Bildformate

Vorbemerkung: Programme zur Bildkomprimierung

Zur optimalen Bildkomprimierung werden zwischenzeitlich Programme bzw. Programmerweiterungen angeboten, die jede Veränderung eines Parameters zur Kompression sofort anzeigt: Hardcopy Ulead SmartSaver Pro. (Beachten Sie, daß Sie in diesem Beispiel zwischen JPEG-, GIF- und PNG-Kompression hin- und herschalten können!)

Jedes Bildverarbeitungsprogramm erlaubt den Umgang (Laden und Speichern) mit einer ganzen Reihe von Dateiformaten. Damit wird dem Anwender die Möglichkeit geben, abhängig von seinen weiteren Plänen das für Ihn sinnvollste Format zu verwenden. Er kann also ein Bildformat danach wählen, ob Plattenspeicher gespart werden soll, ob das Bild mehr oder weniger schnell aufgebaut werden muß (wichtig, wenn Shows erstellt werden), ob ein Bild in einem DTP-Programm und schwarz/weiß verwendet wird oder an einen professionellen Belichtungsservice gehen soll.

Jedes Pixel einer 24-Bit-Grafik (16,7 Mio. Farben = TrueColor) benötigt 3 Byte. Ein unbehandeltes Bild mit Vollfarben in einer noch recht geringen Auflösung von 800 auf 600 Bildpunkten belegt also bereits 1,44 MB. Manche Bildformate wie TIFF oder BMP behandeln Bilder 1:1 - d.h., daß sie ein Bild in der Größe speichern, die dem theoretisch errechneten Wert entspricht. Andere Formate wie TIFF-komprimiert, PICT oder Photoshop komprimieren Bilder - OHNE daß Informationen verloren gehen. Dazu werden gleichfarbige Bildanteile zusammengefaßt. Dieses Verfahren spart Plattenplatz und Übertragungszeit, verlangsamt aber das Öffnen der Datei durch ein Programm. Weitere Formate wie beispielsweise das JPEG-Format lassen sogar Bildinformationen für alle Zeiten unter den Tisch fallen zugunsten höchster Verdichtungsraten.

Ausgangspunkt aller im folgenden Abschnitt dargestellten Überlegungen ist ein Bild mit einer Auflösung von 1536 x 1024, was in voller Farbtiefe (24 Bit) ungefähr 4,7 MB entspricht. Als Graustufenbild bzw. farbreduzierte 256-Farbendatei (8 Bit) belegt dasselbe Bild knapp 1,6 MB. Übrigens: Die Druckgröße entspricht bei anspruchsvollen 600 dpi nur 7,5 x 4,8 cm.

die wichtigsten Bilddateiformate in der Übersicht:

Format-
name		 Kurz- form Kompri- mierung Vergleich zur Org.größe von 4,74 MB Anmerkung Zweck
Anwendung
Bitmap BMP

RLE

nein

ja - als RLE-Datei mit 256 Farben

4,74 MB

als RLE:
< 1,59 MB

als Windows- und OS/2- Format Windows-
Programme
Encapsulated
Postscript		 EPS nein 13,12 MB ASCII- Codierung mit 8-Bit Vorschau DTP
Compuserve
"Graphics
Interchange
Format"		 GIF immer 1,30 MB maximal 8 Bit (256 Farben) Farbtiefe!

verschied. Besonderheiten: Transparenz, Ani- mation, Interlaced,...

kompatibel zu vielen Programmen

einer der INTERNET- Standards für Logos, Buttons, Grafiken mit geringer Farbtiefe

JPEG JPG immer 1,62 MB
0,23 MB
0,05 MB		 Option "sehr gut"
Option "gut"
Option "mäßig"

je nach Komprimierung wird das Bild verändert, bei starker Vergrößerung stören sogenannte "Fractale"

Speicherplatz sparen

einer der INTERNET- Standards für Photos, Grafiken mit hoher Farbtiefe

Photo CD PCD ab Auflösung 1024x 1536 6 Auflösungen möglich Bild muß zur Speicherung konvertiert werden nur zum Lesen von Photo-CDs
Pixar PXR nein 4,74 MB für High-End- Workstations (wenig kompatibel zu PCs) Austausch mit Prepress-Systemen
Pict(ure) PIC variable < 3,79 MB Hausformat von Apple Macintosh kompatibel zu Mac-Programmen
Paintbrush PCX PCX nein 4,8 MB verliert vermutlich an Bedeutung Bildverarbeitung und -austausch
Photoshop PSD ja, mit variablem Faktor kleiner

4,62 MB

konzentriert sich auf Photoshop mit zusätzlichen Photoshop spezifischen Optionen (z.B. Bildebenen)
Targa TGA nein 4,74 MB    sehr kompatibel, Belichtungsdienste
TIFF (Tagged
Image File
Format)		 TIF nein 4,74 MB    kompatibel zu vielen EBVs, schnelles Öffnen und Speichern
TIFF, LZW-
komprimiert		 TIF ja kleiner

2,73 MB

komprimiert ohne Informations- verluste kompatibel zu vielen EBVs
TIFF 8 Bit
(256 Farben)		 TIF nein kleiner

1,58 MB

reduzierte Farbinformation kompatibel zu vielen EBVs
TIFF 8 Bit, LZW- komprimiert TIF ja kleiner

0,71 MB

komprimiert gegenüber der 8-Bit-Version verlustfrei kompatibel zu vielen EBVs

Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Formate, die dann jeweils auf eine bestimmte Software besonders zugeschnitten wurden und deshalb seltener vorkommen. Dazu zählen LBM (Standardformat vom DOS-Programm DeluxePAINT) oder POF (SPIRIT-Pixel-Format, um Bilder innerhalb einer CAD-Zeichnung schnell aufbauen zu können). Die Programme verfügen dann in ihrem Lieferumfang meistens über Konvertierungsmöglichkeiten, die sie zur Welt der TIFFs, GIFs oder Targas kompatibel macht.

Wenn man sich’s so richtig überlegt, genügen eigentlich drei bzw. vier Bildformate:

Animated GIF (Animierte GIF-Dateien)

Das Datenformat für animierte Grafiken (siehe auch MNG). Es verwendet mehrere GIF-Bilder, welche in mehr oder weniger rascher Reihenfolge angezeigt werden und damit den Eindruck eines Filmes vermitteln. Mit entsprechenden Programmen wie "GIF Animator" (von Ulead) oder "GIF Construction Set" (Shareware von Alchemy Mindworks brokem URL am 12.12.1999) lassen sich animierte GIF-Dateien leicht selbst erzeugen. Oder man nutz das INTERNET zur Recherche:

 

Bitmap

Bild oder Grafik auf der Basis von Bits. Im allgemeinen sind mit Bitmaps Rastergrafiken gemeint, bei denen das Bild in unabhängig voneinander kontrollierbare Einzelpunkte aufgelöst wird. Die Höhe der Auflösung ergibt sich aus der Anzahl der Einzelpunkte innerhalb einer festgelegten Fläche. Die andere Variante der Bildspeicherung sind vektororientierte Grafiken oder Bilder, bei denen nicht einzelne Punkte, sondern mathematische Beschreibungen von allen im Bild vorkommenden geometrischen Figuren gespeichert werden.

GIF

Abkürzung für "Graphics Interchange Format" - Grafik-Austausch-Format. Neben JPEG ist GIF das wichtigste Format, um Bilder WWW-gerecht zu speichern. Aktuelle Web-Browser können beide Bildformate verarbeiten.

GIF-Bilder können maximal 256 verschiedene Farben enthalten, die innerhalb der GIF-Datei in der CLUT definiert werden. GIF eigenet sich deshalb vor allem für Grafiken, Logos oder Schriftzüge. (JPEG kann dagegen True Color und eignet sich deshalb besser für Fotos!)

Man unterscheidet 2 GIF-Versionen: 87a und 89a. GIF 89a-Bilder zeichnen sich gegenüber anderen Bildformaten durch folgende Besonderheiten aus:

 

GIF-Kompression mit Farb-Reduktion auf 256 Farben:

zum Vergleich: Bild ohne Kompression (im PNG-Format): 

det-pnga.JPG (35953 Byte)

GIF-Tips für WEB-Designer

Transparenz? Auf graphikintensiven Seiten kann es von Vorteil sein, wenn - bei farblichem Hintergrund - auf den Transparentwert beim Abspeichern von GIF-Graphiken verzichtet wird. Die GIF-Version 89a (also transparent) benötigt pro Bild etwa 100 Bytes extra für die Transparentinformation. - Warum sollte man einen Transparentwert für etwas setzen, was gar nicht gebraucht wird?

Interlacing? Wenn kleine Grafiken abgespeichert werden sollen, dann am besten in der 'non-interlaced'-Form. Interlaced-Grafiken sind zum einen größer als non-interlaced und erfordern zudem eine höhere CPU-Leistung. Bei größeren Grafiken hat das Interlaced-Format den Vorteil, daß der Betrachter den Aufbau verfolgen und möglicherweise abbrechen kann.

 

JPEG / JPG

Abkürzung für "joint photografic expert group" •  Das Expertengremium erarbeitet seit 1988 international gültige Standards auf ISO und ITU-Basis für JPEG und JBIG. Der offizielle Titel dieses Gremiums lautet ISO/IEC JTC1 SC29 Working Group 1.

Das Bildformat bietet ähnliche Merkmale wie GIF-Bilder, kann aber bis zu 16,7 Mio. Farben darstellen und unterliegt keinen Copyright-Merkmalen. Die JPEG-Kompression beschränkt sich nicht auf das Packen von Daten nach den üblichen Algorithmen, sondern beinhaltet raffinierte Verfahren, die selektiv einzelne Bildinformationen löschen, was bei sehr hohen Kompressionen zu störenden, rechteckig-versschachtelten Bildflecken - sogenannten "Artefakten" - führen kann. Die Kompressionsrate ist in der Regel einstellbar (Beispiel).

 

 

 

 

JPEG 2000

Der JPEG-Nachfolger JPEG 2000 schrumpft die Datenmenge bei gleicher Bildqualität noch weiter: Ein Foto wird dazu ausführlich vor der Kompression analysiert und unifarbene, glatte Flächen werden nur noch grob aufgelöst. Gleichzeitig bietet JPEG 2000 durch eine reduzierte Artefaktbildung eine deutlich bessere Bildqualität. JPEG 2000 kann außerdem digitale Wasserzeichen speichern.

Die International Organization for Standardization (ISO) hat das Format "JPEG 2000" ab 2. Januar 2001 zum Standard erklärt.  An der Entwicklung von JPEG 2000 sind die Universität von British Columbia, das Unternehmen Image Power sowie die ISO beteiligt.

JPEG 2000 soll in drei Stufen veröffentlicht werden.

  • Zunächst erscheint das JPEG 2000 Image Coding System,
  • dann eine Version mit Erweiterungen.
  • Die dritte Stufe wird mit Motion JPEG 2000 den Nachfolger von M-JPEG beinhalten. Mit deren Veröffentlichung ist zum November 2001 zu rechnen.
  • In der vierten Stufe stehen Anpassungsmaßnahmen im Mittelpunkt.
  • Im fünften Teil geht es um die Beziehung zu anderer Software wie zum Beispiel Java und C Implementierungen.
  • Und in der sechsten und letzten Stufe sollen spezielle Bilddateiformate behandelt werden, wie sie zum Beispiel für Druckvorstufen und faxähnliche Applikationen benötigt werden.

Im Gegensatz zu zahlreichen gefloppten Bildformaten, darunter etwa Flashpix, werden der neuen JPEG-Version duch die starke Verbreitung des Vorgängerformats allgemein große Chancen auf Erfolg eingeräumt.

PGML

Abkürzung für "Precision Graphics Markup Language" • Adobe Systems hat dem World Wide Web Consortium (W3C) einen neuen Standard für Vektorgrafiken unterbreitet (April 1998), mit dem die Erstellung und Verwendung von Bildmaterial im World Wide Web erleichtert werden soll.

Der auf der Programmiersprache XML (EXtensible Markup Language) aufbauende Noch-Nicht-Standard PGML, soll die Bitmap-Formate JPEG, PNG und GIF ablösen. Zweck der Precision Graphics Markup Language ist die Optimierung von Qualität und Handhabung von Vektorgrafiken im Web. PGML ist eine 2D-Grafiksprache und ermöglicht die Kontrolle von Layout, Schriften, Farben und Ausgabe. Damit kann die grafische Qualität von Web-Angeboten entscheidend verbessert werden. An der Entwicklung arbeitete Adobe Systems in Kooperation mit IBM, Netscape und Sun.

Vektorgrafiken haben gegenüber Pixelformaten wie GIF, PNG oder JPEG eine Reihe von Vorteilen. Sie sind skalierbar, schneller vom Web herunterzuladen und in besserer Qualität zu drucken. Die Unterstützung von Vektorgrafiken im World Wide Web als Standardmerkmal wurde seit langem gefordert.

Das W3C begrüßt den Adobe-Vorschlag vor allem, weil er auf dem designierten HTML-Nachfolger XML basiert. Vermutlich wird sich eine neu zu bildende Arbeitsgruppe mit der Prüfung des Standards beschäftigen. IBM, Sun und Netscape wollen die Entwicklung des Standards fördern.

  • www.w3.org/submission/
  • www.w3.org/Press/1998/XML10-REC
  • www.w3.org/TR/1998/NOTE-PGML
  • weitere Web-gerechte Vektorformate: SVG, SVF, VML, DWF, VRML, O2C

 

PNG

Abkürzung für "portable network graphic format" (sprich: ping). Das vom World Wide Web Consortium (W3C) entwickelte und als Standard verabschiedete Format ist lizenzfrei und soll GIF- und JPEG-Bilder ablösen - komprimierend und ohne Qualitätseinbußen. PNG im Größen-Vergleich:

  • TGA-Datei (TrueColor) - 88 KB,
  • PNG-Datei (True-Color, folgendes Bild) - 66 KB:

Ihr Browser unterstützt das PNG-Format nicht!

  • JPG-Datei (TrueColor mit Verlusten) - 18 KB,
  • GIF-Datei (256 Farben) - 21 KB
  • PNG-Datei (mit nur 256 Farben, unten) - 24 KB (siehe Blauverlauf im Himmel!),

Ihr Browser unterstützt das PNG-Format nicht!

Der Startschuß für PNG fiel Ende 1994, als die Firma Unisys Lizenzgebühren für das GIF-Format bzw. die verwendete LZW-Komprimierung verlangte - und erhielt. Doch die zu erwartenden Kosten schreckten viele Software-Hersteller auf. Gebühren für das gebräuchlichste Pixelgrafikformat im WWW lassen sich zudem nicht zwingend mit dem Internet-Gedanken vereinbaren. Bereits am 1. Mai 1995 kündigte daher ein Zusammenschluß aus Software-Entwicklern, Publizisten und technischen Autoren PNG als ein echte Alternative an. Es sollte alle Eigenschaften des GIF-Formates aufweisen (siehe GIF). Darüber hinaus bietet PNG folgende zusätzliche  Eigenschaften:

  • größere Farbtreue durch TrueColor mit bis zu 48 Bit pro Pixel
  • Unterstützung indizierter Farb- und Graustufen-Bilder.
  • Alpha-Kanal zur Realisierung abgestufter Transparenzeffekte oder für Auswahlbereiche, die später als Masken verwendet werden.
  • Integritäts-Check, der erkennt, ob ein Übertragungsfehler vorliegt
  • Möglichkeit von automatischen Gamma-Korrekturen, um Helligkeitsschwankungen auf unterschiedlichen Plattformen auszugleichen (können nicht auf Alpha-Kanäle angewendet werden.)

PNG bietet eine sehr gute Darstellungsqualität, und nicht zuletzt besticht PNG durch eine verhältnismäßig starke, verlustfreie Komprimierung (siehe Fazit). Viele Bildverarbeitungsprogramme können inzwischen Bilder im PNG-Format abspeichern. Im INTERNET wird PNG beispielsweise vom Navigator (ab 4.04) und dem Internet Explorer (ebenfalls ab 4.0) unterstützt - aber eben erst ab diesen verhältnismäßig jungen Versionen. Kein Wunder also, wenn das PNG-Format (noch) ein Mauerblümchen-Dasein fristet.

 

 

Ausschnittsvergrößerung (vergleiche auch mit GIF und  JPEG / Kompressions-Artefakte):

Ihr Browser unterstützt das PNG-Format nicht!

Das universell verwendbare, abgabenfreie PNG-Format würde jedoch gerade im Internet Sinn machen. So soll PNG auch die Nachfolge von CompuServes Graphics Interchange Format (GIF) antreten. GIF hält sich aber tapfer als gebräuchliches Format für indizierte Farbbilder in HTML-Dokumenten im World Wide Web, und wenn eine größere Farbtreue benötigt wird, bleibt in der Regel das JPEG-Format im Einsatz. Die Komprimierung ist jedoch hier nicht verlustfrei und transparente Bereiche sind nicht möglich.

Die Spezifikation des PNG-Formats sieht fünf grundlegende Filtertypen vor:

  • "None" erzeugt die größten Dateien. Dieses Filter überträgt die Bildzeile ohne Änderung.
  • "Sub" überträgt den Unterschied zwischen jedem Byte und den Wert des entsprechenden Bytes des vorangegangenen Pixels. ähnlich arbeitet
  • "Up" berechnet den Wert mit dem darüberliegenden Pixel statt mit dem Pixel davor
  • "Average" (oder "Standard") berechnet den Unterschied aus dem vorangegangenen und dem darüberliegenden Bildpunkt.
  • "Paeth" prüft erst, welcher der drei benachbarten Pixel (oben links, links und oben) dem Wert des aktuellen Bildpunkt am nächsten kommt und wählt ihn dann für die Berechnung des neuen Pixelwerts.

Die PNG-Filtertypen sind wie das gesamte Format genau spezifiziert, und es scheinen sich alle Hersteller daran halten. Somit entfallen die lästigen Austausch-Probleme wie beispielsweise bei den unterschiedlichen TIFF-Varianten. Völlig unproblematisch ist der Einsatz von PNG also für eine Reihe von Einsatzgebieten außerhalb des Web - z.B., um RGB-Bilder zwischenzuspeichern.

Fazit: Die größte Datenverdichtung laßt sich nach wie vor mit JPEG erreichen, doch kommt es dabei je nach Motiv und Qualitätslevel zu teilweise deutlichen Verlusten. PNG komprimiert nicht immer besser als LZW. Der Grad der Komprimierung im PNG-Format hängt stark davon ab, welcher Filtertyp verwendet wurde: die Größe eines Bildes kann um 20% variieren.

PNG im INTERNET:

  • "PNG-Homepage": www.cdrom.com/pub/png
  • W3C PNG: www.w3.org/graphics/png

progressive JPEG

Ihr Browser unterstützt progressives JPEG-Format nicht!Trotz der guten Komprimierung, die sich mit JPEG erzielen läßt, kommt es bei der Übertragung von Bildern auf Web-Seiten für den Betrachter zu einer unangenehmen Wartezeit, bis ein Bild vollständig aufgebaut ist. Hinzu kommt ein linear von oben nach unten verlaufender Bildaufbau im Browser, so daß zunächst ein großer Teil der Grafik zu übertragen ist, bevor der Betrachter den Inhalt einzuschätzen vermag.

Eine Alternative bieten Bilder, die im Format "Progressive JPEG" vorliegen: hierbei wird das Bild zunächst mit einer sehr niedrigen Auflösung übertragen. Anschließend erfolgt eine Verfeinerung der Bilddaten, bis die Grafik in der gewohnten Qualität vorliegt.Der wesentliche Vorteil - ähnlich wie bei Interlaced GIF - besteht darin, daß der Anwender sich bereits während der Übertragung das Bild ansehen und die Übertragung unter Umständen abbrechen kann. Zum Speichern von Bildern mit einer Progressive-JPEG-Komprimierung lassen sich bereits heute die meisten gängigen Grafikprogramme, wie Paintshop Pro, verwenden. Auch die aktuellen Browser unterstützen das Format, so daß eigentlich nichts gegen den Einsatz spricht.

 

 

 

siehe auch (auf anderen Glossar-Seiten):

CLUT (Color Lookup Table)
 Farbtiefe
indizierte Bilder
Kompressions-Artefakte
optimierte Farbpalette
reduzierte Farbpalette

Quelle: Archmatic-Glossar von Alfons Oebbeke, Link: www.glossar.de

Fachwörterglossar der Diplomarbeit von Benjamin Beer, mail: webmaster@bbeer.de
Innovationszentrum Bau - Diplomarbeit am Fachbereich Bauwesen der HTWK Leipzig