Beim ersten Eindringen in die digitale Bilderwelt droht bisweilen der Verlust der Orientierung - und nicht immer kann die jeweilige Software weiterhelfen Ein paar Grundkenntnisse rund um Pixel, Farben, Kompression und Bildformate erleichtern den Umgang mit digitalen Fotos.
Fotos als Pixelgrafik
Im Gegensatz zur Vektorgrafik kann eine Pixelgrafik am Computer auch fotografische Darstellungen wiedergeben. Bei einer Pixelgrafik wird jeder einzelne Bildpunkt beschrieben. Die Pixelstruktur des digitalen Fotos wird bei entsprechender Vergrößerung in Form von Treppchen sichtbar. Pixelgrafiken können auch als Rastergrafiken oder Bitmaps bezeichnet werden: Bitmap bedeutet Bild oder Grafik auf der Basis von Bits.
Eine Pixelgrafik (oder Rastergrafik) besteht aus einer Anzahl von Bildpunkten, den Pixeln. Breite und Höhe ergeben sich aus der Anzahl der Pixel, die horizontal bzw. vertikal in einer Reihe liegen. Die Höhe der jeweiligen Auflösung ergibt sich aus der Anzahl der Einzelpunkte innerhalb einer festgelegten Fläche. Digitalkameras bieten in der Regel für die Aufnahme unterschiedliche Auflösungen an. Wegen der größeren Datenmenge passen entsprechend mehr oder weniger Bilder auf das jeweilige Speichermedium.
Fotos von Digitalkameras sind oft mehrere Megapixel groß sind (ein Megapixel entspricht einer Million Bildpunkte) und wirken am Bildschirm bei 1:1-Betrachtung riesig. Dasselbe gilt für Bilder, die durch Einscannen bei hoher dpi-Zahl (s.u.) entstanden sind.
Maße für Druck und Belichtung
Wird das digitale Foto nur auf dem PC oder im Internet zur Schau gestellt, können stets Pixelmaße verwendet werden. Dies gilt allerdings nicht für den Ausdruck am heimischen Drucker, denn im Gegensatz zum Bildschirm gibt es hier keine Pixel, sondern druckbare Punkte. Je dichter sie beieinander liegen, desto höher ist die Auflösung des ausgedruckten Bildes. Diese Dichte wird in Dots per Inch (dpi) gemessen. Die gewünschte Auflösung kann vor dem Ausdruck bei den Optionen der Bildbearbeitungssoftware festgelegt werden.
Ebenso können Sie bei den meisten Programmen wahlweise die Breite und Höhe des Bildes in Pixeln angeben, eine dpi-Dichte wählen oder die Größe des Bildes in Maßeinheiten wie Zentimetern oder Zoll bzw. Inch bestimmen. Letztere Maße sind auch interessant, wenn das Foto an einen professionellen Belichtungsservice geschickt werden soll. Die digitalen Fotobelichter arbeiten häufig mit einer Auflösung von 300 ppi (Pixel per Inch): Ein Inch entspricht 2,54 Zentimetern.
Farbtiefe und Farbmodelle
Die Farbtiefe einer Grafik bezieht sich darauf, wie viele verschiedene Farbtöne in der Grafikdatei gespeichert werden können. Bei den Formaten für Bilddateien gibt es folgende typische Farbtiefen: zwei Farben (schwarz/weiß), 16 Farben, 256 Farben, 16,7 Mio. Farben (True Color).
Auch wenn in einer Datei so viele Farben gespeichert werden können, muss der Anwender nicht tatsächlich so viele Farben sehen können. Dies hängt von der eingesetzten Hardware (Grafikkarte, Bildschirm) ab. Nur selten können mit deren Hilfe volle 16,7 Mio. Farben dargestellt werden. Bei Pixelgrafiken wird für jeden Pixel dessen Farbe gespeichert. Um die Farben in computergerechte Form zu bringen, müssen sie als Zahlenwerte angegeben werden.
Beim RGB-Modell wird eine Farbe durch ihre Anteile an den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau bestimmt: Jede Farbe hat einen Rot-, einen Grün- und einen Blauwert - und jeder der drei Werte wird durch Zahlen zwischen 0 und 255 festgelegt. Der Wert 0 steht für keinen Anteil an der betreffenden Grundfarbe, der Wert 255 für maximalen Anteil. Mit diesem Schema können bis zu 16,7 Millionen unterschiedliche Farben definiert werden.
Das HSB-Modell kommt aus der Fotografie. Auch hier gibt es drei definierende Zahlenwerte. H steht für Hue (Farbton), S für Saturation (Sättigung) und B für Brightness (Helligkeit). Farbtöne können Werte zwischen 0 und 359 annehmen, Sättigung und Helligkeit Werte zwischen 0 und 255. Auf diese Weise lassen sich ca. 23,6 Mio. Farben definieren.
Bei manchen Bildbearbeitungsprogrammen können Sie zwischen den zwei Modellen wählen. Für Web-Grafiken ist allerdings das RGB-Modell maßgeblich.
Die Kompression der Bilder
Kompression ist die gedrängte, kurze Darstellung von Daten, die nur das Wesentliche enthält und möglichst jegliche Redundanz („unnötige“ Daten) entfernt. Im Fall von Bildern geht es um komprimierbare Informationen wie sie bei sich wiederholenden Mustern oder einfarbigen Flächen vorliegen.
Die prinzipielle Notwendigkeit der Kompression liegt auf der Hand: Jedes Pixel einer 24-Bit-Grafik (16,7 Mio. Farben = TrueColor) benötigt drei Byte. Ein unbehandeltes Bild mit Vollfarben in einer noch recht geringen Auflösung von 800 auf 600 Bildpunkten belegt also bereits 1,44 MB. Um die Datenmenge eines Rasterbildes zu verkleinern, benutzt man sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Kompression.
Verlustfreie Kompression wird vor allem dort eingesetzt, wo mit teueren, schwer zu beschaffenden oder aufwändig zu berechnenden Bilddaten gearbeitet wird – wie z.B. bei Satellitenbildern. Hier ist jede Bildinformation wichtig, und es findet keine Reduktion der Daten statt.
Dagegen wird verlustbehaftete Kompression verwendet, wenn Details nicht den Informationsgehalt des Bildes bestimmen. In diesem Fall findet eine Reduktion der Bilddaten statt, so dass das Urprungsbild nicht 1:1 wiederherstellbar ist. Die Fehler, die bei zu starker Datenreduktion sichtbar werden, nennt man Artefakte.
Nicht jede Farbkompression bzw. -reduktion kann durch das menschliche Auge überhaupt wahrgenommen werden, da nach Expertenmeinung der Mensch nur 50.000 bis 300.000 Farben unterscheiden kann. Beim für digitale Fotos häufig verwendeten JPEG-Format kann der Kompressionsfaktor manuell geregelt - und bei Bedarf auch auf Null - herabgesetzt werden.
Bildformate
Ein Bildformat ist eine Struktur oder das Erscheinungsbild einer Ansammlung von Daten, die ein Bild repräsentieren. Dabei ist vor allem auf effiziente Organisation der Daten zu achten. Jedes Bildverarbeitungsprogramm erlaubt den Umgang (Laden und Speichern) mit einer ganzen Reihe von Dateiformaten. So erhält der Anwender die Möglichkeit, das jeweils sinnvollste Format zu verwenden.
Grundsätzlich existiert eine Unmenge an Bildformaten, darunter auch software-spezifische wie das PSD-Format des Bildbearbeitungsprogramms Photoshop. Es erlaubt Bearbeitungsschritte wie z.B. Ebenen mitzuspeichern.
Immer wieder anzutreffen ist das Windows Bitmap Format (BMP), das schon unter Windows 3.0 entstand. Das Format ist unabhängig vom verwendeten Ausgabegerät definiert (device-independent), kann also auf verschiedenen Bildschirmen oder Druckern ausgegeben werden und wird mittlerweile auch von Programmen anderer Betriebsysteme unterstützt.
Das “Tag Image File“-Format (TIFF) wurde 1987 von der Aldus Corporation und Microsoft entwickelt: Es beschleunigt und vereinfacht die Verwendung und Ansteuerung von Scannern (Bildeinzugs- oder Bilddigitalisierungsgeräten) oder Faxgeräten. TIFF ist nicht international standardisiert und liegt auch in mehreren Varianten und Komplexitätsgraden vor.
Generell ist für den Austausch von Bilddaten die Verwendung plattformunabhängiger Standards zu empfehlen, die anschließend ausführlicher dargestellt werden.
GIF
Das „Graphics Interchange Format“ wurde vom Online-Dienst CompuServe 1987 entwickelt, um den Austausch von Bildern zu ermöglichen - unabhängig von der jeweiligen Plattform oder Hardware. Neben JPEG ist GIF ein gängiges Format, um Bilder für das Internet zu speichern. Gifs können im sogenannte Interlaced-Format abgespeichert werden, bei dem ein stufenweiser Aufbau des Bildes erfolgt, und es können transparente Bildteile definiert werden.
Ferner zeichnen sich GIFs durch starke, verlustfreie Komprimierung aus, können allerdings maximal 256 verschiedene Farben enthalten. Deshalb eignen sich GIFs für Grafiken, Logos oder Schriftzüge - aber in der Regel nicht für Fotos.
Animated GIF ist ein Format für animierte Grafiken. Es verwendet mehrere GIF-Bilder, die in mehr oder weniger rascher Reihenfolge angezeigt werden und damit den Eindruck eines Films vermitteln.
JPEG
Der internationale Standard der „Joint Photographic Experts Group“ ist ein Standard zur Kodierung von photographischen Standbildern. Die Kompressionrate des zu speichernden Bildes ist frei einstellbar. Das Verfahren ist gut für digitale Fotos und weniger für die Speicherung computergenerierter Grafiken geeignet, da die Farben von Objekten mit scharfen Kanten nicht genau genug kodiert werden.
Das Bildformat kann bis zu 16,7 Mio. Farben darstellen, unterliegt keinen Copyright-Merkmalen - und ist entsprechend allgegenwärtig. Die JPEG-Kompression beinhaltet raffinierte Verfahren, die selektiv einzelne Bildinformationen löschen, was bei sehr hohen Kompressionen zu störenden, rechteckig-verschachtelten Bildflecken - den genannten Artefakten - führen kann.
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 lästigen Wartezeit, bis ein Bild vollständig aufgebaut ist. Eine Alternative bieten Bilder im Format "Progressive JPEG": Hier wird das Bild zunächst mit einer sehr niedrigen Auflösung übertragen. Anschließend erfolgt eine Verfeinerung der Bilddaten, bis die Grafik in der gewohnten Qualität vorliegt. Zum Speichern von Bildern mit einer Progressive JPEG-Komprimierung lassen sich die meisten gängigen Grafikprogramme verwenden. Auch die aktuellen Browser unterstützen das Format.
Werden JPEG-Bilder aneinandergereiht, spricht man von Motion-JPEG (M-JPEG). Dieses Verfahren ist nicht international standardisiert, wird aber häufig bei der Videodigitalisierung benutzt, um die entstehenden Datenmengen zu reduzieren.
JPEG 2000
Die "International Organization for Standardization" (ISO) erklärte das Format JPEG 2000 am 2. Januar 2001 zum Standard. Die Überarbeitung des JPEG-Standards verspricht bei höheren Kompressionsfaktoren eine bessere Bildqualität. Ein Pixel-Bild 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 und kann außerdem digitale Wasserzeichen speichern. Die Vorzüge haben jedoch ihren Preis. JPEG 2000 ist etwa zwei- bis dreimal rechenintensiver als der Vorgänger, was sich auf den Stromverbrauch und die Reaktionszeit digitaler Kameras und anderer mobiler Geräte nachteilig auswirken kann.
PNG
Hierbei handelt es sich um die 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. Der Startschuss für PNG fiel bereits Ende 1994, als die Firma Unisys Lizenzgebühren für das GIF-Format bzw. die verwendete LZW-Komprimierung verlangte - und erhielt. Bereits am 1. Mai 1995 kündigte daher ein Zusammenschluss aus Software-Entwicklern, Publizisten und technischen Autoren PNG als eine echte Alternative an.
PNG weist alle Eigenschaften des GIF-Formates auf sowie zusätzliche Vorzüge, die insbesondere für Fotos relevant sind. Dazu zählen unter anderem größere Farbtreue oder die Möglichkeit automatischer Gammakorrekturen. Ferner ist auch eine relativ starke, verlustfreie Komprimierung möglich. Viele Bildbearbeitungsprogramme können inzwischen Bilder im PNG-Format speichern. Es wird auch von Web-Browsern unterstützt.
Fazit
Die Notwendigkeit, im Internet möglichst kleine und stark komprimierte Fotos zu verwenden, hat auch ihre Vorteile: Kleine Schönheitsfehler des Originals oder nicht ganz perfekte Korrekturen sind nach der Komprimierung oft nicht mehr zu erkennen. Wer sich nicht viel Arbeit mit Bearbeitung und Ausdruck machen, aber die Werke auf Fotopapier an die Wand hängen will, kann eine entsprechende Bilder-Auswahl (am besten JPEGs) an einen Belichtungsservice schicken.
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