Bilddatenkompressor

Die sichtbare Bildmatrix des CIF-CMOS-Sensors hat $360 \ast 288$ Pixel. Die Grauwerte jedes Pixels werden mit einer Genauigkeit von 12 Bit von der Kamera ausgegeben. Da es sich bei dem SRAM um einen 16 Bit organisierten Speicherbaustein handelt, wird für jedes Pixel 16 Bit Speicherplatz verwendet. Damit ergibt sich die Größe des nicht komprimierten Bildes zu:

$$(360 \ast 288) \ast 16Bit = 1658880 Bit \ pro \ Bild$$

$$\frac{1658880Bit}{8\frac{Bit}{Byte} \ast 1024} = 202.5KByte \ pro \ Bild$$

Eine erste Datenreduktion kann durch die Verwendung einer geringeren Genauigkeit der Grauwerte erreicht werden. Bei einer Genauigkeit von 8 Bit pro Pixel beträgt der Speicherbedarf eines Bildes nur noch 101.25 KByte.
Bei einer idealen Datenübertragung dieser 101.25 KByte Bilddaten über einen ISDN B-Kanal mit einer Bandbreite von 64 Kbit/s, ergibt sich eine minimale Übertragungszeit von:

$$\frac{101.25 KBytes \ pro \ Bild \ast 8\frac{Bit}{Byte}} {64 \frac{KBit}{s}} \approx 12.66 s\ pro \ Bild$$

Eine größere Bildwiederholfrequenz ist für viele Anwendungen wünschenswert. Dies kann durch einen Kompressionsalgorithmus erreicht werden, der die zu übertragene Datenmenge reduziert.
Es kann zwischen Algorithmen zur Kompression von Einzel- und Bewegtbildern unterschieden werden. Bekannte standardisierte Bildformate für komprimierte Einzelbilder sind:

• JPEG (Joint Photographic Experts Group) Der Algorithmus von JPEG wurde bereits ausführlich im Abschnitt 2.4 vorgestellt. Es können Kompressionsraten von 25:1 erreicht werden.
• GIF (Graphics Interchange Format) Dieses Bildformat ist verlustfrei, kann aber nur 8 Bit (256 Farben) pro Pixel speichern. Es wird ein LZW^3.11- Kodierer der Firma Unisys verwendet. Dieser Algorithmus ist patentgeschützt. Die Kompressionsrate erreicht maximal 5:1.
• PNG (Portable Network Graphics Format) Dieser aktuelle, lizenzfreie GIF- Nachfolger sieht neben dem 256-farbigen GIF-Paletten-Modell mehrere Graustufen und Echtfarbformate vor.

Für die Übertragung von bewegten Bildern werden häufig folgende Standards verwendet:

• H.261 (ITU-T H.261 Video Codec for Audiovisual Services at p x 64 Kbits) Der Standard für den Video-Kodierer eines Bildtelefons bzw. einer Videokonferenzübertragung nach H.320 ^3.12. Als Bildformat wird das CIF-Format verwendet. Neben dem Ausnutzen der Redundanz der Einzelbilder kann durch Bewegungskompensation der Unterschied zwischen den einzelnen Bildern weiter verringert werden. Die Abweichungen zwischen den Bildern werden ähnlich dem JPEG-Algorithmus komprimiert und übertragen. Die Kombination der beiden Verfahren führt zu großen Kompressionsraten des Videoflusses.
• MPEG (Moving Pictures Experts Group) Dieser Standard umfasst Video- und Audiosignale. Der Kompression von Bewegtbildern im MPEG-1-Standard (ISO/IEC 11172) basiert auf dem Algorithmus von H.261. Es wird allerdings eine höhere Qualitätsanforderung gestellt. Es können Datenraten von bis zu 1,5 MBit/s erreicht werden. Bei MPEG-2 (ISO/IEC 13818) wird diese Datenrate auf 40 MBit/s erhöht und größere Bildformate sind zugelassen.

Leider werden nicht alle Formate von den weit verbreiteten Internetbrowsern ,,Internet Explorer`` der Firma Mircosoft und ,,Netscape Navigator`` der Firma Netscape unterstützt. Tabelle 3.4 bietet eine Übersicht über die unterstützten Grafikformate der Versionen 3.x bis zur aktuellen Version 5.0 des ,,Netscape Navigator`` und des ,,Internet Explorer``.

 

 

Tabelle: Unterstützte Grafikformate der Generationen von Internetbrowsern

Internet Explorer und	JPEG	GIF	PNG	MPEG	H.261
Netscape Navigator
Version 3.x	$\surd$	$\surd$
Version 4.x	$\surd$	$\surd$	$\surd$
Version 5.0	$\surd$	$\surd$	$\surd$	$\surd$

Da der GIF-Kompressor patentgeschützt ist, kommen als Einzelbildformate JPEG und PNG in Frage. Das JPEG-Format wird von allen Browsern und im Gegensatz zu PNG von Java^3.13(Version 1.1.x und höherer) unterstützt. Daher ist dieses Format die erste Wahl für die Internetkamera.