Erziehungswissenschaftliche Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg
Seminar: Kunstunterricht und Computer
Dozent: A. Schräpler
Referentin: Blanka Rissmann
Datum: 26.11.2001
Bildformate
Ein Bildformat ist eine Struktur oder ein Erscheinungsbild einer Ansammlung von Daten, die ein Bild repräsentieren. Dabei ist vor allem auf effiziente Organisation der Daten zuachten.
1.2. Was ist Kompression?
Bilddateien zählen zu den größten files, die ein Computersystem verarbeiten muss. Um den enormen Speicherbedarf hochauflösender Bilddateien einzuschränken wurden verlustfreie und verlustbehaftete Kompressionsverfahren entwickelt.
Kompression ist die gedrängte, kurze Darstellung von Daten, die nur das Wesentliche enthält, und möglichst jegliche Redundanz entfernt.
Redundanz kann man als "unnötige" Daten bezeichnen, also Daten, die für die eigentliche Information nicht wichtig sind, da sie entweder nicht durch das menschliche Auge erkannt werden, oder komprimiert werden können. Z.B. sich wiederholende Muster oder Farbflächen mit einer Farbe.
2. Kompressionsmethoden
Unterschiedliche Bilddaten verlangen nach unterschiedlichen
Kompressionsmethoden. Im Groben kann man zwei Kompressionsarten
unterscheiden:
2.1. Verlustfreie Kompression ( oder lossless compression )
"Qualität vor Geschwindigkeit"
Verlustfreie Kompression wird vor allem dort eingesetzt, wo mit teueren, schwer zu beschaffenden oder aufwendig zu berechnenden Bilddaten gearbeitet wird.
Hier ist jede Bildinformation wichtig. Es findet also keine Reduktion der Daten statt.
Einsatzgebiete sind z.B. Satellitenbilder, medizinische oder künstliche Bilder.
Bei künstlich erzeugten Bildern kommt noch hinzu, dass diese meist keine Redundanz im Sinne von Rauschen oder ähnlichem enthalten, sodass hier eine verlustbehaftete Kompression sicherlich nur wichtige Bildinformationen zerstören würde. Das selbe gilt für Schwarz-Weiß Zeichnungen und ähnlichen Bildern
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Formate die lossless compression unterstützen sind z.B.: BMP, GIF, PNG, JPEG, TIF |
"Geschwindigkeit vor Qualität"
Diese Kompressionsart wird verwendet, wenn Bildinformation übertragen werden muss, bei der Details nicht den Informationsgehalt des Bildes bestimmen. Hier findet eine Reduktion der Bilddaten statt, sodass das Ursprungsbild nicht 1:1 wiederherstellbar ist. Die Fehler, die bei zu starker Datenreduktion sichtbar werden, nennt man Artefakte.
Einsatzgebiete sind z.B. digitales Fernsehen, Telelkonferenzen, Bilder im Internet.
Bei Netzwerken wie dem Internet kommt noch hinzu, dass die Übertragungsgeschwindigkeiten meist sehr niedrig sind, und da lossy compression vor allem bei True-Color Bildern eine viel höheren Kompressionsfaktor erreicht als lossless compression, wählt man hier diese Kompressionsart.
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Formate die lossy compression unterstützen sind z.B.: GIF, JPEG, Wavelet |
GIF und JPEG unterstützen sowohl lossless als auch lossy compression, da bei diesen Formaten der Benutzer manuell den Kompressionsfaktor regulieren kann, und diesen auch auf Null herabsetzen kann.
2.3. Vergleich lossless und lossy compression
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a) earth_lossless.png (42 KB) |
b) earth_lowlossy.jpg (19 KB) |
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lossless |
lossy / niedrige Kompression |
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c) earth_highlossy.jpg (4 KB) |
d) earth_lossydetail.jpg |
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lossy / hohe Kompression |
Detail aus c) |
Das gleiche Bild wurde in verschiedenen Formaten abgespeichert. Bild a) wurde in einem verlustfreien Format gespeichert. Bild b) wurde im lossy JPEG-Format gespeichert. Man sieht, dass bei einer Erhöhung des Kompressionsfaktors, und damit einhergehend einer drastischen Verkleinerung der Dateigröße kaum Artefakte auftauchen [Bild b) nach c)].
Um Fehler sichtbar zu machen, wurde ein Detail aus Bild c) vergrößert. Bei Erhöhung der Helligkeit und des Kontrasts erkennt man klar Fehler, die sich als Aura um die hellen Gebiete des Bildes manifestieren. Bei noch höherer Kompression sind diese Fehler auch im unvergrößerten Bild sichtbar. Die Erhöhung des Kompressionsgrads im JPEG-Format führt auch dazu, dass das Bild an Schärfe und Kontrast verliert.
BMP ( 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 ( Windows Format ).
TIF (tagged image format):
Wichtigstes Bildformat, verlustfrei aber komprimierbar (LZW). Wird von allen Bildverarbeitungs- und Analyseprogrammen unterstützt - manche haben jedoch Probleme mit der LZW-Komprimierung. Im Bild kann optional ein Vorschaubild mit abgespeichert werden.
GIF (graphics interchange format):
Verlustfreies, weit verbreitetes Bildformat mit nur 256 Farben!. Eher im Unterhaltungs- und Multimediabereich anzutreffen. Durch seine Transparenz- und Animationsmöglichkeiten im WWW sehr verbreitet.
JPEG
(Joint Photographic Expert Group):PNG
(Portable Network Graphics): Verlustbehaftete Komprimierung, Weiterentwicklung des GIF Formates mit 24 bit Truecolor, Transparenz und Interlace. Hochkomprimierendes im WWW verwendetes Bildformat. Im Header kann der Autor vermerkt werden.PSD
(Photoshop-Format):Außer den genannten Bildformaten gibt es noch eine Unzahl weiterer proprietärer Formate, die man tunlichst je nach Anwendung in eines der oben genannten Bildformate umwandeln sollte !
http://homepages.uni-tuebingen.de/student/horst.rechner/Ausarbeitung.html
http://www.comic.sbg.ac.at/bildanalyse/bildformate.htm
http://www.glossar.de/glossar/z_bildformate.htm