Die Nachteile verlustfreier Kodierungstechniken

Die verlustfreie Kodierung oder verlustfreie Komprimierung bezieht sich auf den Prozess der effizienteren Kodierung von Daten, sodass sie belegt werden weniger Bits oder Bytes, aber so, dass die Originaldaten Bit für Bit rekonstruiert werden können, wenn die Daten dekomprimiert. Der Vorteil verlustfreier Kodierungstechniken besteht darin, dass sie ein exaktes Duplikat der Originaldaten erzeugen, sie haben jedoch auch einige Nachteile im Vergleich zu verlustbehafteten Kodierungstechniken.

Verlustfreie Codierungstechniken können keine hohen Komprimierungsgrade erreichen. Nur wenige verlustfreie Codierungstechniken können ein Komprimierungsverhältnis von mehr als 8:1 erreichen, was im Vergleich zu sogenannten verlustbehafteten Codierungstechniken ungünstig ist. Verlustbehaftete Codierungstechniken – die eine Komprimierung erreichen, indem einige der Originaldaten verworfen werden – können erreichen Kompressionsraten von 10:1 für Audio und 300:1 für Video mit geringem oder keinem wahrnehmbaren Verlust von Qualität. Nach Angaben der New Biggin Photography Group ein 1.943 x 1.702 Pixel großes 24-Bit-RGB-Farbbild mit einer Originalgröße von 9,9 Megabyte kann mit dem verlustfreien PNG-Format nur auf 6,5 Megabyte reduziert werden, kann jedoch mit dem verlustbehafteten JPEG auf nur 1 Megabyte reduziert werden Format.

Jede Anwendung, die das Speichern oder Verteilen digitaler Bilder oder beides beinhaltet, setzt voraus, dass diese Vorgänge in angemessener Zeit abgeschlossen werden können. Die für die Übertragung eines digitalen Bildes benötigte Zeit hängt von der Größe des komprimierten Bildes und von den erreichbaren Komprimierungsraten ab verlustfreie Codierungstechniken sind weitaus geringer als verlustbehaftete Codierungstechniken, verlustfreie Codierungstechniken sind für diese Anwendungen ungeeignet.

Viele verlustfreie Codierungstechniken, einschließlich PNG, verwenden eine Form der Codierung, die als Huffman-Codierung bekannt ist. Bei der Huffman-Codierung gilt: Je häufiger ein Symbol in den Originaldaten vorkommt, desto kürzer ist die Binärzeichenfolge, die verwendet wird, um es in den komprimierten Daten darzustellen. Die Huffman-Codierung erfordert jedoch zwei Durchgänge, einen zum Erstellen eines statistischen Modells der Daten und einen zweiten zum Codieren, daher ist dies ein relativ langsamer Prozess. Dies wiederum bedeutet, dass verlustfreie Codierungstechniken, die Huffman-Codierung verwenden, beim Lesen oder Schreiben von Dateien deutlich langsamer sind als andere Techniken.

Ein weiterer Nachteil der Huffman-Codierung besteht darin, dass die binären Strings oder Codes in den codierten Daten alle unterschiedliche Längen haben. Dies erschwert es der Dekodierungssoftware zu bestimmen, wann sie das letzte Datenbit erreicht hat und ob die kodierten Daten beschädigt – mit anderen Worten, es enthält falsche Bits oder es fehlen Bits – es wird falsch dekodiert und die Ausgabe wird Unsinn.