Was ist dithering?

Dithering

Dithering ist eine Technik, die in der Computergrafik und Audioverarbeitung eingesetzt wird, um das Auftreten von Quantisierungsartefakten zu reduzieren. Quantisierungsartefakte, wie z.B. Banding, treten auf, wenn ein kontinuierliches Signal (z.B. ein Farbübergang) auf eine begrenzte Anzahl von diskreten Werten (z.B. eine begrenzte Farbpalette) reduziert wird.

Wie funktioniert Dithering?

Dithering fügt dem Originalsignal absichtlich Rauschen hinzu. Dieses Rauschen ist speziell so konzipiert, dass es die Quantisierungsfehler "verschmiert" und somit das Auge oder Ohr täuscht. Anstatt scharfe Übergänge zwischen den diskreten Werten zu sehen oder zu hören, werden subtile Variationen wahrgenommen, die den Eindruck eines breiteren Farbspektrums oder einer größeren Dynamik erwecken.

Arten von Dithering:

Es gibt verschiedene Dithering-Algorithmen, die sich in der Art und Weise unterscheiden, wie das Rauschen erzeugt und angewendet wird. Einige gängige Methoden sind:

• Zufallsdithering: Verwendet Zufallszahlen, um Pixel oder Audio-Samples leicht zu verändern.
• Geordnetes Dithering: Verwendet eine vorgegebene Muster-Matrix (auch als "Dithering-Matrix" bekannt), um Pixelmuster zu erzeugen, die die Illusion zusätzlicher Farben erwecken. Beliebte Dithering-Matrizen sind die Bayer-Matrix.
• Fehlerdiffusion: Verteilt den Quantisierungsfehler eines Pixels auf benachbarte Pixel. Bekannte Algorithmen sind Floyd-Steinberg-Dithering und Jarvis, Judice, Ninke Dithering.

Anwendungsbereiche:

• Bildbearbeitung: Reduzierung von Farbabstufungen in Bildern mit begrenzter Farbtiefe (z.B. GIF).
• Audioverarbeitung: Verringerung von Quantisierungsrauschen bei der Digitalisierung von Audiosignalen.
• Drucken: Erzeugung von Halbtönen in Drucken mit begrenzten Tintenfarben.
• Videospiele: Erzeugung von grafischen Effekten und Kompensation für Hardware-Beschränkungen.

Vorteile von Dithering:

• Reduziert Quantisierungsartefakte.
• Ermöglicht die Darstellung einer größeren Farbpalette oder eines größeren Dynamikbereichs, als eigentlich verfügbar.
• Erhöht die visuelle oder auditive Qualität von reduzierten Signalen.

Nachteile von Dithering:

• Fügt Rauschen hinzu, was in einigen Anwendungen unerwünscht sein kann.
• Kann die Dateigröße geringfügig erhöhen.
• Kann rechenintensiv sein, insbesondere bei komplexen Algorithmen wie Fehlerdiffusion. Die Leistung ist jedoch auf modernen Computern in der Regel kein Problem.