu komprimierenden
Zeichenstrom in Teilstrings zu zerlegen
und diese in einem Wörterbuch zu
speichern
LZW (Lempel-Ziv-Welch)
Zeichenkette:
„Hello World Hello“
Tabelle:
0: „Hello“
1: „World“
Codefolge: 0 1 0
55. 1952 von David A. Huffman (1925-1999) vorgestellt
Verlustfrei
Kompression über Binärbaum
Huffman-Algorithmus verfolgt das Ziel, weniger häufigen
Symbolen längere Codewörter zuzuweisen
Huffman Kodierung
Nachruf: http://www1.ucsc.edu/currents/99-00/10-11/huffman.html
56. Ein Binärbaum ist definiert als ein Baum, dessen Knoten
über maximal zwei Kindknoten verfügen dürfen:
Erinnerung: Binärbäume
Additive Farbmischung
Werden von einem Farbreiz alle Rezeptoren gleich stark angeregt, dann interpretieren wir dies als Farbton Weiß.
Werden die Zapfentypen unterschiedlich stark angeregt, dann entstehen Sekundärfarben.
Beispiel Taschenlampe: Leuchten mehrere Taschenlampen auf dieselbe Stelle, wird jene Stelle heller beleuchtet, als würde sie nur von einer Taschenlampe angestrahlt.Werden rote und grüne Filter vor die Taschenlampe gesetzt, addiert sich das Licht.
Beispiele: Monitor / Fernseher
Subtraktive Farbmischung
Beim Zusammentreffen mit Materie werden Lichtwellen teilweise absorbiert und erreichen somit den Beobachter nicht. Die Absorption ist in der Regel nicht für jede Wellenlänge gleich groß.
Ein Objekt wirkt weiß, wenn es fast kein Licht absorbiert und schwarz, wenn es das einfallende Licht fast vollständig absorbiert.
Beim Farbdruck werden verschiedene Farbpigmente übereinander gelegt; die oben liegenden Farben wirken als Filter für die darunter liegenden.
Beispiel: Malen mit Deckfarbkasten
Die Auflösung bestimmt die Anzahl der Pixel in einem Bild, die Quantisierung (Farbtiefe) bestimmt den Speicherplatzbedarf pro Pixel.
Beispiele:
In einem RGB-Bild mit 24 Bit Farbtiefe (8 Bit pro Farbkanal) braucht man für ein Bild mit den Maßen 1024x768 (786.432 Pixel) also 18.874.368 Bit, d.h. 2.25 Mbyte.
Für ein Graustufenbild mit den gleichen Abmessungen benötigt man „nur“ 0.75 MByte, da nur ein Farbkanal mit 8 Bit (statt 3 Kanälen: RGB) gespeichert werden muss.