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Komprimierung

Komprimierung bezeichnet das Verfahren, die Datenmenge oder den benötigten Speicherplatz durch effizientere Repräsentationen oder durch Entfernen redundanter Informationen zu reduzieren. Sie betrifft digitale Daten aller Art, einschließlich Text, Bilder, Audio und Video. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Komprimierung: Erstere rekonstruieren den Originalinhalt exakt, Letztere erlauben größere Reduktionen mit je nach Anwendung akzeptablem Qualitätsverlust.

Bei der verlustfreien Komprimierung bleibt der ursprüngliche Inhalt nach der Dekompression vollständig erhalten. Typische Techniken nutzen

Die verlustbehaftete Komprimierung erzielt deutlich höhere Reduktionsraten, indem nicht alle ursprünglichen Informationen behalten werden. Sie wird

Wichtige Größen in der Komprimierung sind die Kompressionsrate oder Dateigröße sowie die Bitrate bei Streaming. Qualitätsverlust,

Anwendungen der Komprimierung reichen von Speicher- und Bandbreitenersparnis über Archivierung bis hin zu streaming- und Übertragungssystemen.

statistische
Codierung
und
Redundanzreduktion,
zum
Beispiel
Huffman-Kodierung,
Deflate
(etwa
in
ZIP
oder
gzip),
LZW,
LZ77
oder
Transformationsschritte
wie
Burrows–Wheeler.
Diese
Verfahren
arbeiten
mit
Wahrscheinlichkeiten
und
Mustererkennung,
um
wiederholte
bzw.
speicherbare
Strukturen
effizienter
abzubilden.
häufig
dort
eingesetzt,
wo
eine
menschliche
Wahrnehmung
bestimmte
Details
toleriert.
Bekannte
Beispiele
sind
JPEG
für
Bilder,
MP3
und
AAC
für
Audio
sowie
MPEG-
oder
H.264-/HEVC-/AV1-Videoformate.
Typischer
Aufbau
ist
Transformkodierung
(z.
B.
DCT,
MDCT)
gefolgt
von
Quantisierung
und
anschließender
Entropie-Kodierung;
anschließend
können
zusätzliche
Abtast-
oder
Interframe-Verfahren
Artefakte
verursachen.
Verzerrung
und
artefaktbildung
werden
oft
durch
Metriken
wie
PSNR
oder
SSIM
bewertet.
Die
theoretische
Untergrenze
bildet
die
Entropie
der
Quelle;
praktisch
beeinflussen
Implementierung,
gewünschte
Qualität
und
Rechenaufwand
die
erreichbare
Effizienz.
Die
Entwicklung
wurde
maßgeblich
von
der
Informationstheorie,
namentlich
von
Claude
Shannon,
geprägt.
Verbreitete
Standards
umfassen
ZIP,
gzip,
PNG,
JPEG,
MP3,
AAC,
MPEG,
H.264/AVC,
HEVC
und
AV1.