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Der Science Fiction Autor Arthur C. Clarke hat einmal festgestellt, dass eine sich erfolgreich entwickelnde Technologie schlieslich nicht mehr von Magie unterscheidbar ist. Im Jahr 1921 gelang es Harry G. Bartholomew und Maynard D. McFarlane Photographien zu digitalisieren und erstmals uber ein transatlantisches Telegraphiekabel zwischen London und New York hin und her zu schicken. Was damals eine sensationelle aufwandige Ingenieurleistung war und bis zu drei Stunden Ubertragungszeit pro Bild erforderte, ist heute alltaglich und blitzschnell. Es genugt, einen Rechner ans Internet anzuschliesen, um Bilder und Videos weltweit zu versenden. Dass dabei die digitalen Daten komprimiert und speziell fur die Ubertragung codiert werden, bleibt im Hintergrund und ist ein Teil der von Clarke beobachteten scheinbaren Magie einer weit fortgeschrittenen Technologie. In diesem Themenheft sehen wir hinter die Kulissen und bieten eine in sich abgerundete Darstellung der Bildund Videokompression in sechs ausgewahlten Einzelbeitragen. Dabei behandeln wir grundlegende Methoden und Verfahren, technologische Trends, neuartige Anwendungen, Fragen der Standardisierung und geben einen Ruckblick auf die Geschichte der Videocodierung in den letzten vier Jahrzehnten. In dem ersten Beitrag dieses Hefts gibt Kai Uwe Barthel eine elementare Einfuhrung in grundlegende Begriffe und Verfahren der Bildkompression und kommt dann zu Details fur die so genannte verlustfreie Bildkompression. Bei der verlustfreien Bildkompression kann das digitale Bild beim Decoder perfekt rekonstruiert werden. Der Coder fuhrt eine Reduktion der in dem Originalbild enthaltenen Redundanz in Form einer Bildtransformation oder einer Pixelwertpradiktion durch und reduziert den Speicherbedarf weiter durch eine Entropiecodierung. Erfahrungsgemas lassen sich „normale“ Grauwertbilder mit einem Kompressionsfaktor um 2–3 verlustfrei codieren. Wird jedoch vor der Entropiecodierung eine nicht-umkehrbare Quantisierung der zu codierenden Zahlen durchgefuhrt, so ergeben sich wesentlich grosere Kompressionsfaktoren. Allerdings kann der Decoder das Originalbild nicht mehr ohne Rekonstruktionsfehler berechnen, man spricht deshalb in diesem Fall von verlustbehafteter Bildkompression. Seit 1992 ist JPEG ein ISOITU Standard fur die verlustbehaftete Bildkompression. JPEG codiert ein Bild in drei Schritten: (1) Das Bild wird in Blocke unterteilt, die durch die zweidimensionale diskrete Cosinus Transformation (DCT) in den Frequenzraum abgebildet werden. (2) Die DCT-Koeffizienten werden quantisiert. Dabei werden Koeffizienten, die hohen Frequenzen entsprechen auf null gesetzt. (3) Die quantisierten DCT-Koeffizienten werden verlustfrei codiert. James Fowler stellt eine Reihe von Verfahren vor, die die Wavelet-Transformation anstelle der DCT verwenden. Diese Wavelet-basierten Verfahren ermoglichen eine bessere Bildqualitat bei gleicher Kompressionsrate und haben die Eigenschaft, dass im Wesentlichen schon jeder Prafix einen Bildcode fur die entsprechende Bitrate darstellt und am Decoder eine Approximation des Originalbildes liefert, dessen Qualitat mit der Lange des Prafixes wachst. Die Gute solcher Verfahren hat dazu gefuhrt, dass in dem neuen Standard JPEG2000 fur verlustbehaftete Bildkompression eine Wavelettransformation anstelle der traditionellen DCT eingesetzt wird. Die weiteren vier Beitrage des Hefts behandeln die Kompression von Bildsequenzen. Der Aufsatz von Hans-Georg Musmann und Reiner Lippmann liefert eine Darstellung der Entwicklung von Verfahren zur Videocodierung uber den gesamten relevanten Zeitraum der letzten vier Jahrzehnte. Wichtige Meilensteine auf dem langen Weg zu den ersten internationalen Standards sind zum Beispiel Methoden zur IntraframeCodierung bei der die Redundanz aufeinander folgender Bilder ausgenutzt wird. Insbesondere ist hier die bewegungskompensierte Bildzu-Bild-Pradiktion zu nennen, bei der sich im Video bewegende Objekte erkannt werden und zur Vorhersage von Teilen zukunftiger Bilder verwendet werden. Die Technologie fuhrte zu einer fur den Laien verwirrenden Vielfalt von Standards, die in dem Artikel ubersichtlich dargestellt werden. Schlieslich werden aktuelle Entwicklungen und Perspektiven fur die Zukunft besprochen, die z. B. die Qualitat von Videoubertragungen in schmalbandigen Mobilfunkkanalen verbessern werden. Der Beitrag von Thomas Sikora handelt von dem letzten MPEG Standard zu Videokompression, MPEG-4. In diesem Standard von 1999 wird neben einer effizienten Kompression fur die Ubertragung in gestorten Kanalen und mit variabler Bandbreite auch eine Interaktivitat

Fraktale Bildcodierung ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Kompression von Bilddaten. In der vorliegenden Arbeit werden zwei verschiedene Ansätze zur notwendigen Partitionierung des zu codierenden Bildes untersucht. Beide Typen zählen zu den regionenbasierten, hochadaptiven Methoden zur Bildpartitionierung, wobei das Bild zunächst in Grundblöcke zerlegt wird, die anschließend geeignet zu Regionen zusammengefaßt werden. Bei der ersten, bereits in früheren Arbeiten eingehend untersuchten Methode bestehen die Grundpartitionen aus quadratischen Blöcken gleicher Größe. Bei der zweiten zu untersuchenden Methode werden die Grundblöcke durch eine Quadtree-Zerlegung gebildet und besitzen damit unterschiedliche Größen. Nach der Anwendung eines entsprechenden Regionen-Merging-Verfahrens ergeben sich Partitionen, die sich sowohl in Struktur als auch in der zur Abspeicherung benötigten Anzahl von Bits unterscheiden. Einerseits weisen die regionenbasierten Partitionen mit Quadtrees eine geradlinigere Struktur auf, weshalb sie sich mit arithmetischer Codierung besser komprimieren lassen als regionenbasierte Partitionen mit uniformen Grundblöcken. Andererseits liefert der Quadtree-basierte Ansatz eine meßbar schlechtere Qualität des decodierten Bildes bei gleicher Anzahl von Regionen. Diese Unterschiede werden in dieser Arbeit untersucht und erläutert. Dazu werden die in der Literatur vorhandenen Ansätze aufgegriffen und weitere Verfahren vorgestellt, die zu einer effizienteren Partitionsabspeicherung führen. Versuche haben gezeigt, daß der Quadtree-basierte Ansatz mit den vorgestellten Neuerungen zu leicht besseren Ergebnissen bezüglich des Rekonstruktionsfehlers als der uniforme Ansatz führt. Die erreichten Werte stellen die zur Zeit besten Resultate bei fraktaler Bildkompression im Ortsraum dar. Auch im Hinblick auf eine schnelle Codierung ist die Anwendung des Quadtree-Schemas im Vergleich zum uniformen Ansatz von Vorteil, es wird bessere Bildqualität bei kürzerer Codierungszeit erreicht.