Bildformate

• Einleitung
• Animated GIF (Animierte GIF-Dateien)
• Argus
• Bitmap
• GIF (Graphics Interchange Format)
• JPEG / JPG (joint photografic expert group)
• JPEG 2000
• MNG (Multiple Image Network Graphics)
• PGML (Precision Graphics Markup Language)
• PNG (portable network graphic format)
• progressive JPEG
• Wavelet Image (WI)

Einleitung

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.

Formatname	Kurzform	Komprimierung	Vergleich zur Originalgröße 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! verschiedene Besonderheiten: Transparenz, Animation, 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 Informationsverluste	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

• mit TIFF (meistens LZH-komprimiert) wickeln die Profis den Datenaustausch mit anderen Programmen und Rechnerwelten ab,
• JPEG bietet effektive Komprimierungen mit einem kalkulierten Datenverlust und
• EPS ist unerlässlich für die Druckvorstufe (damit sollten Original-Dokumente für Prospekte erstellen).
• Im PC-Bereich spielt noch das GIF-Format (als viertes Bildformat) eine nicht unwesentliche Rolle: es wurde entwickelt für die schnelle Datenübertragung, ist deshalb auf 256 Farben beschränkt, kann aber auf nahezu jeder Rechnerplattform von allen bekannten Programmen bearbeitet werden. Viele Texturen für Rendering-Programme wie 3D-Studio oder FRESCOmovie werden im GIF-Format angeboten. Auf CDs sind Bilddateien häufig im GIF- (und JPEG-)Format abgelegt.

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 ) lassen sich animierte GIF-Dateien leicht selbst erzeugen. Oder man nutz das INTERNET zur Recherche

Argus

Argus ist ein am Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) der Universität Kaiserslautern entwickeltes Bildkomprimierungsverfahren. Es verspricht, die Bilder nahezu verlustfrei auf weniger als zwei Prozent der Ausgangsgröße zu verdichten. Argus verwendet nach Auskunft seiner Entwickler eine speziell geschaffene Kombination von Wavelet-Verfahren und Glättungsfiltern, die sich besonders für Röntgenbilder bewährt habe. Das Komprimierungsverfahren eignet sich besonders für den Einsatz im medizinischen Bereich, da hier große Mengen an Bilddaten anfallen, die effizient gespeichert und archiviert werden müssen. Die neue Bildbearbeitungsmethode wurde auf der Fachmesse MEDICA 2000 in Düsseldorf vom 22. bis zum 25. November 2000 vorgestellt.

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 (Graphics Interchange Format)

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 eignet 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:

• Sie können Text im ASCII-Code enthalten -- z.B. für Copyright-Informationen
• Sie können im so genannte Interlaced-Format abgespeichert werden, bei dem ein stufenweiser Aufbau des Bildes erfolgt -- siehe Interlacing (auch 87a).
• Es können transparente Bildteile definiert werden, damit der Hintergrund durchscheint (siehe Transparenz)
• Starke, verlustfreie Komprimierung von Bildern mit weniger als 256 Farben.

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 (joint photografic expert group)

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-verschachtelten Bildflecken -- so genannten "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.

• 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 durch die starke Verbreitung des Vorgängerformats allgemein große Chancen auf Erfolg eingeräumt.

MNG (Multiple Image Network Graphics)

Abkürzung für "Multiple Image Network Graphics". MNG ergänzt die PNG-Familie um bewegte Bilder (siehe auch animierten GIFs). Dieses sieht zumindest eine Empfehlung des W3C vor. Auch MNG stammt von den PNG-Entwicklern.

• Loops (Wiederholungen mit Schleifen) und
• Frames mit diversen Optionen. Damit lassen sich etwa Übergänge von einem Bild zum nächsten steuern.
• MNG kann Bilder beschreiben, die sich aus mehreren PNG-Bildern zusammensetzen, etwa ein Bild für den Hintergrund, andere als animierte Logos. Eine Gruppe von Bildern ist im Draw Mode zunächst unsichtbar und kommt dann zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Vorschein.

Eine verlustfreie Konvertierung von GlF-Dateien, die sich aus mehreren Einzelbildern zusammensetzen, ist in MNG ebenso vorgesehen wie eine Datenreduzierung durch den Abgleich der einzelnen Frames auf identische Bilddaten. So genannte Restart-Punkte sollen zudem dafür sorgen, dass nicht die gesamte Animation bei Datenverlusten oder Beschädigungen der Datei verloren geht.

PGML (Precision Graphics Markup Language)

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.

PNG (portable network graphic format)

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 gravierende Qualitätseinbußen.

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).

• 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.

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 lässt 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-Homepage": www.libpng.org/pub/png
• W3C PNG: www.w3.org/graphics/png

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.

progressive JPEG

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.

Wavelet Image (WI)

Abkürzung für "Wavelet Image". Das amerikanische Unternehmen Summus Technologie hat 1998/99 ein digitales Bildkompressions-Verfahren entwickelt, mit dem sich die Ladezeit für ein Bild aus dem Web um den Faktor 3 beschleunigen lassen soll -- unabhängig davon, welchen Internet-Anschluss der Anwender verwendet. Ein Bild im WI-Format soll dreimal weniger Speicherplatz als ein Bild im JPEG-Format benötigen. Laut Leonard Mygatt, Cheftechnologe bei Summus, sind WI-Bilder für Microsofts Internet Explorer kein Problem. Bei Netscape-Anwendern gestalte sich die Sache etwas komplizierter: "Sie müssen zuvor ein Plug-in herunterladen, das es aber auf der Summus-Site kostenlos gibt."