Eckarts Lehrstunde aus Funk 11/2000

Packet Radio - Bilder senden

In dieser Lehrstunde geht es um Bilddateiformate, um Komprimieren von Bilddateien und schließlich um die Übertragung per Packet Radio.

Neulich hat mir ein Funkfreund ein Urlaubsbild über Packet Radio in meine Box gelegt, das aus zwanzig Dateien mit je zwanzig Kilobyte im 7-Plus-Format bestand. Ich habe für die Übertragung mit 9K6 aus der Box mehr als eine Stunde gebraucht, obwohl kein Übertragungsfehler auftrat. Ansonsten hätte ich erst noch die Korrekturdatei anfordern müssen. Als ich das Bild schließlich zusammen gesetzt hatte und auf dem Bildschirm betrachtete, war es zwar ein nettes Motiv, aber doch ärgerlich, dass die Übertragung so viel Zeit gekostet hatte.

Ich wandelte das Bild in ein anderes Dateiformat um und schickte es ihm als Binärdatei. Die Datei hatte nur noch 27 Kilobyte und die Übertragung dauerte wenige Minuten. Der OM meinte direkt, dass er keinen großen Unterschied erkennen könne. Um dieses Dateiformat geht es hauptsächlich in dieser Lehrstunde.

Etwas Theorie zu Grafikformaten

Bilder werden digitalisiert, indem man diese zeilenweise Punkt für Punkt abtastet. Wird für jeden einzelnen Punkt der Farbton und der Kontrast in eine Tabelle eingetragen, kommt es darauf an, wie viele Farben zugelassen werden. Hat man acht Bit (gleich ein Byte) zur Verfügung, ergeben sich 2⁸=256 Farbwerte. Bei einem Bild von der Größe 640 x 480 ergeben sich 640 mal 480 gleich 307200 Punkte mal ein Byte, also 307200 Byte, geteilt durch 1024 gleich 300 Kilobyte.

256 Farben sind aber für ein Foto zu wenig. Es sieht etwas sehr grob aus. Für Fotos werden mindestens 24 Bit verwendet, das sind 2²⁴=16,7 Millionen Farben. Bei 24 Bit je Pixel ergeben sich für ein Bild der Größe 640 x 480 genau Bit. Teilt man diese Zahl durch acht (8 Bit = 1 Byte) und durch 1024 (1024 Byte = 1 Kilobyte), erhält man das Ergebnis in Kilobyte.

In diesem sogenannten Bitmap-Format benötigt eine solche Fotobilddatei der Größe 640 mal 480 also 900 Kilobyte. Dazu kommen noch ein paar Bytes für die Dateiformatkennzeichnung.

Bei einem heutzutage normal großen Bild für einen Monitor mit 1024 mal 768 Bildpunkten ergeben sich nach dieser Rechnung

Kilobyte oder geteilt durch 1024 sind es 2,25 Megabyte.

Werden die Farbwerte nicht für jeden Punkt einzeln gespeichert sondern bei gleichen Farbpunkten nebeneinander einfach nur die Anzahl der Punkte notiert, kann man die Dateien erheblich verkleinern. In der Art und Weise, wie man diese Komprimierung durchführt, ohne zu viel an Qualität zu verlieren, unterscheiden sich die Bilddateiformate.

Bild 1: Dieses Antennenbild eignet sich gut für Komprimierungsversuche

Vergleich der Formate

Ein Foto

Wenn Sie ein eingescantes Foto abspeichern, werden Sie eine riesige Auswahl von Bildformaten vorfinden. Das Bitmapformat (siehe oben) hat die Kennzeichnung BMP. Es hat keine Verluste, aber den größten Speicherbedarf. In der kommerziellen Bildverarbeitungstechnik wird das TIFF-Format verwendet, das zum Bitmap-Format noch Informationen zum Druck hinzufügt. Diese Dateien sind noch ein wenig größer.

Im Internet kommt es wie bei Packet Radio auf eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit an. Die Dateien sollten also möglichst geringen Umfang haben. Zwei Dateiformate haben sich durchgesetzt. Da ist zum einen das J-PEG-Format (Dateiendung JPG, gesprochen: dschäi-päg) für Fotos und das GIF-Format für Zeichnungen (max. 256 Farben).

Um einmal einen Vergleich zu haben, wie viel es „bringt“, die Originaldateien in diese Formate umzuwandeln, habe ich mit dem sehr guten Freeware Bildbetrachtungs- und Umwandlungsprogramm „Irfan View (deutsch)“ einige Versuche gemacht. Den Irfan-Viewer kann ich sehr empfehlen. Nicht nur ich sondern auch viele Leute, die mit Bildverarbeitung zu tun haben, halten es für das beste Programm in dieser Hinsicht. Es kann nicht nur Bilddateien in praktisch allen Formaten sehr schnell darstellen, sondern auch Musikdateien (MP3) abspielen oder Videos ablaufen lassen. Sie finden es im Internet unter http://stud1.tuwien.ac.at/~e9227474/main3_de.htm. Wenn Sie diese lange URL-Bezeichnung nicht abtippen wollen, können Sie den Link von meiner Homepage benutzen. Gehen Sie bei www.qsl.net/dj4uf zu „Links“ und dann zu „Software allgemein“.

Ich habe drei Sorten von Bilddateien für die Komprimierungsversuche verwendet. Eines war ein Foto (Bild 1). Ich habe diese Foto ausgewählt, weil man bei den dünnen Linien (Antennenstäbe) vor einem fast gleichmäßigen Hintergrund (Himmel) am besten die Qualität der Komprimierung bei den einzelnen Verfahren erkennen kann. Bei den Bildformaten JPEG und LWF entstehen bei zu hoher Komprimierung nämlich hässliche Zusatzpixel an den Übergängen, wie man diese in der Vergrößerung Bild 2 deutlich erkennen kann. Beim Foto Bild 5 konnte ich viel stärker komprimieren, ohne, dass Fehler auffielen.

Bild 2: Hier sieht man die entstehenden Fehler bei zu hoher Komprimierung im JPEG- und im LWF-Format (übertrieben dargestellt).

Zunächst habe ich das Bild im Format 1024 mal 768 Bildpunkte im Bitmap-Format abgespeichert, Dateigröße: 2,3 Megabyte (siehe oben). Dann habe ich 640 mal 480 Bildpunkte gewählt, Dateigröße im BMP-Format: 901 Kilobyte, also entsprechend der kleineren Fläche weniger als die Hälfte. Wenn man für Packet Radio oder Internet die Höhe und die Breite nochmals halbiert, kommt man auf ein weiteres Viertel der Fläche und damit des Speicherbedarfs. Also: Halten Sie Ihre Bilder möglichst klein!

Ausgehend von dem Format 640 x 480 Bildpunkte habe ich die Datei in verschiedenen Qualitätsstufen von JPEG, dann auch in GIF und in das Lura Wave Format (LWF) gewandelt. In der Tabelle 1 finden Sie die Ergebnisse. Die Zahl in der Tabelle gibt bei JPG die Qualitätsstufe in Prozent an. Beim Irfan Viewer stellt man diese Qualitätsstufen bei „Optionen“ ein, wenn man „Bild Speichern unter ...“ gewählt hat. Bei LWF bedeutet die Zahl die gewünschte Dateigröße in Kilobyte.

Tabelle 1: Umwandlung einer Bilddatei (Foto 640 x 480 Pixel)

Folgerungen: Zum Aufbewahren des Fotos für das „digitale Fotoalbum“ kann ich JPG mit der Qualitätsstufe 90 oder 80 Prozent empfehlen. Für die Übertragung bei Packet Radio genügt die Stufe 40 Prozent. Bei Fotos mit weniger kritischem Inhalt  genügt sogar eine Stufe von 30 Prozent. Weniger kritisch sind Fotos, wo keine scharfen Katen vor glatten Flächen auftreten (z.B. Bild 5, siehe unten). Damit hätten wir die Datei von 901 KB auf zirka 18 KB komprimiert, was einem Kompressionsfaktor von 1 : 20 entspricht.

Farbige Zeichnung

Als zweites habe ich eine alte QSL-Karte mit farbigen Linien genommen (Bild 3). In der Tabelle 2 finden Sie die Ergebnisse. Bei GIF bedeuten die Zahlen die eingestellte Größe der Farbpalette (256 oder 16 Farben).

Bild 3: QSL als Zeichnung in Farbe

Folgerungen: Während bei JPG keine Farbverfälschungen vorkamen, änderten sich die Farben etwas bei der Reduktion auf 256 Farben und noch einmal bei Verwendung von nur 16 Farben. Bei solch einer Zeichnung aber spielen die tatsächlichen Farben eigentlich eine untergeordnete Rolle. Die Schärfe der Linien ist viel wichtiger. Diese bleibt bei 16 Farben und natürlich auch bei nur zwei Farben (schwarz-weiß) erhalten.

Tabelle 2: Umwandlung einer Farbbilddatei mit maximal 256 Farben
(Farbige Zeichnung 640 x 480 Pixel)

Schwarz-Weiß-Zeichnung

Zum Schluss folgt der Vergleichstest mit einer Schwarz-Weiß-Strichzeichnung 640 x 480 Bildpunkte (Schaltung Bild 4). Bei einer Schaltung kommt es auf die Schärfe an, nicht auf die Farbwidergabe. Deshalb brauchten wir JPEG eigentlich gar nicht erst zu testen. Die Ergebnisse finden Sie in Tabelle 3.

Bild 4: Schaltung als Schwarz-Weiß-Zeichnung

Tabelle 3: Umwandlung einer Bilddatei (Schaltung 640 x 480 Pixel)

 Folgerung: Bei Schwarz-Weiß-Strichzeichnungen kommt nur das GIF-Format infrage, da es bei schärfster Wiedergabe die geringste Dateigröße liefert.

Dateiübertragung in Packet Radio

Nun können Sie das Bild Ihrem Freund über Packet Radio schicken. Öffnen Sie Ihr Packet Radio-Programm. Verbinden Sie sich mit der Mailbox. Geben Sie den Sendebefehl mit „s do1xxx Test Bilddatei binär“ (also: senden – Zielrufzeichen – Titel). Wenn die Meldung kommt, dass Sie den Text eingeben sollen, schreiben Sie kurz ein paar Worte zu dem gleich folgenden Bild und gehen Sie dann in Ihrem Packet-Programm auf den Menüpunkt „Datei –senden – binär“. Suchen Sie in der Verzeichnisstruktur die Bilddatei, wählen diese aus und klicken auf senden. Sodann wird diese Datei angehängt und als Binärdatei übertragen. Sie bleibt also so, wie sie war. Warten Sie, bis Sie das „OK“ haben, dass die Datei vollständig übertragen wurde (zum Beispiel BIN-RX OK, 13405 Bytes, 3 Zeilen fuer DJ4UF @ DB0ACH abgespeichert) und beenden Sie die Aussendung.

Auf der Empfangsseite wird Ihr Freund beim Lesen der Nachricht die Meldung erhalten „Empfang einer Binärdatei“ (zum Beispiel: #BIN#13405#|435#$2909A583#Schaltung GIF.gif oder ähnlich) und automatisch wird die Datei gespeichert. Nach erfolgreicher Übertragung erfolgt eine Meldung (zum Beispiel: BIN-TX OK   CRC: 435/01B3h, 107240 bit/s, 13405 byte/s). Normalerweise speichern die Programme die automatisch dekodierten Dateien in einem Unterverzeichnis „Save“ im Packet-Ordner, es sei denn, Sie haben ein anderes Verzeichnis zum Speichern angegeben. Unter Windows kann man mit einem Doppelklick das Bild auf dem Monitor sichtbar machen.

 Bild 5: Bilddatei (Foto), bei der man Komprimierungsfehler kaum sieht
(JPG30)

Weitere Informationen findet man auf der Homepage der Uni Köln unter

http://www.uni-koeln.de/themen/multimedia/grafikformate

© 11/2000 Eckart K. W. Moltrecht, DJ4UF

Bitte weitersagen:

www.amateurfunklehrgang.de