Die heute selbstverständliche Verwendung digitaler Medien ist erst durch effiziente Codiertechniken möglich geworden. In der Vorlesung werden die grundlegenden Codiertechniken Entropiecodierung, Quantisierung, Prädiktive Codierung, Transformationscodierung diskutiert, welche die Hauptkomponenten moderner Bild- und Videocodecs bilden. Für alle behandelten Codiertechniken erfolgt eine detaillierte Analyse der Codiereffizienz auf der Basis einfacher Signalmodelle. Zudem werden praktische Anwendungen in der Bild- und Videocodierung aufgezeigt.

Die behandelten Themen bilden die Grundlage für die weiterführende Vorlesung „Bild- und Videocodierung II: Algorithmen und Anwendungen“, in welcher die Anwendung der eingeführten Codiertechniken in modernen Bild- und Videocodecs ausführlich diskutiert wird.

Themenschwerpunkte:

• Verlustlose Codierung / Entropiecodierung: Eindeutig decodierbare Codes; Herleitung verschiedener Entropiemaße als untere Grenze der mittleren Codewortlänge; Huffman-Codierung; Arithmetische Codierung

• Rate-Distortion-Theorie: Maximale Codiereffizienz verlustbehafteter Verfahren; Information-Rate-Distortion-Funktion; Differentielle Entropie; Shannon-Grenze

• Quantisierung: Skalare Quantisierung mit Codes fester und variabler Länge; Rate-Distortion-Funktionen für hohe Raten; Vektor-Quantisierung; Vergleich verschiedener Quantisierer

• Prädiktion und prädiktive Codierung: Lineare Prädiktion; Prädiktionsgewinn; Quantisierung in der Prädiktionsschleife; Effizienz der prädiktiven Codierung

• Transformationscodierung: Struktur von Transformationscodiersystemen; Unitäre Block Transformationen; Bit-Zuweisung für Transformationskoeffizienten; Optimale Transformation für Gaußsche Prozesse; Signal-unabhängige Transformationen; Effizienz der Transformationscodierung