DE102004052901A1 - Verfahren zur Aufbereitung und Komprimierung von Bilddateien - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur anwenderfreundlichen und schnellen Aufbereitung und größtmöglichen Komprimierung von Bilddateien ohne Qualitätsverlust.

Description

• Ein wichtiger Aspekt bei der Verbreitung, und somit der Wirtschaftlichkeit, eines Informationsmediums ist die Übertragungszeit die für die Übertragung von bestimmten Einheiten, zum Beispiel Werbeblöcken, benötigt wird.
• Denn gerade die Übertragung von digitalisierten, unkomprimierten Bildern verursacht wegen der anfallenden riesigen Datenmengen lange Übertragungszeiten und einen enormen Speicherplatzbedarf bei der weiteren Signalverarbeitung.
• In Anbetracht dieser hohen Datenraten bei der digitalen Übertragung und Speicherung von Ton – und vor allem Bildinformationen ist hierbei die Anwendung von Bildcodierverfahren zur Datenkompression unverzichtbar. Bei der Verbreitung von großen Mengen an Bildinformation muss selbst mit der in Breitbandnetzen reichlich vorhandenen Kapazität an Übertragungsmöglichkeiten sparsam umgegangen werden. Denn die erreichbare Verbreitung jedes Informationsmediums ist auch eine Frage der entstehenden Betriebskosten.
• Den Begriff Datenkompression kann man hierbei definieren als eine Technik zur Reduzierung der benötigten Bandbreite für den Fall, dass ein vorgegebener Betrag an Information in einer gegebenen Zeit übertragen werden soll, oder als eine Technik zur Verringerung der benötigten Zeit für den anderen Fall, dass ein vorgegebener Betrag an Information mit einer gegebenen Bandbreite übertragen werden soll.
• Die einfachste Möglichkeit der Datenreduzierung, nämlich eine Verringerung der Bildpunkte oder der Grauwertstufen, erweist sich als unpraktikabel, wenn eine bestimmte Bildqualität nicht unterschritten werden soll. Denn bei gleich bleibendem Bildformat ist eine Verringerung der Anzahl der Bildpunkte ersichtlich deshalb nachteilig, weil dadurch bei größerem Abstand zum betrachteten Bild die Rasterstruktur erkennbar wird und der Eindruck eines kontinuierlichen Bildes verloren geht.
• Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Kompressionsverfahren bekannt. Diese ermöglichen entweder hohe Kompressionsverfahren oder eine gute Bildqualität.
• Um den steigenden Anforderungen der neueren Multimedia – Anwendungen im Bereich der Bilddatenkompression gerecht zu werden, wird seit 1997 innerhalb der ISO/IEC JTC/SC29/WG01 ein neuer Standard zur Kompression von Standbildern mit der Bezeichnung ISO 15444 entwickelt. Dieser auch als JPEG 2000 bezeichnete Standard hat etwa ab Mitte 2001 die Nachfolge des weit verbreiteten Standards ISO/IEC 10918, auch bekannt unter dem Namen JPEG (Joint Photographic Experts Group), angetreten.
• Neben einer verbesserten Bildqualität im Bereich niedriger Bitraten hat JPEG 2000 speziell die Codierung von unterschiedlichen Bildtypen (Schwarzweiß-, Graustufen – Farb – und Multikomponentenbildern) mit unterschiedlichen Charakteristiken (natürliche Bilder, medizinische Bilder, Computergraphiken, Text) für diverse Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen Anforderungen in einem System vereint. Multimedia – Anwendungen erfreuen sich gerade im Internet (w.w.w) immer größerer Beliebtheit. Dokumente auf dem w.w.w.., die als Seiten oder Web – Seiten bezeichnet werden, sind in der HTML – Sprache (HTML = Hypertext mark-up language = Hypertext – Auszeichnungssprache) geschrieben
• Ein Web – Standort (Web – Site) ist eine verwandte Gruppe dieser Dokumente und zugeordneten Dateien und kann über spezielle Computer (server) auf der ganzen Welt erreicht werden. Diese Dateien können neben Text, Graphikbilder, Filmdateien und Klänge und andere kleine eingebettete Softwareprogramme enthalten, die ausgeführt werden, wenn der Benutzer dieselben durch Anklicken einer Verknüpfung (link) aktiviert.
• Die Hauptschwierigkeit beim Einrichten von Bilddokumenten auf einem Server im Internet und dem entsprechenden Anordnen von Animationen, dem sog. Web – Design, besteht für den Anwender darin, ein leicht zu handhabendes Anwendungsprogramm zu finden.
• Dies wird z.B. durch das Programm Flash der Fa. Macromedia und seine Weiterentwicklungen erreicht.
• Flash reagiert auf das Streben der Designer nach mehr Grafiken und mehr Kontrolle über diese Grafiken, indem eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt wird, Vektor – Bilder über das Netz zu versenden.
• Vektor – Bilder halten die Dateigrößen niedrig und sind skalierbar, d.h. der Designer behält die Kontrolle darüber, wie eine Web- Seite aussieht, indem die Proportionen der Fensterinhalte aufrechterhalten bleiben, wenn ihr Betrachter die Größe des Fensters ändert. Zusätzlich unterstützt Flash Streaming. Mit Streaming können einzelne Elemente bereits dargestellt werden, während andere Elemente noch über das Internet geladen werden.
• Jedoch ist man in Flash nicht darauf beschränkt, Animationen nur für das Web zu erstellen. Man kann Flash – Player lizenzieren und Flash – Filme auf CD – ROM verbreiten. Man kann eigenständige Projektionen erzeugen und diese auf Diskette verteilen. Die Erstellung von Animationen für Websites ist zum Hauptschwerpunkt von Flash geworden.
• Flash benötigt jedoch teilweise viel Zeit zum Herunterladen des Codes und die von Flash erzeugten Dateien werden bei der Bearbeitung von größeren Bildern zu umfangreich. Aus diesen Gründen gibt es zwar im Internet viele „Flash – Seiten„, aber nur wenige volle Seiten in „ Flash – Technik„.
• Zusätzlich stellt sich dem Designer, bzw. allgemein gesprochen, dem User oder Benutzer, das Problem, Bilddateien verarbeiten zu müssen, die unterschiedliche Datengröße, unterschiedliche qualitative Eigenschaften und unterschiedliche Formate aufweisen können.
• Zu diesem Zweck muss bisher jede dieser Bilddateien gesondert bearbeitet werden und als geänderte Bilddatei neu importiert werden.
• Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem sich eine Bilddatei eines gebräuchlichen Formats auf einfache Weise und weitgehend selbständig in eine Bilddatei gleicher Qualität aber mit einem anderen Format und reduziertem Datenvolumen wandeln lässt.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 12.
• Es wird bei diesem Verfahren nicht nur berücksichtigt, woher die zu bearbeitende Bilddatei stammt, sondern auch wie die speziellen Eigenschaften der durch sie repräsentierten Bilder beschaffen sind.
• Desgleichen wird bei diesem Verfahren detailliert abgefragt und hinsichtlich der weiteren Bearbeitung berücksichtigt, wohin die betreffende Bilddatei exportiert werden soll, sowie welche speziellen Eigenschaften diese Ergebnisdatei aufweisen soll.
• Selbstverständlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet, dass die Qualität der von der jeweiligen Bilddatei repräsentierten Bilder trotz der jeweiligen Bearbeitungsschritte mindestens erhalten bleibt, bzw. besser wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass der Import und der Export von Bilddateien für den Anwender erheblich vereinfacht, damit bedienerfreundlicher wird und schneller realisiert werden kann.
• Es ergibt sich somit eine extreme Zeitersparnis durch die Vermeidung von mehrfacher Bildbearbeitung für verschiedene Übertragungsbandbreiten in Verbindung mit dem Internet und unterschiedlichen Datenträgern.
• Als Eingabeformate können etwa 30 unterschiedliche Bildformate angegeben werden, zum Beispiel JPEG, BMP, Tiff etc.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Bilder zuerst analysiert. Bei der Analyse wird schon berücksichtigt, was der Benutzer später mit dem Bild machen will. Für die Merkmale, die der Benutzer sich wünscht, wird eine Bildoptimierung durchgeführt, die mit der heutigen Technologie bis an die Grenze des Machbaren geht. Dabei sind JPEG – Bilder 60 % bis 90 % höher komprimierbar als bei den herkömmlichen Verfahren. Spezifische Merkmale hierbei sind, dass bei einem höheren Komprimierungsfaktor im JPEG – Komprimierungsverfahren Bilder für ihre spezifische Bildgröße 60% bis 90% bessere visuelle Qualitätsmerkmale aufweisen. Dadurch sind JPEGs mit dem erfindungsgemäßen Bildbearbeitungsverfahren 60% bis 90% kleiner als ohne dieses.
• Das Analysemodul stellt fest, welches Bildformat importiert wurde. Weiter wird ermittelt wie viel Speicherplatz die betreffende Bilddatei umfasst. Ferner werden die Farbwerte und die Farbtiefe des betreffenden Bildes analysiert (RGB, CMYK). Es werden zudem die horizontale und die vertikale Auflösung des Bildes in DPI und die Bit – Tiefe ermittelt. Aufgrund der ermittelten Werte errechnet das Analysemodul den Original – Komprimierungsfaktor bei der Importdatei bei JPG – Formaten.
• Das Steuermodul ist ein weiteres Modul in dem entsprechend der Vorgabe, bzw. des Ergebnisses, der Analyse vorher ermittelte Werte als Festwerte einprogrammiert sind, wie zum Beispiel Farbwerte, DPI – Werte, Graustufen, Kontrast, Luminanz usw.
• Diese einprogrammierten Werte wurden beispielhaft für bestimmte Typen oder Arten von Bildern rechnerisch ermittelt und stehen gewissermaßen als Bibliothek zur Verfügung. Derzeit umfasst diese Bibliothek etwa 70 verschiedene Typen von Bildern. Sie wird, soweit erforderlich, laufend erweitert. Erforderlich wird eine solche Erweiterung zum Beispiel wenn ein neues Format auf dem Markt erscheint. Das erfindungsgemäße Verfahren wird hierdurch weiter verbessert.
• Als Ergebnis seiner Arbeit schickt das Steuermodul einen, für das jeweilige Bild und die jeweilige Aufgabe errechneten optimierten Algorithmus an den Arbeitsspeicher. Hier wird dieser Algorithmus auf die im Arbeitsspeicher in einem Metaformat vorliegende betreffende Bilddatei angewendet.
• Das betreffende Metaformat ist ein eigenes programmspezifisches Format.
• Da Metaformate sowohl Pixel – als auch Vektorinformationen speichern können, ist die Konvertierung zwischen Metaformaten meist relativ gut machbar. Zumindest die Pixeldaten können problemlos konvertiert werden. Wie gut die erhaltenen Vektordaten übertragen werden, hängt von den Möglichkeiten des Zielformats ab. Bitmap – und Vektordaten in ein Metaformat zu konvertieren ist meist sehr gut möglich, da ein Metaformat beide Datentypen versteht. Die Einschränkungen gleichen denen einer Konvertierung von Pixel zu Vektor. Eine typische Konvertierung von Pixel – und Vektordaten in ein ASCII – basiertes Metaformat ist z.B. die in der graphischen Industrie übliche Umsetzung in PostScript.
• Nach der einmaligen Anwendung des betreffenden Algorithmus wird das Ergebnis mit bestimmten Sollwerten verglichen und bei zu geringer Übereinstimmung wieder einer Bildanalyse unterworfen, das Steuermodul liefert wieder einen speziellen Algorithmus und die betreffende Bilddatei wird diesem neuen Algorithmus unterworfen. Das Ergebnis wird wiederum mit den entsprechenden Sollwerten verglichen.
• Einen Überblick über die Struktur der Bearbeitungsprozesse liefert die Darstellung in 1.
• Hier sind im oberen Teil exemplarisch die Möglichkeiten der Eingabe von Seiten des Anwenders dargestellt, während in der Mitte die Bearbeitungsprozesse im Zusammenspiel mit den verschiedenen Möglichkeiten der Bildbearbeitung dargestellt sind.
• Im unteren Teil der 1 sind die Möglichkeiten der weiteren Bearbeitung angedeutet.
• Bei dem jeweiligen Algorithmus kommen ein oder mehrere Filter pro Iteration zum Einsatz. Die Reihenfolge und die Anzahl der Filter können von Fall zu Fall variieren. Eine entsprechende Darstellung liefert die 2, die eine allgemeinere Übersicht über die Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet.
• Eine detailliertere Darstellung des Optimierungsprozesses wie er in 1 dargestellt ist, ist in der 1 gezeigt.
• Hier ist auch ein Hinweis gegeben auf die in 2 dargestellte Filterstruktur. Als Filter kommen zum Beispiel infrage: Bildgröße ändern, Bildauflösung ändern, Weichzeichnen, Rauschen oder Bildschärfe. Beim Weichzeichnen und beim Rauschen ergeben sich noch weitere zusätzliche Variationen.
• Ist das Ergebnis der Bildanalyse zufrieden stellend erfolgt die weitere Datenaufbereitung. Hierbei kann eine Kompression erfolgen oder auch nicht.

Claims (15)

1. Verfahren zur Aufbereitung und Komprimierung von Bilddateien mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Feststellung des Verwendungsziels der Bilddatei, b) Analyse der Bilddatei, c) Auswahl eines Algorithmus durch ein Steuermodul zur Bearbeitung der Bilddatei aufgrund der Daten der Analyse, d) Anwendung des betreffenden Algorithmus auf die in einem Metaformat vorliegende Bilddatei, e) Bild – und Datenaufbereitung mit, oder auch ohne, folgende Datenkompression.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Art des zur Anwendung kommenden Algorithmus sich nach grundlegenden Kriterien des dargestellten Bildes, bzw. der Bilddatei, die in Vorversuchen ermittelt wurden, richtet, sowie nach dem Ergebnis eines Vergleichs mit der erwünschten Bilddatei als Ziel.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungszyklus von der Analyse der Bilddatei bis zur Anwendung des betreffenden Algorithmus auf die, in einem Metaformat vorliegende, Bilddatei, bei Bedarf mehrfach durchlaufen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus in der Anwendung einer und/oder mehrerer Filterfunktionen in unterschiedlicher Reihenfolge auf die Bilddatei besteht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Bilddatei u.a. folgende Parameter ermittelt werden: a) Histogramm, b) Bildgröße, c) Auflösung (in horizontaler und vertikaler Richtung) d) das Ursprungsformat e) der Original – Komprimierungsfaktor f) die Bit – Tiefe.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterfunktionen u.a. die folgenden zur Anwendung kommen: a) Bildgröße ändern, b) Bildauflösung ändern, c) Weichzeichnen, d) Rauschen, e) Bildschärfe
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Weichzeichnen als Filtermittel u.a. verwendet werden: a) Motion b) Radial c) Zoom d) Gauß e) Anti Alias f) Mittelwert.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermittel u.a. die folgenden Arten von Rauschen verwendet werden: a) Median b) Plus c) Minus
9. Verfahren nach Anspruch 5: dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermittel die Bildschärfe nach plus bzw. minus verändert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildanalyse u.a. folgende Kriterien berücksichtigt werden: a) Farbwerte, Farbtiefe, b) DPI – Werte, (horizontale und vertikale Auflösung) c) Graustufen, d) Kontrast, e) Luminanz.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Standardmaß aller Bilder horizontal und vertikal auf 300 DPI festgelegt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem Eingabemodul das Verwendungsziel des von der Bilddatei repräsentierten Bildes eingegeben wird, dass b) in einem Analysemodul das importierte Bild analysiert wird, dass c) in einem Steuermodul ein spezieller Algorithmus ausgewählt wird, dass d) im Arbeitsspeicher dieser Algorithmus auf das in einem Metaformat vorliegende Bild angewendet wird, dass e) in einem Ausgabemodul die weitere Bearbeitung mit oder ohne Datenkompression erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Art des zur Anwendung kommenden Algorithmus sich nach grundlegenden Kriterien des dargestellten Bildes, bzw. der Bilddatei, die in Vorversuchen ermittelt wurden, richtet, sowie nach dem Ergebnis eines Vergleichs mit der erwünschten Bilddatei als Ziel.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungszyklus von der Analyse der Bilddatei bis zur Anwendung des betreffenden Algorithmus auf die, in einem Metaformat vorliegende, Bilddatei, bei Bedarf mehrfach durchlaufen wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus in der Anwendung einer und/oder mehrerer Filterfunktionen in unterschiedlicher Reihenfolge auf die Bilddatei besteht.