Dateiformat-Vergleich

Grafische Dateiformate

von Paul Arnote

Grafische Dateien kommen in alle Arten verschiedene Formate. Für einige ist es eine schwierige Aufgabe, sie zu unterscheiden; welche Fähigkeiten und Leistung ein jedes der verschiedenen grafischen Dateiformate hat, oder welches Format man am besten zum Abspeichern seiner Arbeit verwenden sollte. Hoffentlich hilft Ihnen dieser kurze Überblick bei der Wahl und Entscheidung.

Grafische Dateiformate gibt es in zwei verschiedene Typen: Rastergraphiken und Vektorgraphiken. Raster-basierende Grafiken (alias „Bitmaps“) stellen eine Pixel-per-Pixel Darstellung eines Bildes dar. Das heißt, das Bild wird in kleine „quadratische“ Pixel unterteilt, und jedes stellt eine Farbe im Bild dar. Wenn alle diese zusammengefügt werden, entsteht das Bild, wenn es in einem normalen Abstand angesehen wird. Vektor-basierende Grafiken verwenden einerseits die geometrischen Formen (Linien, Polygone, Kreise, etc.), die durch mathematische Gleichungen dargestellt werden.

Infolgedessen verhalten sich Raster-basierende Grafiken nicht so gut wenn sie skaliert werden. Wann immer Sie ein Rasterbild auf eine andere als die Originalgrösse vergrößern oder schrumpfen, wird dessen Qualität schlechter. (Übrigens, mehr bei vergrößern). Wenn Sie versuchen, eine Raster-Grafik zu viel zu vergrößern, werden Sie jedes Pixel der Vorlage sehen, da jedes Pixel vergrößert wird. Dieser „blocky“ Effekt wird pixelation genannt.

Vektor-Grafiken sind jedoch sehr skalierbar. Das heißt, sie können ohne irgendeinen bedeutenden Qualitätsverlust vergrößert oder geschrumpft werden. Dieses wird offensichtlich, wenn Sie eine Vektorgrafik vergrößern. Da diese Grafiken auf mathematischen Formeln basieren, ist deren Abbildung genauso gut, wenn Sie sie 1000% vergrößern, oder in seiner ursprünglichen Größe ansehen.

Bevor wir fortfahren möchte ich klarstellen, dass dies keine Debatte (noch ist es beabsichtigt, eine Debatte zu beginnen) über Raster gegen Vektor ist; beide haben ihre jeweiligen Vor-und Nachteile. Tatsächlich finden Sie häufig Künstler, die beide verwenden, um eine Grafik zu produzieren. Aber es ist wichtig, die Unterschiede zwischen den zweien zu verstehen, damit Sie die für Ihre Notwendigkeiten am besten geeignete auswählen können.

Beginnen wir unsere Diskussion mit Raster Graphikformaten, die vermutlich die am meisten benutztes der zwei Grafikarten ist.

Raster-basierende grafische Formate

Zuerst müssen wir einige Terminologie behandeln, bevor wir in jedes spezifische Dateiformat besprechen. Viele Raster-basierende Formate gebrauchen Kompression, um die Informationen effizient zu speichern und die Dateigröße zu verringern. Einige Raster-basierende Formate verwenden überhaupt keine Kompression. Selbstverständlich braucht die Datei ohne Kompression viel mehr Speicherplatz, leidet aber auch nicht unter immer wiederkehrender Re-Kompression während der Datenspeicherung.

Diese Kompression kann entweder lossy-Kompression oder lossless Kompression sein. Lossy-Kompressionsalgorithmen nutzen die Beschränkungen des menschlichen Auges und werfen „unsichtbare“ Informationen weg. Die meisten „lossy-“ Algorithmen bieten variable Kompressionsniveaus an, und bei höheren Kompressionsniveaus, wird der Verlust der Bildqualität recht wahrnehmbar. Der Qualitätsverlust wird häufig als „Kompressions Artifakt“ bezeichnet. Der Versuch, eine grafische Datei unter Verwendung von lossy-Kompression immer wieder zu speichern, ergibt die sogenannte „Generational-Degradation.“ Das heißt, das Bild wird jedes Mal wenn das Bild gespeichert wird re-komprimiert. Formate, die lossy-Kompression verwenden, bewerten die Dateigröße wichtiger als die Abbildungsqualität.

Lossless Kompression verwendet eine Kompressionsmethode, die die Bildqualität nicht vermindert. Bildqualität nicht geopfert wird, ist die Dateigröße nicht so klein, wie Sie sie mit einer lossy-Kompressionsmethode erhalten würden. Wenn Ihnen die Bildqualität wichtiger ist als die Dateigröße, dann sollten Sie lossless Kompression verwenden.

Grafikdateien werden auch entsprechend ihrer „Farbintensität“ eingestuft. Eine 8-Bit Graphik kann maximal 256 Farben reproduziren, während eine 24 Bit Graphik zur Reproduktion von 16 Millionen Farben fähig ist, oder was allgemein als true color bekannt ist.

Mit dem besseren Verständnis der Terminologie lassen Sie uns nun die einzelne Dateiformate betrachten. Beachten Sie bitte, dass wir hier nur einige der populärsten Bild-Dateiformate besprechen. Es gibt viele, sehr viel Formate, sowie einige, die Erweiterungen der hier besprochenen sind. Das Besprechen aller Bild-Dateiformate sprengt den Rahmen dieses Artikels.

JPEG, JPG (Joint Photographic Experts Group)

Das JPEG-Dateiformat wurde 1992 standardisiert und ist vermutlich heutzutage das populärste Dateiformat. Das JPEG-Format ist (meistens) ein lossy-Kompressionsformat. Sie können JPEG-Dateien überall im Internet finden, aber auch in den meisten populären Digitalkameras (aus rein praktischen Gründen, um mehr Fotos auf dem begrenzten Speichermedium speichert zu können). Typische JPEG-Dateien können Bilder mit 10:1 komproimieren und dabei nur einem minimalen, kaum sichtbaren Qualitätsverlust aufzeigen.

Der Vorteil des JPEG-Dateiformats ist, dass er Dateien auf minimalen Platz speichert. Bei niedrigen Kompressionsniveaus ist der Bildqualitätsverlust kaum sichtbar, wobei gleichzeitig Speicherkapazität gespart wird. Das JPEG-Dateiformat wird oft auch als 24-bit Grafikdatei bezeichnet, da es die Wiedergabe von 16 Millionen Farben unterstützt.

Der Nachteil des JPEG-Dateiformats ist, dass es unter Generational-Degradation leidet. Das heißt, wenn Sie eine JPEG-Datei editieren, speichern, wieder editieren, speichern, usw. dann wird jedes neue Bild re-komprimiert, und jedes Mal wird Bildqualität geopfert. Um diese Generational Degradation zu minimieren, können Sie das JPEG-Bild in ein Dateiformat umwandeln das lossless Kompression verwendet, dann Ihre Bilder editieren, und abschliessend zum JPEG-Dateiformat konvertieren.

Das JPEG-Dateiformat unterstützt keine Transparenz (wie in transparenten Hintergründen) und auch keine Animationen.

GIF (Graphics Interchange Format)

Das Dateiformat GIF (ausgesprochen JIF, wie die berühmte und populäre Marke der Erdnussbutter) wurde 1987 von CompuServe eingeführt. Das GIF-Dateiformat erzielt 8-Bit Farbintensität und reproduziert maximal 256 Farben.

1993 entdeckten die Hersteller des patentierten LZW Kompressionsalgorithmus, dass das GIF-Format den Kompressionsalgorithmus verwendete, ohne Abgaben für seinen Gebrauch zu zahlen. CompuServe hatte den Kompressionsalgorithmus ohne um sein Patent zu wissen verwendet. Eine Vereinbarung Ende 1994 ergab, dass alle kommerziellen Online Firmen die die LZW Kompression im GIF-Dateiformat verwenden, eine Abgabe zum Gebrauch dieser Technologie an Unisys, dem Hersteller und Patentinhaber, leisten müssen.

Das Resultat war ein Aufschrei und Kampagnen die die Benutzer drängten zum Bann von GIF aufriefen. Tatsächlich stoppten viele Webseiten dieser Zeit, die Verwendung des GIF-Dateiformats, auch weil die Webmaster verängstigt waren, viel Geld für den Gebrauch von LZW ausgeben zu müssen. Infolgedessen wurde das png-Dateiformat (siehe unten) entwickelt, eine Open Source Lösung zur Vermeidung von Lizenzgebühren und zur Umgehung der GIF Beschränkungen.

Glücklicherweise lief das US-Patent auf LZW 2003 und im Rest der Welt 2004 ab. Infolgedessen kann das GIF-Dateiformat jetzt frei verwendet werden.

Das ursprüngliche GIF-Dateiformat, das 1987 eingeführt wurde, wurde 87a genannt. Zwei Jahre später, führte CompuServe 89a, eine erhöhte Version ein, die Unterstützung für mehrere Bilder in einem Bild, interlacing und anwendungsspezifischen Metadaten hinzufügte. Es ist die letzte Version, die für Animationen verwendet wird wie wir sie von vielen verschiedenen Webseiten kennen.

Das GIF-Dateiformat ist am meisten geeignet für scharfkantige Zeichnungen mit einer beschränkten Anzahl von Farben. Es ist auch eine ausgezeichnete Wahl für einfache Animationen oder niedrig aufgelöste Filmclips. Der LZW Kompressionsalgorithmus ist lossless.

Der Primärnachteil des GIF-Dateiformats ist seine Unterstützung für nur 256 Farben. Infolgedessen gilt es nicht als eine gute Wahl für das Anzeigen von Fotographien, in denen die erhöhte Farbintensität des JPEG-Dateiformats und des png-Dateiformats die Fotographien viel realistischer und lebensecht aussehen lassen.

PNG (Portable Network Graphics)

Das PNG-Dateiformat entstand wegen des LZW Kompressionsalgorithmus Patents im GIF-Dateiformat. PNG begann als Open Source Ersatz für GIF, nicht nur um die LZW-Lizenz des GIF-Formats zu umgehen, sondern auch um einige der GIF-Mängel zu verbessern, nämlich der Beschränkung auf 256 Farben.

Erste Diskussion zum PNG-Dateiformatstandard begannen über die Internet-newsgroup im Januar 1995. Im Oktober 1996 wurde die erste PNG-Spezifikation freigegeben. Dann in 2003 wurde es internationaler Standard (ISO/IEC 15948). Infolgedessen können fast alle gegenwärtigen Netzbrowser die PNG-Grafiken richtig anzeigen.

Eine der Stärken des PNG-Dateiformats ist, dass sie lossless Kompression einsetzt. Das heisst, egal wie oft Sie editieren, speichern, wieder editieren, wieder speichern, etc. eine im PNG-Dateiformat gespeicherte Grafik wird keinen Qualitätsverlust erleiden. Das PNG-Dateiformat leidet also nicht unter der Generational-Degradation des JPEG-Dateiformats. Dies macht PNG zum perfekten Dateiformat für die Lagerung von Fotographien. Viele Benutzer des PNG-Dateiformats bilden und editieren ihre Fotos im PNG-Dateiformat und wandeln schliesslich die editierte PNG-Datei in das JPEG-Dateiformat um, um Speicherplatz zu sparen.

Obwohl das PNG-Dateiformat als Ersatz für das GIF-Format kam wurde entschieden, dass das PNG-Dateiformat nur für einzelne Bilder sein würde. Infolgedessen kann es im Gegensatz zum GIF-Dateiformat keine Animationen enthalten. Und obwohl es ein entwickelbares Dateiformat ist, gibt es keine formale Vereinbarung über ein animiertes PNG-Dateiformat. Es gibt einige wenige, aber diese sind inoffiziell wurden nicht offiziell übernommen.

TIFF (Tagged Image File Format)

Das tiff-Dateiformat gibt es seit Mitte der 80iger Jahre. Es wurde als Standard für die derzeitigen Hersteller von Scannern entwickelt, in einer Bemühung, jedem Scanner-Hersteller die Entwicklung eines eigenen Formats zu ersparen.

Das tiff-Dateiformat wurde ursprünglich von Aldus urheberrechtlich geschützt. Aber Aldus wurde von Adobe gekauft, der jetzt das copyright des tiff-Dateiformat besitzt.

Das tiff-Dateiformat hat auch Bestimmungen für LZW Kompression, und (wie wir bereits entdeckt haben), kann diese Kompressions frei verwendet werden, da alle LZW-Patente 2004 abgelaufen sind. Daher ist das tiff-Dateiformat lossless. Aber es kann auch als ein lossy-Dateiformat gelten. Das tiff-Dateiformat kann auch als Behälter für mehrfache Bilder benutzt werden und wenn diese Bilder im JPEG-Format sind, dann wird es als ein lossy-Dateiformat betrachtet.

Einige Digitalkameras können im tiff-Dateiformat unter Verwendung des LZW Kompressionsalgorithmus speichern, um Platz auf dem Speichermedium zu sparen. Und, obwohl kaum von Netzbrowsern unterstützt, bleibt das tiff-Dateiformat weithin der Standard in Fotographie und im Druckgeschäft. Zusätzlich kann das tiff-Dateiformat gerätespezifische Farben, wie CMYK Farbauszüge zum Gebrauch auf Farbendruckern behandeln. Das tiff-Dateiformat wird auch in OCR-Softwarepakete verwendet, die ein einfarbiges tiff-Bild der gescannten Textseiten produzieren.

BMP (Windows-Bitmap, alias DIB oder Device Independent Bitmap)

Das bmp-Dateiformat wurde durch das Betriebssystem Windows bekannt und gibt es seit Windows 3.0. Es ist gut dokumentiert und frei von den Patenten, daher können fast alle Betriebssysteme sie lesen und schreiben.

Das bmp-Dateiformat ist in den meisten Fällen unkomprimiert, obgleich RLE (Run Length Encoding) Kompression für spezielle Anwendungen verwendet wurde. In jedem Fall hat jedoch eine Datei im BMP-Dateiformat eine verhältnismäßig große Dateigröße. Wegen des Mangels an Kompression, gilt das BMP-Dateiformat als lossless (RLE Kompression ist lossless), und diese Dateien komprimieren sich sehr gut (bis auf nur 10% ihrer ursprünglichen Größe) mit externen Kompressionsprogrammen oder Anwendungen wie ZIP.

RAW

RAW ist kein einzelnes Dateiformat. Es ist eher eine Familie von raw-Bildformaten, die von einigen Digitalkamerahersteller verwendet werden. Die raw-Formate sind nicht standardisiert, und in vielen Fällen schlecht dokumentiert. Tatsächlich können sich raw-Formate von einem Kamerahersteller zum anderen unterscheiden. Die meisten diesen raw-Bildformate verwenden lossless oder nahezu-lossless Bildkompression, die eine kleinere Dateigröße ergeben als mit dem tiff-Dateiformat auf der gleichen Kamera.

Wegen des fehlenden raw-Bildformatstandard können viele Grafikprogramme diese Bilder nicht editieren. In der Tat sind bereits einige der älteren raw-Bildformate bereits verwaist. Es gibt Versuche von Adobe das raw-Format durch seine Digital Negative Spezifikation zur Verwendung in Digitalkameras zu standardisieren.

Es gibt einige Programme in PCLinuxOS zum Bearbeiten von Rastergrafiken. Das vermutlich bekannteste, vielseitigste, und leistungsfähigste Programm ist GIMP. Es gibt auch Krita, ein Teil der Koffice Suite, sowie viele andere kleine Programme, jedes mit seinem eigenen Eigenschaften und Anwendungsbereichen.

Vektor-basierende grafische Formate

Anders als mit Raster-basierenden Grafiken gibt es wenige Vektor-basierende Dateiformate. Wie bereist mit den Raster-basierenden grafischen Dateiformaten, besprechen wir hier nur die üblichen Formate.

CGM (Computer Graphics Metafile)

Das CGM-Dateiformat ist für 2D Vektorgraphiken, Rastergraphiken und Text bestimmt. Es ist ein internationales standardisiertes Format (ISO/IEC 8632). Wie die meisten vektorgrafischen Dateien können die grafischen Elemente des CGM-Dateiformats in einer Textdatei spezifiziert werden, die dann in eine Binärdatei kompiliert werden kann.

CGM wurde entworfen, um unabhängig zu sein von jeglicher Anwendung, System, Plattform, oder Vorrichtung. CGM stellt ein Mittel des Grafikdatenaustausches für Computerdarstellung der 2D grafischen Informationen zur Verfügung. Das CGM-Dateiformat wurde in den Bereichen der technischen Abbildung und des professionellen Designs gelegentlich übernommen. Aber es wurde durch das nun folgende Vektor-basierende Grafikformat ersetzt.

SVG (Scalable Vector Graphic)

Das SVG Dateiformat ist der de-facto Standard und hat viele seiner Konkurrenten verdrängt. Seit 1999 ist es in Entwicklung durch das World Wide Web Consortium, es ist ein offener Standard für ein vielseitiges, skriptfähiges, und Allzweckvektorformat für das Netz und andere Anwendungen. Es hat zwar keine eigene Kompressionsmethode, aber man kann es mit gzip ziemlich gut komprimieren. Wegen der sich wiederholenden Textart der XML Sprache, welche das SVG Dateiformat bildet, kann die Datei oft bis auf nur 20% seiner ursprünglichen Dateigröße komprimiert werden. Wenn gzip zur Komprimierung benutzt wurde wird die Dateiextension manchmal zu SVGZ geändert, um die Kompression zu reflektieren.

Das SVG Dateiformat kann von allen modernen Netzbrowser, ausgenommen Microsoft Internet Explorer, angezeigt werden. IE erfordert ein spezielles Plugin zur Darstellung von SVG Dateien.

Das SVG Dateiformat wurde entworfen, um ausbaufähig zu sein, und kann daher auch in Skripte eingebaut werden, um nutzerfreundlich zu sein oder oder für Animationen. Die umfangreichen Spezifikationen für die Funktionalität von SVG sind viel zu viele , um sie hier wiederzugeben. Es reicht hier aus zu sagen, das die Skripting-Funktionen von XML im SVG Dateiformats sogar zur Erstellung von Web-Anwendungen genutzt werden können.

Wie auch für Raster-basierende Grafiken gibt es einige Programme in PCLinuxOS für Vektor-basierende Grafiken. Inkscape ist vermutlich die populärste unter ihnen. Auch bekannt sind Xara Xtreme und Open Office Draw. Sogar GIMP kann SVG Dateien importieren, entweder als Pfade oder rasterisierte Bitmap-Bilder.

Hoffentlich hilft Ihnen diese Einleitung das für Sie geeignete Grafikformat zu finden und die häufig verwirrende Welt der Computergrafiken zu entmystifizieren.

Viel Spass und lassen Sie den Künstler in Ihnen freien Lauf!

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