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erten daten wiederhergestellt werden dabei geht keinerlei information verloren im wesentlichen nutzen verlustfreie kompressionsverfahren die redundanz von daten aus man spricht auch von redundanzreduktion die theoretische grundlage bildet die informationstheorie verwandt mit der algorithmischen informationstheorie sie gibt durch den informationsgehalt eine minimale anzahl an bits vor die zur kodierung eines symbols benötigt werden verlustlose kompressionsverfahren versuchen nun nachrichten so zu kodieren dass sie sich ihrer entropie möglichst gut annähern text bearbeiten quelltext bearbeiten texte sofern sie aus buchstaben bestehen oder als zeichenketten abgespeichert sind und somit nicht als bild rastergrafik typischerweise eine bilddatei nach dem einscannen eines buches belegen vergleichsweise wenig speicherplatz dieser lässt sich durch ein verfahren zur verlustfreien kompression auf 20 bis 10 des ursprünglich von ihr benötigten platzes reduzieren beispiele ausgangstext auch ein kleiner beitrag ist ein beitrag kodiertext auch ein kleiner beitrag ist 2 4 hier wurde erkannt dass die wörter ein und beitrag zweimal auftauchen und dadurch angegeben dass diese mit den gerade zurückliegenden übereinstimmen bei genauerer betrachtung könnte dann auch das in kleiner enthaltene ein entsprechend kodiert werden wörterbuchmethode bearbeiten quelltext bearbeiten verwandt ist die tokenbasierte kompression häufig wiederkehrende schlüsselwörter werden durch abkürzungen tokens ersetzt ausgangstext print hallo print hier kodiertext 3f hallo 3f hier für die zuordnung der tokens zu den eigentlichen wörtern muss entweder ein externes wörterbuch vorhanden sein oder in der komprimierten datei ersichtlich mit enthalten sein run length encoding rle bearbeiten quelltext bearbeiten bei der rle deutsch lauflängenkodierung werden identische textbestandteile die hintereinander stehen nur einmal abgespeichert mit der anzahl ihrer wiederholungen hier wird 10 grad drei mal wiederholt ausgangstext in den letzten tagen betrug die temperatur 10 grad 10 grad 10 grad und dann 14 grad kodiertext in den letzten tagen betrug die temperatur 3 10 grad und dann 14 grad die burrows wheeler transformation ist eine umkehrbare operation welche einen gegebenen text so umformt dass dieselben buchstaben möglichst oft gleich hintereinander stehen so können die daten dann mit rle komprimiert werden entropiekodierung bearbeiten quelltext bearbeiten verfahren der so genannten entropiekodierung huffman code in modifizierter form zum beispiel für die fax übertragung arithmetische kodierung 4 der bekannte morse code funktioniert nach einem ähnlichen prinzip und dient als gutes beispiel häufige buchstaben der englischen sprache z b e werden als kurze codes abgespeichert seltene als lange codes z b q _ _ _ als beispiel ein ausgangstext von 66 zeichen länge datenmenge 462 bit bei 7 bit pro zeichen siehe ascii wenn hinter fliegen fliegen fliegen fliegen fliegen fliegen nach eine sehr einfache aber nicht sehr effiziente entropiekodierung besteht darin alle teile einer nachricht siehe tabelle _ steht für das leerzeichen nach ihrer häufigkeit zu sortieren und mittels binären zahlen zu nummerieren textteil wird ersetzt durch _fliegen 1 wenn_ 10 _nach 11 hinter 100 101 der mit diesem wörterbuch komprimierte text lautet 10 100 1 1 1 101 1 1 1 11 und benötigt in binärer kodierung 50 bit denn das ergebnis enthält drei verschiedene zeichen 0 1 und das trennzeichen also 2 bit pro zeichen die trennzeichen sind hier notwendig da dieser code nicht präfixfrei ist der präfixfreie huffman code also folgendes wörterbuch textteil wird ersetzt durch _fliegen 1 wenn_ 011 _nach 010 hinter 001 000 ist effizienter denn es führt direkt zu einem binären ergebnis von 18 bit länge 011001111000111010 in beiden fällen muss aber auch das wörterbuch in der komprimierten datei abgespeichert werden sonst lässt sich der ausgangstext nicht rekonstruieren programmdateien bearbeiten quelltext bearbeiten hauptartikel kompression ausführbarer programmdateien bei programmdateien ist es kritisch dass sie nach erfolgter dekomprimierung wieder im ursprünglichen zustand sind andernfalls wäre eine fehlerfreie bzw korrekte ausführung unwahrscheinlich komprimierte programmdateien sind meist selbst wieder ausführbare dateien sie bestehen aus einer routine die den programmcode wieder dekomprimiert und anschließend ausführt dadurch ist die kompression des programms für den benutzer vollkommen transparent er bemerkt sie nicht anwendungsbeispiele sind upx und upack verlustbehaftete kompression bearbeiten quelltext bearbeiten bei der verlustbehafteten kompression werden irrelevante informationen entfernt man spricht auch von irrelevanzreduktion dabei geht ein teil der information aus den originaldaten verloren sodass aus den komprimierten daten nicht mehr das original rekonstruiert werden kann es wird ein modell benötigt das entscheidet welcher anteil der information für den empfänger entbehrlich ist verlustbehaftete kompression findet meist in der bild video und audio übertragung anwendung als modell wird dort die menschliche wahrnehmung zugrunde gelegt ein populäres beispiel ist das audio format mp3 das frequenzmuster entfernt die der mensch schlecht oder gar nicht hört die theoretische grundlage bildet die rate distortion theorie sie beschreibt welche datenübertragungsrate mindestens nötig ist um informationen mit einer bestimmten güte zu übertragen bilder videos und tonaufnahmen bearbeiten quelltext bearbeiten bei stark komprimierten bildern im jpeg format zeichnen sich 8 8 pixel große quadrate als kompressionsartefakte ab oben originalgröße unten ausschnittsvergrößerung vergleich der kompressionsartefakte im jpeg format mit dem verlustfreien png format ton bild und film sind einsatzgebiete verlustbehafteter kompression anders wären die oftmals enormen datenmengen sehr schwer zu handhaben bereits die aufnahmegeräte begrenzen das datenvolumen die reduktion der gespeicherten daten orientiert sich an den physiologischen wahrnehmungseigenschaften des menschen die kompression durch algorithmen bedient sich dabei typischerweise der wandlung von signalverläufen von abtastsignalen in eine frequenzdarstellung in der akustischen wahrnehmung des menschen werden frequenzen oberhalb von ca 20 khz nicht mehr wahrgenommen und können bereits im aufnahmesystem beschnitten werden ebenso werden existierende leise nebentöne in einem klanggemisch nur schwer wahrgenommen wenn zur exakt gleichen zeit sehr laute töne auftreten so dass die unhörbaren frequenzanteile vom daten kompressions system entfernt werden können siehe psychoakustik ohne dass dies als störend vom hörer wahrgenommen würde der mensch kann bei einer reduktion digitalisierter akustischer ereignisse musik sprache geräusche auf werte um etwa 192 kbit s wie bei vielen internet downloads kaum oder gar keine qualitätsunterschiede zum unkomprimierten ausgangsmaterial so bei einer cd feststellen in der optischen wahrnehmung des menschen werden farben weniger stark aufgelöst als helligkeitsänderungen daraus leitet sich die schon beim analogen farbfernsehen bekannte yuv 422 reduzierung ab kanten sind dagegen bedeutsamer und es existiert eine biologische kontrastanhebung machsche streifen mit moderater tiefpassfilterung zur farbreduktion zum beispiel durch den auf dct transformation basierenden jpeg algorithmus oder den neueren auf wavelet transformation basierenden jpeg2000 algorithmus lässt sich die datenmenge meist auf 10 oder weniger der ursprünglichen datenmenge reduzieren ohne deutliche qualitätsverringerungen bewegtbilder filme bestehen aus aufeinanderfolgenden einzelbildern erster ansatz war jedes bild einzeln gemäß jpeg algorithmus zu komprimieren das resultierende format ist motion jpeg entspricht mpeg 1 wenn dieses nur i frames enthält die heutzutage sehr viel höheren kompressionsraten sind nur erreichbar wenn man bei der kodierung die ähnlichkeit von benachbarten bildern engl frames berücksichtigt dazu wird das bild in kleinere kästchen typische größen liegen zwischen 4 4 und 16 16 pixel zerlegt und es werden ähnliche kästchen in schon übertragenen bildern gesucht und als vorlage verwendet die einsparung ergibt sich daraus dass statt des gesamten bildinhalts nur noch die unterschiede der an sich ähnlichen kästchen übertragen werden müssen zusätzlich wird aus den änderungen vom vorherigen zum aktuellen bild gefolgert in welche richtung sich bildinhalte wie weit verschoben haben für den entsprechenden bereich wird dann nur ein verschiebungsvektor gespeichert kompressionsartefakte bearbeiten quelltext bearbeiten hauptartikel kompressionsartefakt als kompressionsartefakte bezeichnet man signalstörungen die durch die verlustbehaftete kompression verursacht werden anwendung in der nachrichtentechnik bearbeiten quelltext bearbeiten nutzung von quellen kanal und leitungskodierung zur übertragung eines signals bei der datenübertragung wird häufig die zu übertragende datenmenge durch kompression reduziert in so einem fall spricht man dann auch von quellenkodierung 2 3 die quellenkodierung wird dabei häufig zusammen mit kanalkodierung und leitungskodierung verwendet sollte aber nicht mit diesen verwechselt werden während die quellencodierung überflüssige redundante information einer datenquelle reduziert hat die kanalcodierung die aufgabe durch zusätzlich eingebrachte redundanz übertragungs bzw speicherfehler im rahmen der datenübertragung erkennen und korrigieren zu können die leitungskodierung hingegen nimmt eine spektrale anpassung des signals an die anforderungen des übertragungskanals vor zeittafel der kompressions algorithmen bearbeiten quelltext bearbeiten die jahrhundertealte stenografie kann als datenkompression angesehen werden welche der handschrift eine möglichst hohe datenrate verleiht 1833 1865 entwicklung des morse codes welcher häufige buchstaben in kurze zeichen übersetzt und seltene buchstaben in längere was die idee der entropiekodierung vorzeichnet 1883 david forsyth schachspieler und journalist publiziert eine methode mit welcher auf platzsparende weise die position von schach figuren mit lauflängenkodierung festgehalten wird forsyth edwards notation 1949 informationstheorie claude shannon 1949 shannon fano kodierung 1952 huffman kodierung static 1964 konzept der kolmogorow komplexität 1975 integer coding scheme elias 1977 lempel ziv verfahren lz77 1978 lempel ziv verfahren lz78 1979 bereichskodierung eine implementierung arithmetischer kodierung 1982 lempel ziv storer szymanski lzss 1984 lempel ziv welch algorithmus lzw 1985 apostolico fraenkel fibonacci coding 1986 move to front bentley et al ryabko 1991 reduced offset lempel ziv rolz auch lzrw4 lempel ziv ross williams 1994 burrows wheeler transformation bzip2 1995 zlib freie standardbibliothek für deflate 1996 lempel ziv oberhumer algorithmus lzo sehr schnelle kompression 1997 sequitur 1998 lempel ziv markow algorithmus lzma 2006 hutter preis für beste datenkompression 2009 paq höchste kompressionsraten auf kosten sehr langer laufzeit verwendung eines neuronalen netzwerks heute zpaq 2011 snappy schneller kodierer von google 2011 lz4 sehr schneller kodierer 2013 zopfli verbesserter deflate kodierer 2015 brotli starke kompression bekannte methoden zur quellcodierung bearbeiten quelltext bearbeiten verlustbehaftet beides möglich verlustfrei aac mpeg aiff als mpeg apple lossless atrac djvu dolby digital dts flac monkey s audio g 729 gif huffyuv jpeg jpeg 2000 la mjpeg mp2 mpeg mp3 mpeg mpeg 1 mpeg 2 mpeg 4 siehe h 264 xvid divx musepack pgf png tga tiff vorbis ogg wavpack webp wma wmv bilder audio video datenübertragung bearbeiten quelltext bearbeiten mnp 1 bis mnp 10 microcom networking protocol fehlerkorrektur und datenkompressionsprotokolle der firma microcom inc für modems ein jahrelanger standard wurde verbessert durch v 42bis datenkompressionsprotokoll der itu t biologie bearbeiten quelltext bearbeiten sinneswahrnehmungen werden gefiltert was auch eine art der kompression darstellt genauer eine verlustbehaftete kompression da nur aktuell relevante informationen wahrgenommen werden fehlendes wird bei bedarf unbewusst ersetzt so sehen menschliche augen beispielsweise nur in einem kleinen bereich fovea centralis scharf außerhalb dieses engen blickfeldes werden fehlende informationen durch muster unbewusst ersetzt ebenso kann das menschliche auge helligkeitsunterschiede wesentlich besser wahrnehmen als unterschiede im farbton diesen umstand nutzt das in jpeg bildern verwendete ycbcr farbmodell und speichert den farbwert mit einer wesentlich geringeren präzision ab auch beim hören werden schwache oder fehlende signale unbewussterweise ersetzt was sich algorithmen wie mpeg mp3 oder vorbis zunutze machen siehe auch bearbeiten quelltext bearbeiten kanalkodierung canterbury corpus liste von datenkompressionsprogrammen liste von dateinamenserweiterungen weblinks bearbeiten quelltext bearbeiten wikibooks buch zu datenkompression lern und lehrmaterialien wiktionary datenkompression bedeutungserklärungen wortherkunft synonyme übersetzungen vergleich der kompressionsleistung von über 250 packprogrammen englisch la verlustfreies audioformat mit den angeblich höchsten kompressionsraten englisch data compression systematisation by t strutz englisch data compression faq englisch lelewer debra a hirschberg daniel s data compression acm computing surveys 19 1987 s 261 297 übersichtsartikel englisch liste mit kompressionsvergleichen englisch einzelnachweise bearbeiten quelltext bearbeiten datenkomprimierung duden bibliographisches institut 2016 a b stefan brunthaler quellen und leitungscodierung pdf 528 kb in th wildau 2018 abgerufen am 12 august 2018 vorlesungsscript kommunikationstechnik in der telematik ss2018 a b peter maluck jürg scheidegger quellencodierung gelenktes entdeckendes lernen pdf 776 kb in swisseduc 24 august 2009 abgerufen am 12 august 2018 seminar kommunikationstechnik a b tilo strutz bilddatenkompression grundlagen codierung wavelets jpeg mpeg h 264 hevc springer vieweg wiesbaden 2017 isbn 978 3 8348 1427 2 s 421 matthew v mahoney fast text compression with neural networks in aaai hrsg proceedings of the thirteenth international florida artificial intelligence research society conference 2000 isbn 1 57735 113 4 s 5 mark nelson the million random digit challenge revisited 20 juni 2006 abgerufen am 12 august 2018 englisch mark nelson the enduring challenge of compressing random data drdobbs com 6 november 2012 abgerufen am 12 august 2018 englisch patrick craig the 5000 compression challenge abgerufen am 12 august 2018 englisch abgerufen von https de wikipedia org w index php title datenkompression oldid 222957700 kategorie datenkompression navigationsmenü meine werkzeuge nicht angemeldet diskussionsseite beiträge benutzerkonto erstellen anmelden namensräume artikel diskussion deutsch ansichten lesen bearbeiten quelltext bearbeiten versionsgeschichte weitere suche 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