Einleitung

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auto

• Bildformate GIF, BMP, PNG und TIFF
  • Vorteile und Nachteile
  • Direkter Vergleich mit JPEG und JPEG2000

2

auto

In dieser Lerneinheit wird versucht, einen kurzen Überblick über einen Teil der großen Fülle von unterschiedlichen Bildformaten zu geben.Es handelt sich dabei um gängige Formate jenseits von JPEG und JPEG2000, und zwar um GIF, BMP, PNG und TIFF. Jedes dieser Formate hat seine Stärken und seine Schwächen, kaum eines ist unversell einsetzbar, da große Vorteile in einem Bereich oft Nachteile in einem anderen bedingen. Oft ist es schwierig für die jeweilige Anwendung das richtige Format auszuwählen. Es wird versucht einen kurzen Einblick in die Eigenschaften, den Aufbau, die verwendeten Kompressionsverfahren und die unterschiedlichen Einsatzgebiete zu geben Abschließend werden die vier Formate, JPEG und JPEG2000 einem direkten Vergleich unterzogen.

GIF – Graphics Interchange Format

1

Allgemeines

• von CompuServe entwickelt
  • Plattform- und geräteunabhängiges Dateiformat
• Neben JPEG wichtigstes Format für Internet

Features von GIF

• Animiertes GIF
  • Speicherung mehrerer Bilder, "Daumenkino"
• GIF mit Interlacing
• Sequentieller Modus
  • Bildaufbau zeilenweise: sequentiell von links nach rechts, von oben nach unten
• Interlaced Modus
  • Bildaufbau in 4 Durchgängen
• Transparentes GIF
  • es kann eine Farbe gewählt werden, die transparent ist

Abbildung: Aufbau einer GIF Datei PC

Abbildung: Aufbau einer GIF Datei PDA_Phone

Kompression bei GIF

• Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus
• Verlustfrei

GIF: Pro und Contra pfie2002

Vorteile von GIF

• Plattform- und Hardwareunabhängigkeit
• Interlacing
• Transparenz
• Möglichkeit für einfache Animationen
• Mitcodierung von ASCII-Text, z.B. für Copy-right-Informationen

Nachteile von GIF

• Maximal 256 Farben darstellbar
  • daher nicht für fotorealistische Bilder geeignet

2

Allgemeines

GIF (Grapics Interchange Format) wurde von CompuServe als plattform- und geräteunabhängiges Dateiformat entwickelt. Die Kompression ist verlustfrei und relativ effizient. Außerdem gibt es die Möglichkeit mehrere Bilder in eine Datei zu verpacken. Die 1989 fertiggestellte Erweiterung des Formats unterstützt Transparenz und so genannte Extensions. Aufgrund all dieser Umstände ist GIF neben JPEG zu Zeit eines der wichtigsten Formate für Anwendungen im Internetbereich.

Das Format arbeitet mit bis zu 256 indizierten Farben, die aus der Menge der 24-Bit Farben ausgewählt werden können. In einer CLUT (Color Lookup Table) werden die Farben einer indizierten Bilddatei abgelegt. Die RGB-Farbwerte werden nur an einer Stelle, der CLUT, global gespeichert. Da nur noch auf diese Farben referenziert werden muss und nicht für jeden Pixel die Farbwerte separat gespeichert werden, kann so eine Verkleinerung der Filegröße erreicht werden. Für Anwendungen, bei denen nicht allzu viele verschiedene Farben benötigt werden (Logos, Illustrationen, Cartoons, …) ist dies ein sehr effizientes Verfahren.

GIF unterstützt weiters Interlacing zum stückweisen Anzeigen des Bildes (z.B. auf einer Webseite) und Transpa-renz. Dabei wird eine Farbe aus der Farbpalette als transparent definiert (z.B. alle Pixel mit dem weißem Farb-wert #FFFFFF werden transparent gesetzt).

Features von GIF

Es gibt drei verschiedene Sonderformen von GIF: animiertes, transparentes und interlaced GIF.

Animiertes GIF

Das GIF-Format erlaubt die Speicherung mehrerer Bilder in einer Datei. Das bedeutet, dass damit einfache Animationen, ähnlich einem „Daumenkino“, erzeugt werden können.

Animiertes GIF

Nachdem das GIF vom Browser geladen wurde, werden die einzelnen Bilder der Reihe nach geöffnet, was den Anschein einer Bewegung erzeugt.

GIF mit Interlacing

Es gibt zwei Modi des Bildschirmaufbaus: sequentiell und interlaced.

Sequenzieller Modus

Bei dieser Einstellung wird das Bild zeilenweise von links oben nach rechts unten abgearbeitet.

Interlaced Modus

Im Interlaced Modus erfolgt der Bildaufbau in vier Durchgängen. Im ersten Durchgang wird beginnend bei Zeile 0 jede achte Zeile angezeigt (0, 8, 16, …). Der zweite Durchlauf liefert ausgehend von Zeile 4 wieder jede achte Zeile (4, 12, 20, …). Im dritten Durchlauf werden die verbleibenden geraden Zeilen beginnend bei Zeile 2 aus-gegeben (2, 6, 10, …). Der vierte und letzte Durchgang liefert mit der Anzeige aller ungeraden Zeilen (1, 3, 5, …) das vollständige Bild. Schon ab einer Anzeige von ca. 50% der Bildinformation kann der Inhalt erahnt werden. pfie2002 weid1997

Im Interlaced Modus wird das Bild in vier Durchgängen aufgebaut, wobei mit jedem Durchgang mehr Information sichtbar wird. Ungefähr nach Übertragung der halben Datenmenge lässt sich bereits der Bildinhalt erkennen.

Transparentes GIF

Dateiformate, die Transparenz unterstützen sind in Abbildungen interessant, bei denen kein rechteckige Form dargestellt werden soll. Man wählt eine Farbe aus der Farbpalette, die transparent erscheinen soll. Bei Formaten ohne Transparenz wird stattdessen der restliche Bereich rund um einen runden Gegenstand mit der Farbe Weiß aufgefüllt. pfie2002,40 lync2002

Abbildung: Entstehung eines transparenten GIF PC hort2004

Abbildung: Entstehung eines transparenten GIF hort2004 PDA_Phone

Abbildung:"Entstehung eines transparenten Bildes

Die Abbilung zeigt, wie ein GIF mit transparentem Hintergrund ensteht. Beim Speichern des Bildes wird vom Benutzer festgelegt, welche Farbe aus der globalen Farbtabelle des GIFs transparent erscheinen soll (in diesem Bildbeispiel die blau-violette Farbe #9999CC). Die so ausgewählten Pixel erscheinen nun transparent und die Hintergrundfarbe hellgrau #CCCCCC wird auch hinter der Abbildung sichtbar.

Abbildung: Aufbau einer GIF Datei PC

Abbildung: Aufbau einer GIF Datei PDA_Phone

Erklärung zur Abbildung "Aufbau einer GIF Datei"

Die Abbildung zeigt die Erweiterung des GIF-Formats aus dem Jahr 1989. Neben dem Header, der Bildschirmdefinition und der globalen Farbtabelle können zu jedem Bild noch Erweiterungen (Extensions) gespeichert werden.Jede GIF-Datei beginnt mit einem 6 Byte großen Header (GIF-Sigature), der die Signatur des Formats enthält. Dabei enthalten die ersten drei Byte den Text „GIF“ und die weiteren Byte die GIF-Version des Bildes (87a oder 89a). Die Bildschirmdefinition beinhaltet Informationen über die Abmessungen, die Auflösung (resolution flag), die Hintergrundfarbe der Grafik und das Pixelseitenverhältnis (aspect ratio). Auf den Header folgen die Bildblöcke, wobei jedes Bild durch einen eigenen Bildblock repräsentiert wird. Jedes Bild bekommt eine Position auf dem, in der Bildschirmdefinition festgelegten Schirm, zugewiesen. Eventuell hat ein Bild auch eine eigene Farbtabelle, die in diesem Fall die globale Farbtabelle (im Header) für dieses Bild überschreibt. Der Trailer am Ende des GIF-Files markiert das Dateiende.

Das 1989 eingeführte GIF98a-Format unterscheidet sich von dem ursprünglichen GIF durch weitere Informationsblöcke, den so genannten Control Extensions (Erweiterungen). Diese bieten zusätzliche Informationen über Berechnung und Darstellung der Bilder. pfie2002

Kompression bei GIF

GIF wird mit dem Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus verlustfrei komprimiert, was zu Kompressionsraten von 30-70% führt. Die Grundidee der LZW-Kodierung lässt sich am besten an Hand der Kodierung eines Textes erklären. Der LZW Algorithmus stützt sich auf den Umstand, dass in Texten viel redundante Information enthalten ist. Die Grundidee der LZW-Kompression ist nun, das Auftreten einer speziellen Textphrase oder Menge von Bytes in einem Datenstück durch eine Referenz auf ein früheres Vorkommen dieser Textphrase zu ersetzen. Dazu werden neue Phrasen in ein Wörterbuch eingetragen. Bei erneutem Auftreten der gleichen Phrase wird statt dieser nur noch der Indexwert aus dem Wörterbuch gespeichert. Für die Bildbearbeitung sind Phrasen als eine Sequenz aneinanderliegender Pixelwerte zu verstehen.

GIF: Pro und Contra

Vorteile von GIF

• Plattform- und Hardwareunabhängigkeit
• Interlacing
• Transparenz
• Möglichkeit für einfache Animationen
• Mitcodierung von ASCII-Text, z.B. für Copy-right-Informationen

Nachteile von GIF

Maximal 256 Farben darstellbar, deshalb nicht für fotorealistische Bilder geeignet pfie2002

BMP – Bitmap Picture

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Allgemeines

• Von Microsoft entwickelt
• Unabhängig vom Ausgabegerät
• RGB Modell
  • Mit geeigneter Farbtabelle
    • Farbtiefe 1,4,8 oder 24 Bit möglich

Abbildung zu Aufbau einer Bitmap-Datei all

Kompression bei BMP

• Keine Kompression
• Lauflängenkodierung möglich

BMP: Pro und contra

Vorteile

• Bitmaps können von Programmen ohne Verwendung eines Importfilter gelesen werden

Nachteile

• Aufgrund meist fehlender Datenkompression benötigen Bitmaps viel Speicherplatz

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Allgemeines

Das BMP-Format (Bitmap Picture) wurde von Microsoft entwickelt und wird so auch hauptsächlich von Windows benutzt. Es ist unabhängig vom jeweiligen Ausgabegeräte definiert (device independent). Dem BMP-Format liegt das RGB-Modell zugrunde, mit geeigneten Farbtabellen ist aber auch die Kodierung von mono-chromen Bildern und Graustufenbildern möglich. Das bedeutet BMP kann Schwarz-Weiß oder Farbbilder mit einer Farbtiefe von 1, 4, 8 oder 24 Bit speichern. Die Bilder werden meist ohne Datenkompression Pixel für Pixel gespeichert.

Aufbau einer Bitmap-Datei

Eine Bitmap-Datei ist in vier Abschnitte unterteilt: Bitmap Header, Information Header, Farbpalette, Daten.

• Der Bitmap-Header beinhaltet die Dateisignatur „BM“, die Datenlänge und Abstand zwischen Datei- und Da-tenanfang (Offset)
• Im Information-Header werden Bildinformationen gespeichert, wie Abmessung, Auflösung, Komprimierungsart und Anzahl der Farben.
• In der Farbpalette werden die Farben durch ihren Rot-, Grün- und Blauanteil definiert.
• Der Datenteil enthält die zeilenweise Rasterinformation des Bildes, beginnend an der linken unteren Ecke. Bei Bildern mit 1-, 4- oder 8-Bitinformation werden pro Pixel Verweise auf die Farbpalette gespeichert. Bilder mit einer Farbtiefe von 24-Bit benötigen keinen Verweis auf eine Farbtabelle, da hier der Pixelwert dem Farbwert entspricht. pfie2002

Abbildung zu Aufbau einer Bitmap-Datei all

Abbildung zu Aufbau einer Bitmap-Datei

Die Abbildung zeigt die Gliederung des BMP-Formats in den Bitmap-Header, den Information-Header, die Farbpalette und die eigentlichen Bilddaten.

Kompression bei BMP

Bitmaps benutzen meist gar keine Kompression. In manchen Fällen wird die Lauflängenkodierung eingesetzt.

BMP: Pro und contra

Vorteile

Bitmaps können von Programmen ohne Verwendung eines Importfilter gelesen werden

Nachteile

Aufgrund meist fehlender Datenkompression benötigen Bitmaps viel Speicherplatz

PNG – Portable Networks Graphic

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Allgemeines

• Entwickelt von Massachusetts Institute of Technology
  • Universeller Einsatz im Internet (auch für true Color)
  • Soll GIF ablösen
    • Zusätzlicher Alphakanal
    • Gammakorrektur
    • Zweidimensionales Interlacing
    • Keine Animationen möglich

Aufbau einer PNG Datei

Das PNG-Format ist aus Blöcken, so genannten Chunks, aufgebaut. Die Anzahl der Chunks hängt von dem zu speichernden Bild ab.

Chunks

• Chunks enthalten die gesamte Information einer PNG-Datei
  • Jeder Chunk ist aus vier Komponenten aufgebaut
  • Länge des Chunks
  • Chunktyp
  • Datenbereich des Chunks
  • CRC Wert (Cyclic Redundancy Check)

Abbildung Chunks all

Critical Chunks

• Header Chunk (IHDR)
  • Basisinformationen (Abmessung, Datentiefe, Farbmodell, Kompression, Interlacing)
• Palette Chunk (PLTE)
  • Farbpalette
• Data Chunk (IDAT)
  • Eigentliche Bilddaten
• Image Trailer Chunk (IEND)

Aucillary Chunks

• Aucillary Chunks
  • Ergänzende Chunks
  • Zu Bildaufbau nicht erforderlich
    

Abbildung Aufbau einer PNG Datei PC

Abbildung Aufbau einer PNG Datei PDA_Phone

Kompression

• Kompressionsverfahren ist die Deflate Compression
  • Variante des LZ Verfahrens
  • Differenzwerte der Pixel verlustfrei gespeichert
  • Optionale Filterung
    • Erhöht Effektivität der Kompression
    • Fünf verschiedene Filtertypen
      • none, sub, up, average und paeth

Interlacing

• Technik interlacing PNG heißt Adam 7
  • Bei ca. 20-30% der übertragenen Daten kann man den Inhalt eines Bildes erkennen.

Abbildung: Maske des PNG-Formates für die Erzeugung der geraden Bildzeilen all pfie2002

PNG: Pro und Contra

Vorteile

• Sehr gute verlustfreie Kompression
• Lizenzfrei (Gebührenfrei)
• Unterstützung von 48-Bit Vollfarben und 16-Bit Graustufen
• Plattformunabhängigkeit
• 16-Bit Alphakanal
• Gamma-Korrektur
• Interlacing

Nachteile

• Im Gegensatz zu GIF keine Animationsmöglichkeit
• PNG-Format wird nicht von allen Programmen zur Gänze unterstützt

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Allgemeines

Das Bildformat PNG (Portable Networks Graphic) wurde in den Neunziger Jahren des 20. Jahrhunderts vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) für den Einsatz in Internetanwendungen und für eine effiziente Speicherung von True-Color-Bildern (16,7 Millionen Farben) entwickelt. Die Absicht war es, das ältere und simplere GIF-Format zu ersetzen und eine Alternative für das viel komplexere TIFF-Format zu schaffen. Im Vergleich mit GIF hat PNG die Vorteile, dass es Alpha-Kanäle (und damit auch Transparenz), Gamma-Korrektur (plattformübergreifende Kontrolle der Helligkeit eines Bildes) und zweidimensionales Interlacing unterstützt. In den meisten Fällen weist das PNG-Format auch einen höheren Kompressionsfaktor auf als GIF. Die einzige nicht von GIF übernommene Eigenschaft ist die Speicherung mehrerer Bilder und damit die Möglichkeit für kleinere Animationen.
Mit all diesen Eigenschaften bietet das PNG-Format im Interneteinsatz einen guten Kompromiss zwischen den Vorteilen des GIF- und JPEG-Formats weid1997,950

Aufbau einer PNG Datei

Das PNG-Format ist aus Blöcken, so genannten Chunks, aufgebaut. Die Anzahl der Chunks hängt von dem zu speichernden Bild ab.

Chunks

Die Chunks enthalten die gesamte Information einer PNG-Datei. Verschiedene Informationsarten werden dabei in unterschiedlichen Arten von Chunks gespeichert. Jeder Chunk ist aus vier Komponenten aufgebaut: Länge des Chunks, Chunktyp, Datenbereich des Chunks, CRC-Wert des Datenbereiches.
Die ersten vier Byte beinhalten eine Zahl vom Typ Integer, die die Länge des Datenteils angibt.
Die nächsten vier Byte geben den Typ des Chunks an, der festgelegt, wie die in diesem Chunk abgelegten Daten zu interpretieren sind. Für die Belegung dieser vier Byte sind nur ASCII-Zeichen für a-z bzw. A-Z gestattet, die zusammen das Kürzel des Chunks bilden.
Der Datenteil beihaltet das eigentliche Bildmaterial, das entsprechend der Typangabe interpretiert wird.
Den Abschluss eines Chunks bildet der CRC-Wert (Cyclic Redundancy Check). Dieser Prüfwert wird für die Erkennung von Fehlern (z.B. durch falsche Übertragung) benutzt. Da bei jeder neuen Speicherung auch ein neu-er CRC-Wert berechnet wird, lässt sich durch das Vergleichen von CRC-Werten auch feststellen, ob eine PNG-Datei verändert wurde.

Abbildung Chunks all

Erklärung zur Abbildung Chunks

In der Abbildungwird der Aufbau eines Chunks dargestellt. Ein Chunk besteht aus der Längeninformation, dem Chunk-Typ, dem Datenbereich des Chunks und dem CRC-Prüfwert.

Critical Chunks

Es gibt folgende vier Standard-Blöcke, die so genannten Critical Chunks, die jedes PNG-verarbeitende Pro-gramm verstehen muss: Header Chunk, Palette Chunk, Image Data Chunk, Image Trailer Chunk.

• Der Header Chunk (IHDR) enthält die Basisinformationen (Abmessung, Datentiefe, Farbmodell, Kompression, Interlacing) über die Datei.
• Der optionale Palette Chunk (PLTE) enthält die Farbpalette und muss daher vor dem Chunk für die Bilddaten angeordnet sein.
• Der Image Data Chunk (IDAT), der aus mehreren Blöcken bestehen kann, enthält die eigentlichen Bilddaten.
• Das Ende des Datenstroms wird vom Image Trailer Chunk (IEND).

Aucillary Chunks

Die Aucillary Chunks sind ergänzende Chunks, die Zusatzinformationen beinhalten, die zur Darstellung des Bildes nicht unbedingt erforderlich sind.

Abbildung Aufbau einer PNG Datei PC

Abbildung Aufbau einer PNG Datei PDA_Phone

Erklärung der Abbildung Aufbau einer PNG Datei

Die Abbildung zeigt den Aufbau einer PNG-Datei. Ein PNG-File gliedert sich in einzelne Blöcke, die so genannten Chunks. Zu Beginn des Files steht die Signatur. Danach folgen die Chunks für den Header (IHDR), die optionale Farbpalette (PLTE), weitere optionale Chunks, der Daten-Chunk (IDAT) und der Abschluss-Chunk (IEND), der das Ende des Datenstroms markiert.

Kompression

Das PNG-Format speichert Bilder immer in komprimierter Form. Als Kompressionsverfahren wird die Deflate Compression verwendet, eine Variante des LZ Verfahrens. Dabei werden die Differenzwerte der Pixel verlustfrei gespeichert.
Um einen höheren Kompressionsfaktor zu erzielen, kann ein Bild zur Vorbereitung vor dem Kompressionsschritt gefiltert werden. Die Filter werden zeilenweise eingesetzt, was bedeutet, dass theoretisch für jede Zeile ein anderer Filter möglich wäre. Fünf verschiedene Filtertypen werden unterschieden: none, sub, up, average und paeth.

Interlacing

Die Technik zum teilweisen Laden eines PNG-Bildes wird „Adam 7“ genannt. In den ersten sechs der insgesamt sieben Durchläufe werden die geraden Bildzeilen (0, 2, 4, …) erzeugt. In einem Durchlauf werden jedoch noch nicht alle Bilddaten einer Zeile angezeigt, sondern nur Teile davon, entsprechend der Maske . Erst im siebten Durchlauf werden die ungeraden Bildzeilen (1, 3, 5, …) ergänzt. Schon bei ca. 20-30% der übertragenen Daten kann man den Inhalt eines Bildes erkennen.

Abbildung: Maske des PNG-Formates für die Erzeugung der geraden Bildzeilen all pfie2002

Erklärung zur Abbildung: Maske des PNG-Formates für die Erzeugung der geraden Bildzeilen

Die Maske in Abbildung 7 wird über das Bild gelegt. Die Zahl an der Stelle eines Pixel gibt den Durchgang an, in dem das Pixel angezeigt wird. Man sieht z.B. deutlich, dass die ungeraden Bildzeilen erst im siebten Anzeige-Durchlauf erzeugt werden.

PNG: Pro und Contra

Vorteile

• Sehr gute verlustfreie Kompression
• Lizenzfrei (Gebührenfrei)
• Unterstützung von 48-Bit Vollfarben und 16-Bit Graustufen
• Plattformunabhängigkeit
• 16-Bit Alphakanal
• Gamma-Korrektur
• Interlacing

Nachteile

• Im Gegensatz zu GIF keine Animationsmöglichkeit
• PNG-Format wird nicht von allen Programmen zur Gänze unterstützt [E02, S. 9]

TIFF – Tagged Image File Format

1

Allgemeines

• Entwickelt von Aldus, Hewlett Packard und Microsoft
• Programm- und Plattformunabhängige Speicherung von Pixeldaten zu Universell einsetzbares Format
• einsetzbar auf auf Unix-, Macintosh- und PC-Betriebssystemen einsetzbar ist
• Vielfältige Möglichkeit anSpeicherungen
  • Wichtigstes Format für Rasterdateien

Aufbau einer TIFF Datei

• Header
  • Er beinhaltet die Versionsnummer des Formats
  • Zeiger auf das erste IFD (Image File Directory)
    • Inhaltsverzeichnis
• IFDs(Image File Directory)
  • Ein Tag ist eine 12 Byte große Datenstruktur
  • Tag enthält Informationen über Bildparameter (Abmessung, Auflösung, …)

Abbildung Aufbau einer TIFF Datei PC

Abbildung Aufbau einer TIFF Datei PDA_Phone

Kompression

• Viele Kompressionsmöglichkeiten
  • Verlustlos oder verlustbehaftet
  • LZW
  • JPEG
  • CCITT glossar
  • Packbits

Abbidung Dialogfenster TIFF-Kodierung PC

Abbidung Dialogfenster TIFF-Kodierung PDA_Phone

Abbildung "Dialogfenster TIFF Kodierung"

Die Abbildung zeigt das Dialogfenster, welches im Bildbetrachtungsprogramm "Irfanview" (downloadbar von http://www.irfanview.com) für die TIFF 518 Kodierung angezeigt wird. Man sieht an diesem Beispiel, wieviele Möglichkeiten an unterschiedlichen Kompressionen die TIFF Kodierung zulässt.

TIFF: Pro und Contra

Vorteile

• Informationen über die benutzte Grafiksoftware, den Scannertyp, …
• Viele Farbmodi
• Plattformübergreifend
• Speicherung mehrerer Bilder in einer Datei
• Viele verschiedene Kompressionsmethoden

Nachteile

• Hoher Speicherplatzbedarf, dadurch nicht für die Verwendung im Internetbereich geeignet pfie2002,23

2

Allgemeines

Das pixelorientierte Format TIFF (Tagged Image File Format) wurde 1986 von Aldus, Hewlett Packard und Microsoft entwickelt, und hat sich zu einem Standard der digitalen Bildverarbeitung entwickelt. Der Grundgedanke war, eine programm- und plattformunabhängige Speicherung von Pixeldaten zu ermöglichen. So entstand ein universell einsetzbares Format, das auf Unix-, Macintosh- und PC-Betriebssystemen einsetzbar ist. Auch wegen der vielfältigen Möglichkeiten der Speicherung ist das TIFF 518-Format eines der wichtigsten Formate für Rasterdateien.

Aufbau einer TIFF Datei

Der Header des TIFF 518-Formats hat eine fixe Größe und belegt immer die ersten acht Byte des Files. Er beinhaltet die Versionsnummer des Formats und einen Zeiger auf das erste IFD (Image File Directory), welches das In-haltsverzeichnis der TIFF-Datei darstellt.
Die Länge eines IFDs ist variabel und wird durch die Anzahl der Tag-Einträge bestimmt. Ein Tag („Anhänger“) ist eine 12 Byte große Datenstruktur, die Informationen über die Bilddaten (Abmessung, Auflösung, …) speichert. Nach dem letzten Tag eines IFDs steht immer ein 4 Byte großer Zeiger auf das folgende IFD bzw. auf das Dateiende.
TIFF unterstützt außer dem RGB-Modell und Graustufen, auch 16-Bit Farbtiefe pro Grundfarbe und das CMYK 391 -Farbmodell. Auch eine Speicherung von Alphakanälen ist möglich. Bei RGB-Bildern weist TIFF eine Datentiefe von 24 Bit auf, bei CMYK-Bildern von 32 Bit.weid1997,943 pfie2002,23

Abbildung Aufbau einer TIFF Datei PC

Abbildung Aufbau einer TIFF Datei PDA_Phone

Erklärung der Abbildung Aufbau einer TIFF Datei

Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau des TIFF 518-Dateiformats. Die ersten acht Byte einer TIFF-Datei sind für den Header reserviert. Danach werden die IFDs (Image File Directory) als verkettete Liste gespeichert.

Kompression

TIFF bietet sowohl eine verlustlose als auch eine verlustbehaftete Speicherung, mit einer großen Auswahl an Kompressionsverfahren. Die möglichen verlustfreien Kompressionsverfahren sind die PackBit-Codierung, die Fax- und die LZW 520 -Komprimierung. Die Möglichkeit zur verlustbehafteten Speicherung bildet die JPEG-Komprimierung. pfie2002,23

Abbidung Dialogfenster TIFF-Kodierung PC

Abbidung Dialogfenster TIFF-Kodierung PDA_Phone

Erklärung der Abbildung "Dialogfenster TIFF Kodierung"

Die Abbildung zeigt das Dialogfenster, welches im Bildbetrachtungsprogramm "Irfanview" (downloadbar von http://www.irfanview.com) für die TIFF Kodierung angezeigt wird. Man sieht an diesem Beispiel, wieviele Möglichkeiten an unterschiedlichen Kompressionen die TIFF Kodierung zulässt.

TIFF: Pro und Contra

Vorteile

• Informationen über die benutzte Grafiksoftware, den Scannertyp, …
• Viele Farbmodi
• Plattformübergreifend
• Speicherung mehrerer Bilder in einer Datei
• Viele verschiedene Kompressionsmethoden

Nachteile

• Hoher Speicherplatzbedarf, dadurch nicht für die Verwendung im Internetbereich geeignet pfie2002,23

Vergleich der Bildkompressionsverfahren

1

auto

Hier soll nocheinmal abschließend eine Gegenüberstellung gängiger Bildformate. Neben den in dieser Lerneinheit beschriebenen Formate werden in diesem Vergleich auch JPEG und JPEG2000 mit einbezogen.

Vergleich betreff Anwendungen

• JPEG 29
  • + Gut geeignet -Bilder mit vielen verschiedenen Farben (True Color): Fotos (Internet).
  • - weniger geeignet, wenn hohe hoher Kompressionsfaktoren erwünscht sind. Hier machen blockartige Artefakte das Bild unbrauchbar
• JPEG2000
  • +Bilder mit vielen verschiedenen Farben (True Color): Fotos (Internet). Auch für sehr hohe Kompressionsraten einsetzbar
• GIF 117
  • + gut geignet für Bilder mit wenigen Farben: Internet (Logos, kleine Animationen, …)
  • – schlecht geeignet für Bilder mit vielen verschiedenen Farben, Fotos
    
• BMP 96
  • + einfaches Bildformat, v.a. unter Windows verbreitet, geräteunabhängig
  • – keine oder nur geringe Kompression
    
• PNG 280
  • + Internet, Verbindung der Vorteile von JPEG (True Color) und GIF (Transparenz, verlust-frei)
  • – noch geringe Verbreitung, da in älteren Versionen von Netscape und Internet Explorer nicht untertützt
    
• TIFF 518
  • +: bei entsprechender Auflösung Format für High-End-Druckausgabe, ohne Komprimierung ein Standardaustauschformat
  • –: schlechtere Unterstützung von TIFF mit LZW 520 -Komprimierung

Vergleich betreff Farbmodelle

• JPEG
  • RGB
  • CMYK
• JPEG2000
  • RGB
  • Graustufen
  • CMYK
• GIF
  • Indizierte Farben
• BMP
  • RGB
  • Graustufen
  • S/W
  • IndizierteFarben
    
• PNG
  • RGB
  • Graustufen
  • indizierte Farben
    
• TIFF
  • RGB
  • Graustufen
  • S/W
  • CMYK
  • Lab
  • Indizierte Farben (Volltonfarben)

Vergleich betreff Kanäle

• JPEG
  • 3 oder 4 Farbkanäle
• JPEG2000
  • 256 Kanäle
• GIF
  • 1 Kanal
• BMP
  • 1 oder 3 Farbkanäle
• PNG
  • 3 Farbkanäle
  • 1 Alpha Kanal
• TIFF
  • 1, 3 oder 4 Farbkanäle
  • 20 Alphakanäle

Vergleich betreff Bittiefe

• JPEG
  • 8 Bit/Kanal
• JPEG2000
  • 1-16 Bit/Kanal
• GIF
  • 1-8 Bit/Pixel (S/W oder 256 Farben)
• BMP
  • 1-8 Bit/Kanal
  • 32 Bit/Pixel
    
• PNG
  • 1-16 Bit/Pixel
• TIFF
  • 1-16 Bit/Kanal

Vergleich betreff Kompression

• JPEG
  • Verlustbehaftet
  • Performance
    • Relativ guter Kompromiss zwischen Kompression und Bildqualität
  • Kompressionstechnik
    • DCT
    • Quantisierungstabellen mit regelbarem Quantisierungsfakor
• JPEG2000
  • Sowohl verlustbehaftete wie auch verlustfreie Kompression möglich
  • Performance
    • Effektivere Kompression als JPEG
    • Überlegenheit gegenüber JPEG vor Allem bei großen Kompressionswerten
  • Kompressionstechnik
    • Wavelets
    • Embedded Coding
      • Binäre arithmetische Kodierung
• GIF
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Gute Komprimierung bei vielen einfarbigen Flächen
    • Nicht geeignet für True Color Bilder
  • Kompressionstechnik
    • LZ
• BMP
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Einsetzbar für alle möglichen Bilder
    • Da keine bzw. nur geringe Kompression, sehr große Datenmengen
  • Kompressionstechnik
    • Meist keine
    • Lauflängenkodierung möglich
• PNG
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Relativ gute verlustfreie Komp-rimierung, sowohl für Bilder mit viel als auch wenig Farben
  • Kompressionstechnik
    • Variante von LZ77 390
• TIFF
  • Sowohl verlustbehaftete wie auch verlustfreie Kompression möglich
  • Performance
    • sehr komplex, daher für Interneteinsatz nicht sehr geeignet
  • Kompressionstechnik
    • Verschiedenste Möglichkeiten zur Kompression werden geboten
      • Lauflängenkodierung
      • JPEG Kodierung
      • LZW
      • CCITT 388 (Kodierung als Fax)

Entwickler

• JPEG 29
  • Arbeitsgruppe der ISO 135
  • Joint Photographic Experts Group
• JPEG2000
  • Arbeitsgruppe der ISO 135
  • Joint Photographic Experts Group
• GIF 117
  • CompuServe
• BMP 96
  • Microsoft
• PNG 280
  • Massachusetts Institute of Technology (siehe web.mit.edu)
• TIFF 518
  • Aldus, Hewlett Packard und Microsoft

Plattformen

Alle oben beschriebenen Formate laufen auf Macintosh, Windows und Unix. Ausnahme ist das BMP Format: Dieses ist für Unix nicht erhältlich.

2

Vergleich betreff Anwendungen

• JPEG
  • + Gut geeignet -Bilder mit vielen verschiedenen Farben (True Color): Fotos (Internet).
  • - weniger geeignet, wenn hohe hoher Kompressionsfaktoren erwünscht sind. Hier machen blockartige Artefakte das Bild unbrauchbar
• JPEG2000
  • +Bilder mit vielen verschiedenen Farben (True Color): Fotos (Internet). Auch für sehr hohe Kompressionsraten einsetzbar
• GIF
  • + gut geignet für Bilder mit wenigen Farben: Internet (Logos, kleine Animationen, …)
  • – schlecht geeignet für Bilder mit vielen verschiedenen Farben, Fotos
    
• BMP
  • + einfaches Bildformat, v.a. unter Windows verbreitet, geräteunabhängig
  • – keine oder nur geringe Kompression
    
• PNG
  • + Internet, Verbindung der Vorteile von JPEG (True Color) und GIF (Transparenz, verlust-frei)
  • – noch geringe Verbreitung, da in älteren Versionen von Netscape und Internet Explorer nicht untertützt
    
• TIFF
  • +: bei entsprechender Auflösung Format für High-End-Druckausgabe, ohne Komprimierung ein Standardaustauschformat
  • –: schlechtere Unterstützung von TIFF mit LZW-Komprimierung

Vergleich betreff Farbmodelle

• JPEG
  • RGB
  • CMYK
• JPEG2000
  • RGB
  • Graustufen
  • CMYK
• GIF
  • Indizierte Farben
    
• BMP
  • RGB
  • Graustufen
  • S/W
  • IndizierteFarben
    
• PNG
  • RGB
  • Graustufen
  • indizierte Farben
    
• TIFF
  • RGB
  • Graustufen
  • S/W
  • CMYK
  • Lab
  • Indizierte Farben (Volltonfarben)

Vergleich betreff Kanäle

• JPEG
  • 3 oder 4 Farbkanäle
• JPEG2000
  • 256 Kanäle
• GIF
  • 1 Kanal
• BMP
  • 1 oder 3 Farbkanäle
• PNG
  • 3 Farbkanäle
  • 1 Alpha Kanal
• TIFF
  • 1, 3 oder 4 Farbkanäle
  • 20 Alphakanäle

Vergleich betreff Bittiefe

• JPEG
  • 8 Bit/Kanal
• JPEG2000
  • 1-16 Bit/Kanal
• GIF
  • 1-8 Bit/Pixel (S/W oder 256 Farben)
• BMP
  • 1-8 Bit/Kanal
  • 32 Bit/Pixel
    
• PNG
  • 1-16 Bit/Pixel
• TIFF
  • 1-16 Bit/Kanal

Vergleich betreff Kompression

• JPEG
  • Verlustbehaftet
  • Performance
    • Relativ guter Kompromiss zwischen Kompression und Bildqualität
  • Kompressionstechnik
    • DCT
    • Quantisierungstabellen mit regelbarem Quantisierungsfakor
• JPEG2000
  • Sowohl verlustbehaftete wie auch verlustfreie Kompression möglich
  • Performance
    • Effektivere Kompression als JPEG
    • Überlegenheit gegenüber JPEG vor Allem bei großen Kompressionswerten
  • Kompressionstechnik
    • Wavelets
    • Embedded Coding
      • Binäre arithmetische Kodierung
• GIF
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Gute Komprimierung bei vielen einfarbigen Flächen
    • Nicht geeignet für True Color Bilder
  • Kompressionstechnik
    • LZ
• BMP
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Einsetzbar für alle möglichen Bilder
    • Da keine bzw. nur geringe Kompression, sehr große Datenmengen
  • Kompressionstechnik
    • Meist keine
    • Lauflängenkodierung möglich
• PNG
  • Verlustfrei
  • Performance
    • Relativ gute verlustfreie Komprimierung, sowohl für Bilder mit viel als auch wenig Farben
  • Kompressionstechnik
    • Variante von LZ77
• TIFF
  • Sowohl verlustbehaftete wie auch verlustfreie Kompression möglich
  • Performance
    • sehr komplex, daher für Interneteinsatz nicht sehr geeignet
  • Kompressionstechnik
    • Verschiedenste Möglichkeiten zur Kompression werden geboten
      • Lauflängenkodierung
      • JPEG Kodierung
      • LZW
      • CCITT(Kodierung als Fax)

Entwickler

• JPEG
  • Arbeitsgruppe derISO
  • Joint Photographic Experts Group Glossar
• JPEG2000
  • Arbeitsgruppe der ISO
  • Joint Photographic Experts Group
• GIF
  • CompuServe
• BMP
  • Microsoft
• PNG
  • Massachusetts Institute of Technology (siehe web.mit.edu)
• TIFF
  • Aldus, Hewlett Packard und Microsoft

Plattformen

Alle oben beschriebenen Formate laufen auf Macintosh, Windows und Unix. Ausnahme ist das BMP Format: Dieses ist für Unix nicht erhältlich.