JPEG erweitert sein Portfolio

Ein Bericht
von Prof. Dr.-Ing. Siegfried Fößel

JPEG ist die Abkürzung für "Joint Photographic Expert Group", ein Zusammenschluss von Bildkompressionexperten der ISO, IEC und ITU. JPEG steht auch synonym für den ersten gemeinsam entwickelten Bildkompressions-Standard mit der Bezeichnung ISO/IEC 10918-1 oder ITU-T T.81 aus dem Jahre 1992, der für die Bildkompression am meisten verbreitet ist (im Folgenden als JPEG 1 bezeichnet). Auch heute werden dazu unter dem Begriff JPEG Systems Erweiterungen standardisiert. Ende der 90er und Anfang der 2000er Jahre wurden weitere Bildkompressionsverfahren entwickelt wie JBIG, das in Fax-Geräten Einzug fand oder JPEG 2000, das heute vor allem in der Film-Postproduktion, im Digitalen Kino und der Medizintechnik verwendet wird.

Aber die technologische Entwicklung steht nicht still, so dass die Arbeitsgruppe, heute fortgeführt als ISO/IEC JTC1 SC29 WG1, an weiteren neuen Kompressionsverfahren arbeitet. Eines der neueren Verfahren ist JPEG XS, das nicht auf höchste Kompressionsrate getrimmt ist, sondern als Mezzanine Codec mit extrem niedriger Latenz und geringer Komplexität, die Bedürfnisse einer Live-Übertragung von Video über Ethernet Netzwerke oder die Kompression von Bayer RAW Daten für Kameras adressiert. Damit ist es möglich, auch mit Standard-Computern in Software, UHD-Videostreams bis zu 8k zu enkodieren und zu dekodieren.

Stand 2020

In 2020 wurden laut Marktstudien 1400 Milliarden Fotos geschossen, über 90% davon mit Mobiltelefonen. Da die Bildsensoren immer höherwertiger werden, benötigt es auch hier neuer Verfahren. JPEG 1 mit seinen nur 8 Bit pro Farbkomponente scheint hier nicht mehr ausreichend. Aus diesem Grund wurde mit JPEG XL ein neuer Codec entwickelt, der diesen Massenmarkt adressiert und gleichzeitig die Parallelisierung der Verarbeitung ermöglicht. Die Kompressionsrate bei gleicher Qualität ist ca. 20-30% geringer.

Aktuelle JPEG Themen

Weitere aktuelle Themen des JPEG Komitees sind Kompressionsverfahren für plenoptische Bilder (JPEG Pleno) und Deep Learning Verfahren (JPEG AI). Unter plenoptische Bilder versteht man Bildmodalitäten wie Lichtfeldbilder, Punktwolken (Point Clouds) oder Hologramme. Während ein normales Bild nur die Aufnahme einer Szene von einem bestimmten Aufnahmeort darstellt, repräsentieren plenoptische Bilder ganze 3D-Szenen. Die Datenmengen sind dementsprechend enorm, weisen aber auch eine hohe Redundanz auf. Deep Learning Verfahren versprechen neue Möglichkeiten der Signalverarbeitung. Während klassische Verfahren aufgrund von menschlicher Analysen und Konstruktion entstehen, versucht man mit Deep Learning Verfahren wiederkehrende Datenmuster in großen Datensätzen zu finden, um so eine bessere Signalverarbeitung - im konkreten Fall eine höhere Kompression - zu realisieren.

Zukünftige Themen

Aber das JPEG Komitee schaut auch weiter in die Zukunft. Mehrere Themen werden zurzeit exploriert, wie die Speicherung von Bilddaten in DNA-Sequenzen. Auch wenn es wie Science-Fiction klingt, so ermöglicht DNA eine extrem hohe Speicherdichte mit langer Lebensdauer. Andere Forschungsthemen sind die Authentifizierung und Vermeidung von Fake Media Bildern oder die Verifizierung von Eigentumsrechten mit Non-Fungible Token (NFT) Technologien.

Abkürzungen

JPEG: Joint Photographic Expert Group
ISO International Organization for Standardization
IEC International Electrotechnical Commission ITU International Telecommunication Union

Quellen