Kompression

Kompression bezeichnet die Reduktion der Datenmenge eines digitalen Signals oder einer Datei, um Speicherbedarf, Übertragungszeit oder Bandbreite zu verringern. Ziel ist es, die ursprüngliche Information möglichst treu wiederherzustellen oder bei verlustbehafteter Kompression einen kontrollierten Qualitätsverlust zu akzeptieren. Kompression wird in Bereichen wie Speicherung, Rundfunk, Netzwerktechnik und Multimedia genutzt.

Es gibt zwei Hauptarten: verlustfreie Kompression, bei der die Originaldaten exakt rekonstituiert werden können, und verlustbehaftete Kompression, bei der Teile der Information dauerhaft entfernt werden, um deutlich größere Reduktionen zu ermöglichen. Die Wahl hängt vom Anwendungsfall ab: Text und Software benötigen Genauigkeit; Bilder oder Audio/Video können visuelle/auditive Qualitätsmerkmale akzeptieren, wenn der Speicherbedarf signifikant sinkt.

Verlustfreie Techniken basieren überwiegend auf Entropie- oder Wörterbuchcodierung. Beispiele sind Huffman- oder Shannon-Fano-Codierung, Lempel-Ziv-Algorithmen (LZ77, LZW) und Deflate, das in ZIP, gzip und PNG Verwendung findet. Diese Methoden entfernen Redundanz ohne Informationsverlust.

Verlustbehaftete Techniken verwenden Transformkodierung, Quantisierung und Modellierung der Wahrnehmung. Typische Verfahren umfassen DCT-basierte Kodierung (JPEG, MPEG-Video), MDCT (MP3, AAC) sowie fortschrittlichere Codecs wie H.264/AVC, HEVC und AV1. Die Qualität wird durch Wahrnehmungsmodelle gesteuert; Artefakte sind bei starker Kompression sichtbar.

Die theoretische Grundlage bildet die Informationstheorie, insbesondere das Konzept der Entropie und die Effizienzgrenze der Quellencodierung. In der Praxis beeinflussen Rechenleistung, Latenz und Standardunterstützung die Wahl von Kompressionsverfahren in Speicher- und Übertragungssystemen.