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Verlustfreie Kompression
Bei der verlustfreien Kompression geht keine Information verloren. Die Daten werden nur anders als vorher organisiert, indem die Wiederholung von Strukturen erkannt wird und diese "hierarchisch" dargestellt werden. Eine sich wiederholende Bitfolge wird etwa einmal in einem Wörterbuch abgelegt und dann nur noch durch ihre Nummer repräsentiert. Das Vorgehen ist das Gleiche wie bei der Textkompression, die immer verlustfrei ist. So kann man eine TIFF-Datei einfach per ZIP-Algorithmus komprimieren. Ähnlich läuft es bei dem bekannten GIF-Format, das zunehmend von PNG verdrängt wird. Eine gute Kompressionsrate lässt sich mit diesen Verfahren nur erzielen, wenn die Bilder günstig für diesen Kompressionsalgorithmus sind, d.h. viele Bitfolgenwiederholungen aufweisen, d.h. wenige Übergänge zwischen wenigen möglichst großen Bereichen weniger Farben. Auch JPEG2000 erlaubt verlustfreie Komprimierung, sogar von komplexeren Bildern noch mit guter Rate.
Hier besteht die Kunst darin, den Informationsverlust unmerklich oder wenigstens ästhetisch erträglich zu halten. Das klassische Verfahren ist JPEG, neuerdings setzt sich langsam JPEG2000 durch. Die Methode nutzt wie die verlustbehaftete Audio-Kompression aus, das kleine Änderungen im Farb- bzw. Helligkeitsverlauf für das Auge nicht unterscheidbar sind. D.h. hier wie dort steckt eine physiologische Theorie der Wahrnehmung hinter der Kompression. Das Auge und die Bildverarbeitung im Gehirn haben nur eine bestimmte Aufnahmefähigkeit. Die Bildkompression passt den Informationsgehalt des Bilddatensatzes möglichst gut an diese Aufnahmefähigkeit an.
In der Praxis sieht das so aus, dass das Bild mit Hilfe eines Systems von Basisfunktionen transformiert wird. Bei JPEG sind das cosinus-Funktionen, bei JPEG2000 Wavelets. Auf diese Weise erhält man ein zweites "Bild", das aus den Koeffizienten zu diesen Basisfunktionen besteht. Bei JPEG sind das die Amplituden der so genannten Ortsfrequenzen, bei JPEG2000 eine Art von Mittelwerten über 4, 16, 64 ... Pixel. Es ist nun möglich, diese Koeffizienten stark "einzudampfen" durch einen Prozess, der Quantisierung genannt wird, ohne dass sich das Erscheinungsbild stark ändert. Die Quantisierung ist i.W. eine Rundung. Kleine Koeffizienten verschwinden ganz und die größeren werden auf den nächstbesten runden Wert gesetzt. So lassen sie sich mit wesentlich weniger Bits darstellen. Schließlich wird noch eine verlustlose Datenkompression drangehängt, die die nun leidlich zurechtsortierten Koeffizienten effizienter komprimieren kann als die ursprünglichen Bilddaten.
Verlustbehaftete Kompression
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