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U10: Bilddatenkompression

Anleitung für das Wiki
In diesem Wiki könnt ihr gemeinsam Lerninhalte erstellen. Jedes Wiki ist direkt und für jeden angemeldeten User editierbar. Wenn bereits bei vorherigen Prüfungen Wikis zum Thema (manchmal auch nur Teilgebiete streifend) erstellt wurden, so werden sie unten verlinkt. Ansonsten einfach hier diesen Eintrag überschreiben und mit entsprechenden Inhalten füllen. Konkrete Aufgaben gemeinsam lösen oder besprechen könnt ihr zudem in der Lerngruppe.
https://mediencommunity.de/lerngruppe-mediengestalter-ap-winter-2022

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Das Team der mediencommunity

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Datenkompression

Bildformate

Viele Bilddateiformate reduzieren den von Bitmap-Bilddaten benötigten Speicherplatz durch Komprimierungsmethoden.

Komprimierungsmethoden werden danach unterschieden, ob sie Details und Farben aus dem Bild entfernen.  

Lossless-Methoden (verlustfreie) komprimieren Bilddaten, ohne Details zu entfernen.
Lossy-Methoden (verlustreiche) komprimieren Bilder durch Entfernen von Details.

Die folgenden Komprimierungsmethoden sind am gängigsten:

Run Length Encoding (RLE)

  • In einer Pixelzeile wird die Anzahl gleicher, aufeinander folgender Pixel zusammengefasst und somit eine Datenreduktion erzielt.
  • abstrahiertes Beispiel (im Original wird binär gespeichert): 00011111111100000 wird zu 309150
  • verlustfrei
  • Praxisanwendung: Besonders bei sich wiederholenden Strukturen wie Grafiken, Clipart. Weniger geeignet für "Pixelbilder", da diese keine hohen Wiederholungsraten haben. Ausnahme JPG nach der Fourier-Transformation (Bildstrukturen werden eingeebnet).
  • Formate: Tif, Bmp, RLE (altes Windows Format), oder als Teil der JPG-Komprimierung
  • Links: 
    http://www.fileformat.info/mirror/egff/ch09_03.htm 
    http://de.wikipedia.org/wiki/Lauflängenkodierung

Huffmann-Codierung

  • Häufige Tonwerte erhalten eine kleine Binärcodierung, z. B. 0, 1 - seltene Tonwerte erhalten eine größere Binärcodierung, z. B. 11111111
  • Die Huffmann-Codierung geht davon aus, das die Verteilung der Tonwerte nicht gleichförmig ist, sondern einer (ähnlich Gaußkurve) folgt.
  • Der Datei-Vorspann benötigt eine Umcodierungs-Tabelle, um die codierten Inhalte übersetzen zu können.
  • verlustfrei
  • sehr gleichförmig verteilte Bilder (z. B. Cyankeil) schwieriger 
  • Praxisanwendung: CCITT (Group4)-Komprimierung (PDF) in der JPG-Komprimierung, in der MP3-Komprimierung

Lempel-Zif-Welch“ (LZW)

  • Vergleich von Bildinhalten: Bei Wiederholung schon übertragener Information wird nicht neu codiert, sondern einer Querverweis auf eine bestehende Bildstelle gesetzt.
  • verlustfreie
  • Praxisanwendung: TIFF, PDF, GIF und PostScript unterstützte Komprimierungsmethode.
  • optimal zum Komprimieren von Bildern mit großen, einfarbigen Flächen oder Text
  • die PNG-Komprimierung basiert auf der gleichen Grundlage, wurde aber konkurrierend entwickelt und hat sich aufgrund eines Patentstreites (ausgehend von LZW) durchgesetzt.
  • Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus

Differenz-Puls-Code-Modulation (DPCM)

  • Nicht der Tonwert selbst, sondern die Differenz zum nächsten Pixel wird codiert. Kleinere Zahlenwerte, da die Differenz oft niedriger als der absolute Wert ist – dadurch Datenreduktion.
  • verlustfrei
  • Praxisanwendung: Audiokomprimierung und innerhalb der JPG-Komprimierung

Fourier Transformation

  • Dichteverläufe (z. B. innerhalb von einer Bildzeile) werden in der Fourier-Transformation als mathematischen Funktionen dargestellt. Die einzelnen Pixel-Dichte-Werte werden also in eine Kurve zueinander umgewandelt. Dies geschieht in Abschnitten von 8x8 Pixeln (Artefaktbildung in der Größe von 8x8 Pixeln).
  • Um eine höhere Kompression zu erreichen wird die Gesamtkurvenfunktion bereinigt - Ausschläge minimiert. Die Höhe der Kompression ist einstellbar (der JPG-Kompressionsregler stellt diese Komprimierung ein).
  • verlustbehaftet
  • Praxisanwendung: Innerhalb der JPG-Komprimierung

Joint Photographic Experts Group“ (JPEG)

  • ist eine von den Formaten JPEG, TIFF, PDF und PostScript unterstützte Lossy-Methode. Die JPEG-Komprimierung führt bei Halbtonbildern, z. B. Fotos, zu den besten Ergebnissen.
  • Folgende Kompressionsverfahren werden in einer JPG-Komprimierung angewendet:
    1. Umwandlung in den YUV-Farbraum (oder YCbCr) - dadurch Trennung von Helligkeits- und Farbinformation (Helligkeit wird vom Auge empfindlicher Wahrgenommen als Farbe) 
    2. Fourier Transformation von Farbe (stärker) und Helligkeit (schwächer) 
    3. DPCM-Codierung 
    4. Lauflängencodierung (Runlength-coding)
    5. Huffmann-Codierung
    ACHTUNG: 3.+4. uneins mit dem Kompendium, Wikipedia drückt es wieder anders aus. Kontrolle.
  • Praxisanwendung: Bei der JPEG-Komprimierung legen Sie die Bildqualität fest, indem Sie eine Option aus dem Menü „Qualität“ wählen, den Regler „Qualität“ verschieben oder im Testfeld „Qualität“ einen Wert zwischen 1 und 12 (10) eingeben. Wählen Sie die Komprimierung mit der höchsten Qualität um ein optimales Druckergebnis zu erhalten. Dateien mit JPEG-Kodierung können nur auf PostScript-Level-2-Druckern (oder höher) ausgegeben werden und lassen sich u. U. nicht in individuelle Platten separieren.

CCIT

  • Bei der CCITT-Kodierung handelt es sich um eine Gruppe von verlustfreien, von Dateiformaten PDF und PostScript unterstützten Komprimierungsmethoden für Schwarzweißbilder.
  • CCITT ist die Abkürzung des französischen Namens für den Internationalen Ausschuss für Telefgrafie und Telefonie, Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique
  • s. oben Huffmann-Codierung

ZIP

  • Die ZIP-Kodierung ist eine Verlustfreie, von den Dateiformaten PDF und TIFF unterstützte Komprimierungsmethode. Wie LZW ist auch die ZIP-Komprimierung am besten für Bilder mit großen, einfarbigen Flächen geeignet.
  • ACHTUNG: ZIP ist eher als Kontainer-Komproessionsformat als für Bilder im Gebrauch + nicht alle Programme die …zip… im Namen haben, nutzen auch diese Komprimierung. Bitte Kontrolle.

(ImageReady) PackBits

  • ist eine verlustfreie Komprimierungsmethode, die ein Run-Length-Komprimerungsschema verwendet. PackBits wird vom TIFF-Format nur im ImageReady unterstützt.

Video

MPEG (Motion Picture Experts Group)

  • MPEG besteht aus der Intra-Frame- (Frame = einzelnes Bild) Komprimierung: 
    Jedes einzelne Bild wird JPG komprimiert.
  • und der Inter-Frame-Komprimierung: Vergleich von Bildinhalten mehrerer Frames. Nur veränderte (bewegte) Bildinhalte werden neu codiert.

  • Beispiel (Inter-…): Eine Person steht und nimmt den rechten Arm nach oben. Es wird nur der bewegte rechte Arm codiert. Danach bleibt der Arm oben und es wird der linke Arm auch nach oben genommen. Es wird nur der linke Arm (+ Hintergrund natürlich) codiert.

Sonstiges

Der Preflight in Layout-Programmen prüft, ob die Bildauflösung, die Datentiefe, der Ausgabefarbraum dem Ausgabemedium gerecht wird. Ein Bild mit 72 dpi ist zum Beispiel nicht für den Druck geeignet. Der Prefligt würde eine entsprechende Fehlermeldung ausgeben.

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Die Abtastrate, Kanalzahl und Framerate ist bei Audio und Video relevant.

Hier ist die Abtastrate der Wert, der angibt, wie oft eine Tonspur in einer bestimmten Zeit abgetastet wird. Je höher diese Rate ist, desto klarer wird der Ton später. Sie wird in Hertz angegeben, was für "1 pro Sekunde" steht. 44000 KHz entsprächen also 44.000.000 Abtastungen pro Sekunde.

Verringert man den Wert, so werden in einer Sekunde weniger Abtastungen gespeichert. Dadurch gehen Informationen verloren.

Ein Beispiel:

Eine Treppe hat 100 Stufen, die man leicht heraufsteigen kann. Verdoppelt man die Anzahl der Stufen (die Abtastrate), so werden die Stufen nur noch halb so groß. Fügt man beliebig viele Stufen hinzu, so entsteht der Eindruck einer glatten Fläche und damit beim Ton ein sehr präziser Klang.

Die Kanalzahl gibt lediglich an, wie viele Tonspuren nebeneinander in einem Video oder Musikstück laufen. Für Mono ist das einer, für Stereo zwei, für 5.1-Surround-Sound sind es sechs und für 7.1-Surround-Sound sind es acht. Eine Kompression ist zu erreichen, wenn Kanäle entfernt werden. So können z.B. zwei Tonspuren (Stereo) zu einer (Mono) verrechnet werden. Dabei geht der Eindruck des räumlichen Klangs verloren, die Reduzierung von Audio-Kanälen ist also verlustbehaftet.

Die Framerate gibt an, wie viele Bilder pro Sekunde in einem Videosignal codiert werden.

Üblich sind hier 25 Frames per second (FPS), 29,97 FPS, 30 FPS und 60 FPS. Eine Kompression lässt sich hier erreichen, wenn man die Framerate reduziert, also weniger Bilder pro Sekunde darstellt als im Ausgangsmaterial. Dabei gehen allerdings auch Informationen verloren.

 

Übungsaufgaben: 

http://www.mathemedien.de/datenkompression.html

http://www.mathemedien.de/pruef_2012-12.html

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Komprimierungsmethoden

Unter Komprimierung versteht man die rechnerische Verkleinerung des Speicherbedarfs einer Bilddatei unter Beibehaltung von Farbtiefe, Bildgröße und Auflösung. Die Bildinformation wird beim Speichern durch so genannte Komprimierungsalgorithmen zusammengefasst und neu verpackt. Zur Weiterverarbeitung oder Ausgabe muss die Datei wieder dekomprimiert werden. Die Vorteile sind bessere Nutzung von Speichermedien und höhere Geschwindigkeit beim Datenaustausch.

Grundsätzlich wird zwischen verlustfreien und verlustbehafteten Komprimierungsmethoden unterschieden.

Verlustfreie Komprimierung
Eine der bekanntesten – aus Photoshop –  Komprimierungsmethoden ist LZW.  Die Abkürzung geht auf die drei Entwickler (Lempel, Ziv, Welch) zurück. Hier wird nur ein Teil der Bildinformation dargestellt und es wird dabei verglichen welche Tonwertabstufungen bereits an anderer Stelle auftreten und anstatt die Informationen ein weiteres mal anzulegen wird eine referenzbibliothek angelegt auf die im Wiederholungsfalle verwiesen wird.

Zu den verlustfreien Verfahren gehören auch RLE (Run Length Encoding), ZIP und CCITT Group 3 bzw. Group 4, die speziell für Strichzeichnungen und Grafiken entwickelt wurden.  Auch JPEG-2000 komprimiert verlustfrei im Gegensatz zu anderen JPEG-Komprimierungen.

Verlustbehaftete Komprimierung
Hierunter werden alle Verfahren gefasst, die zwar die Datenmenge sehr stark reduzieren aber auf Kosten der Darstellungsqualität, wie man es von der JPEG-Komprimierung kennt.

 

Datenkompression bei Film (laufenden Bildern)
Bei der Komrimierung von Filmdateien werden die Ähnlichkeiten zu benachbarten  und schon gesendeten Frames berücksichtigt.
Die einzelnen Frames werden dabei in Kästchen (4x4 oder 16x16 Pixel) zerlegt und anschließend nach schon übertragenen Bildteilen nach Wiederholungen gesucht.

 

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U11: Digitaler Farbprüfdruck

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U12. Ausschießen

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Druckbogen (3): Ausschießen

Beim Ausschießen ist zu beachten: Druck im Schön- und Widerdruck, Druckbogen umschlagen oder umstülpen, Druckbogenformat, Falzschema, Bindeart, Art des Sammelns der Druckbogen, Laufrichtung des Papierbogens.

Ausschießschema
- wird von der Falzfolge der Falzmaschine festgelegt
- erste und letzte Seite des Bogens stehen im Bund stets nebeneinander
- vier Seiten, die im Bund nebeneinander liegen, stehen Kopf an Kopf
- der letzte Falz ist der Bundfalz
- im Bund nebeneinanderliegende Seiten ergeben in der Summe ihrer Seitenzahlen immer die Gesamtzahl aller Seiten plus 1
- bei 8 Seiten im Hochformat: Falzanlage bei den Seiten 3 + 4
- bei 16 Seiten Hochformat, 32 Seiten Querformat: Falzanlage bei den Seiten 5 + 6 (nur beim Deutschen Vierbruch, Infos zum Internationalen Vierbruch oder Englischen Vierbuch: 29041a5f45d4bfff0a50a0b587dd63e5.pdf
- ungerade Seiten stehen rechts vom Bund, gerade Seiten stehen links (bei der digitalen Erstellung der Einteilungsbögen)

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Druckbogen (3): Ausschießen

Ausschießen = Die Seiten auf dem Druckbogen nach bestimmten Regeln anordnen. Für das Ausschießen sind wichtig:

  • das Papierformat
  • die Druckweiterverarbeitung

Die Seiten werden so auf dem Druckbogen angeordnet, dass sie nach dem Falzen, Schneiden und Binden in der richtigen Reihenfolge und Ausrichtung sind. Für das Ausschießen gibt es Software-Programme (= Ausschieß-Programme).

Beim Ausschießen muss man beachten:

  • Wird die Schöndruck- oder auf die Widerdruck-Seite bedruckt?
  • Wendet man den Druckbogen durch Umschlagen oder durch Umstülpen?
  • Wie groß ist der Druckbogen?
  • Welches Falzschema benutzt man?
  • Welche Bindung benutzt man?
  • Wie werden die Druckbögen gesammelt und zusammengetragen?
  • Welche Laufrichtung muss das Papier haben?


Ausschieß-Schema

Ausschieß-Schema bedeutet: Die einzelnen Seiten werden auf dem Druckbogen so angeordnet, dass sie nach dem Falzen in der richtigen Reihenfolge sind.

Regeln für das Ausschieß-Schema:
  • Die erste und die letzte Seite des Druckbogens liegen im Bund immer nebeneinander, zum Beispiel Seite 1 und Seite 16. Für alle anderen Seiten gilt:
    Summe der Seitenzahlen, die im Bund nebeneinander liegen = Summe aus erster plus letzter Seitenzahl des Druckbogens. Im Beispiel: 16 + 1.
  • 4 Seiten, die im Bund nebeneinander liegen, stehen Kopf an Kopf.
  • Der letzte Falz ist der Bundfalz.
  • Bei 8 Seiten Hochformat ist die Falz-Anlage bei den Seiten 3 und 4.
  • Bei 16 Seiten Hochformat oder bei 32 Seiten Querformat ist die Falz-Anlage bei den Seiten 5 und 6. (Das gilt nur beim Deutschen Vierbruch, vgl. Grafiken in 5.2 Falzen.pdf.)
  • Ungerade Seiten sind rechts vom Bund, gerade Seiten sind links vom Bund.

Druckbogen, auf dem 16 Seiten angeordnet sind. Links 8 Seiten der Vorderseite, rechts 8 Seiten der Rückseite.

Nutzenberechnung

Nutzenberechnung

Um einen Druckbogen optimal für die Erstellung eines Druckprodukts zu nutzen, werden mehrere gleichartige Druckmotive darauf angelegt. Druck zu mehreren Nutzen bedeutet, dass zur besseren Materialausnutzung (Steigerung der Produktivität) mehrere gleiche Motive in bestimmten Abständen aneinandergereiht auf einem Bogen gedruckt werden. In Sammelformen sind vom Umfang her als gleich anzusehende Objekte untergebracht, das können zwar jeweils auch mehrere Nutzen sein, aber oftmals sind die Motive unterschiedlich. Mit Nutzen wird weiterhin die Anzahl der Bogen beschrieben, die aus einem Ausgangsbogen geschnitten werden können. Die Nutzenberechnung ist ein wichtiger Bestandteil der Druckkalkulation.

Hier einige Beispielrechnungen:

Formel für die Nutzenberechnung. Breite Druckbogen geteilt durch Breite Nutzen ergibt eine Zahl 1, Höhe Druckbogen geteilt durch Höhe Nutzen ergibt eine Zahl 2. Zahl 1 mal Zahl 2 ergibt die Anzahl der Nutzen. Im Beispiel: 88 Zentimeter geteilt durch 15 ergibt 5. 62 Zentimeter geteilt durch 10 ergibt 6. Das ergibt 5 mal 6 gleich 30 Nutzen.

Ohne Reststreifen/Ohne Laufrichtung:

Beispiel: Format 10 cm x 15 xm in einen Bogen 62 cm x 88 cm

 

Rechnung:

 

62 cm

 

88 cm

 

:10 cm

 

:15 cm

 

6 N.

5 N.

= 30 Nutzen

 

Das Format wird nun gedreht:

 

62 cm

 

88 cm

 

:15cm

 

:10 cm

 

4 N.

8 N.

= 32 Nutzen

 

Lösung: 32 Nutzen

 

Mit Reststreifen/Ohne Laufrichtung:

Beispiel: Format 10 cm x 15 xm in einen Bogen 62 cm x 88 cm

 

Berechnung der Nutzen ohne Rest:

 

62 cm

 

88 cm

 

:10 cm

 

:15 cm

 

6 N.

5 N.

= 30 Nutzen

2 cm Rest

 

13 cm Rest

 

 

Ist einer der Divisionsreste größer als die kürzere Nutzenseite, so ist noch Platz für weitere Nutzen

Hier verbleibt ein Nutzbarer Reststreifen von 13 cm x 62 cm

 

Berechnung des Reststreifens:

 

13 cm

 

62 cm

 

:10 cm

 

:15 cm

 

1 N.

4 N.

= 4 Nutzen

 

Hier könnten 30 + 4 Nutzen, also 34 Nutzen untergebracht werden

 

Es folgt die Rechnung mit umgekehrter Nutzenstellung:

 

62 cm

 

88 cm

 

:15 cm

 

:10 cm

 

6 N.

5 N.

= 32 Nutzen

2 cm Rest

 

8 cm Rest

 

 

Es ist kein Reststeifen übrig auf dem sich weitere Nutzen unterbringen lassen.

 

Nutzenberechnung bei vorgegebener Laufrichtung: (es braucht keine Gegenprobe)

Beispiel: Format 12 cm x 16 cm auf einem Druckbogen 46 cm x 66 cm

 

46 cm

 

66 cm

 

:16 cm

 

:12 cm

 

2 N.

5 N.

= 10 Nutzen

L

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Nutzen berechnen

Nutzen = Anzahl der Exemplare

Bei der Nutzenberechnung wird berechnet, wie viele Einzelexemplare eines Produktes (z. B. Visitenkarten, Flyer) auf einen Druckbogen passen.

Druck zu mehreren Nutzen

Man druckt auf einem Bogen mehrere gleiche Motive in einem bestimmten Abstand, weil man den Bogen gut nutzen will. Die Produktivität wird gesteigert.

Sammelformen

In Sammelformeln kann man unterschiedliche Motive aus mehreren Aufträgen drucken, wenn die Auflage ähnlich groß ist.

Die Nutzenberechnung ist ein wichtiger Teil der Druck-Kalkulation.

Beispiel: Nutzen optimal berechnen

Formel für die Nutzenberechnung. Breite Druckbogen geteilt durch Breite Nutzen ergibt eine Zahl 1, Höhe Druckbogen geteilt durch Höhe Nutzen ergibt eine Zahl 2. Zahl 1 mal Zahl 2 ergibt die Anzahl der Nutzen. Im Beispiel: 88 Zentimeter geteilt durch 15 ergibt 5. 62 Zentimeter geteilt durch 10 ergibt 6. Das ergibt 5 mal 6 gleich 30 Nutzen.