Quellencodierung

Quellencodierung ist der Prozess, Daten einer Quelle in eine kodierte Form zu überführen, die redundante Information reduziert und damit Speicherbedarf oder Übertragungsbandbreite senkt. Ziel ist es, die durchschnittliche Bitrate möglichst nahe an die theoretisch minimale Grenze (Entropie der Quelle) zu bringen, während Dekodierbarkeit und Datenintegrität erhalten bleiben. Quellencodierung unterscheidet sich von der Kanalcodierung, die der Fehlerkorrektur dient; erstere befasst sich mit der effizienteren Repräsentation der ursprünglichen Information, letztere mit der Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern.

Verfahren der Quellencodierung lassen sich grob in verlustfreie und verlustbehaftete Ansätze einteilen. Verlustfreie Methoden wie Huffman-Codierung, arithmetische Codierung, Lempel-Ziv-Varianten oder Burrows–Wheeler-Transformation erzeugen eine möglichst kompakte Repräsentation, aus der die Originaldaten exakt rekonstruiert werden können. Verlustbehaftete Methoden nutzen Transformkodierung (z. B. DCT), Quantisierung und Entropie-Codierung, um visuelle oder auditive Reize zu reduzieren und dabei eine akzeptable Wahrnehmungsqualität zu erhalten.

Der Kodierungsprozess umfasst in der Regel Quellenmodellierung, Codebuch- oder Symbolzuweisung, Kodierung der Symbole und Dekodierung durch Umkehrung des Prozesses. Theoretisch bildet Shannon mit dem Quellencodierungssatz das Fundament: Die mittlere Codewortlänge einer optimalen Verlustfreien Codierung kann nicht kleiner sein als die Entropie der Quelle; Prefix-Codes erfüllen die Kraft-Ungleichung.

Anwendungen finden sich in diversen Dateiformaten und Medienformaten, die auf Kompression setzen, darunter Textdateien, Bilder, Audio und Video, sowie in Netzwerkprotokollen, die Bandbreite sparen.