Datenkompression und Dateiformate

verlustfreie Komprimierung

ZIP und RAR:

ZIP- und RAR-Archive können Daten verlüsseln ohne dabei Inhalte zu "verlieren" oder zu löschen. Diese beseitigen dabei Redundanz, abhängig vom jeweiligen Ausgangsdatenstrom, also der Ausgangsdatei. Dabei variieren diese in den Kompressionsmethoden bzw kombinieren sie sogar. Aufgrund deses breiten Spektrums an Möglichkeiten der Komprimierung können die Dateien auch nur wieder von einem Programm dekodiert werden, was diese Kompressionen unterstützt. Die Algorithmen unterliegen dabei stetiger Weiterentwicklung.

GIF & PNG:

Das GIF (Graphics Interchange Format) und seine Weiterentwicklung, das PNG (Portable Networks Graphic)-Format, sind verlustfreie Kompressionsdateiformate für Grafiken, wenn die Ausgangsgrafik nicht mehr als 256 Farben aufwies. Außerdem sind mit GIF-Grafiken Animationen möglich. Ein Beispiel für eine solche Animation:

Der Aufbau dieser Grafiken ist so standardisiert, dass jedes Bildbearbeitungsprogramm, dass nach 2000 auf den Markt kam diese Grafiken auf jeden Fall öffnen und bearbeiten kann (geringe Einschränkungen bei Gif-Animationen zwecks Bearbeitung). Warum aber gerade 256 Farben? Dies liegt wieder am Hexadezimalsystem und dem Dateisystem von Computern. Computer speichern grundsätzlich 8-Bit-weise in RAM und auf der Festplatte ab. Aus 8 Bit lassen sich im Hexadezimalsystem genau 256 verschiedene Möglichkeiten (00h bis FFh) bilden - so bekommt einfach jede Farbe des Bildes eine solche Hexadezimalkombination. Das bringt schon mal den Vorteil, dass nur noch 1 Byte pro Pixel benötigt wird und nicht mehr 3 oder gar noch mehr.

verlustbehaftete Komprimierung

JPG:

Normale Bilder werden mittels RGB-Code abgespeichert. Für das JPG Format verwendet man einen anderen Code. Dieser nennt sich YCbCr und basiert auf einem anderen Grundgedanken, nämlich auf Helligkeitsunterschieden von einzelnen Bildpunkten und deren Farben. Weiterhin wird das Bild in 8*8-Pixel-Quadrate aufgeteilt (sehr gut am Beispiel der höchsten Kompression erkennbar) und diese werden dann via YCbCr farbkodiert. Der Grundfarbton ist dabei immer die gleiche in einem solchen Quadrat, nur eine Helligkeitsabstufung kann auftreten.

Sound & Video:

Sound- & Video-Dateien werden komprimiert indem man nicht hör- / sichtbare Elemente entfernt. Bei MP3-Dateien entfallen zB die Frequenzen unterhalb 15 Hz und oberhalb 15 kHz (diese Zahlen variieren je nach Kompressionsgrad) herausgefiltert. Außerdem werden leise Geräusche in lauter Umgebung unterdrückt um die zu speichernde Datenmenge möglichst gering zu halten. Diese Entfernung von den Elementen kann aber je nach technischer Ausstattung trotzdem bemerkbar sein.