JPEG-Artefakte

Definition

JPEG-Artefakte sind unerwünschte visuelle Störungen, die bei der Kompression von Bildern im JPEG-Format auftreten können. Diese Artefakte entstehen durch den verlustbehafteten Komprimierungsprozess, der darauf abzielt, die Dateigröße zu reduzieren, indem bestimmte Bildinformationen entfernt oder approximiert werden.

Entstehung

Der JPEG-Format verwendet mehrere Techniken zur Kompression, die in verschiedene Schritte unterteilt werden können:

1. Farbraumumwandlung: Das Bild wird oftmals von RGB in den YCbCr-Farbraum umgewandelt. Dabei wird die Helligkeit (Y) von den Farbkomponenten (Cb und Cr) getrennt, wodurch die menschliche Wahrnehmung ausgenutzt wird. Da das menschliche Auge empfindlicher auf Helligkeitsänderungen reagiert, werden Farbdetails stärker komprimiert.
2. DCT (Diskrete Kosinustransformation): Diese Technik wandelt das Bild in das Frequenzspektrum um, wo es leichter komprimiert werden kann.
3. Quantisierung: Hierbei werden die Frequenzdaten, die durch die DCT gewonnen wurden, vereinfacht. Niedrigfrequente Bereiche, die für das menschliche Auge weniger sichtbar sind, werden weniger stark komprimiert, während hochfrequente Informationen, die oft die feinen Details eines Bildes darstellen, stärker reduziert werden.
4. Entropiekodierung: Abschließend werden die quantisierten Werte kodiert, um redundante Informationen zu entfernen.

Der Verlust an Bildinformation, der während dieser Schritte auftritt, kann zu verschiedenen sichtbaren Artefakten führen.

Arten von JPEG-Artefakten

1. Blockartefakte: Diese Artefakte treten besonders bei Bildern mit niedriger Kompressionsrate auf. Sie zeigen sich als deutlich sichtbare Blockkanten, oft in Quadraten von 8×8 Pixeln, was auf die Segmentierung des Bildes während des DCT-Prozesses zurückzuführen ist.
2. Farbsäume: Um die Farbinformationen zu reduzieren, kann es zu einer Verschiebung oder Ausbleichung der Farben in den Übergangsbereichen kommen, was als Farbsäume wahrgenommen wird. Diese sind oft um scharfe Kanten sichtbar.
3. Rauschen: Bei starker Kompression kann Bildrauschen verstärkt werden, was zu einem körnigen Erscheinungsbild führt. Dies kann vor allem in homogenen Farbflächen auffallen.
4. Ringing: Auch als „Halo-Effekt“ bekannt, kann es um scharfe Kanten zu starren, hellen oder dunklen Rändern kommen, die durch den Verlust von hochfrequenten Informationen entstehen.
5. Mosaikeffekte: Bei extrem niedriger Bildqualität können ganze Bereiche des Bildes gleichmäßig verzerrt erscheinen und in große, gleichfarbige Mosaikblöcke zerlegt werden.

Auswirkungen auf die Bildqualität

Die Sichtbarkeit von JPEG-Artefakten ist stark von der Art des Bildes und dem angewandten Kompressionsgrad abhängig. Hohe Kompressionsraten können dazu führen, dass Artefakte das Bild erheblich beeinträchtigen und die visuelle Ästhetik sowie die Detailtreue mindern. Bei der Bearbeitung oder Veröffentlichung von Bildern ist es daher wichtig, ein Gleichgewicht zwischen Dateigröße und Bildqualität zu finden.

Vermeidung und Minimierung von JPEG-Artefakten

Um JPEG-Artefakte zu minimieren, können folgende Strategien angewendet werden:

1. Niedrigere Kompressionsraten: Die Erhöhung der Qualitätseinstellungen bei der JPEG-Komprimierung kann die Artefaktbildung verringern.
2. Verwendung verlustfreier Formate: Bei Bildern, die eine hohe Detailtreue erfordern (z. B. für Druck), sollte ein verlustfreies Dateiformat wie PNG oder TIFF in Betracht gezogen werden.
3. Post-Processing: Angepasste Bildbearbeitungstechniken und Filter können helfen, Artefakte in bestehenden JPEG-Dateien zu reduzieren.
4. Vermeidung mehrfacher Komprimierungen: Wenn ein Bild wiederholt als JPEG gespeichert wird, kann sich die Artefaktbildung kumulativ verschärfen. Daher sollte ein Bild im besten verfügbaren Format gespeichert und nur bei Bedarf konvertiert werden.

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