Verlustbehaftete und verlustfreie Bildkompression: JPEG vs. PNG
Bei der Bildkompression möchten wir entweder die Dateigröße vorübergehend reduzieren (z. B. beim Versenden von Arbeitsdateien per E-Mail) oder die Größe dauerhaft verkleinern (z. B. beim Anzeigen von Bildern im Internet).
Verlustfreie Kompressionstechniken wurden entwickelt, um Informationen vorübergehend und reversibel zu reduzieren. Wie der Name schon sagt, gehen dabei keine Daten verloren. Ein Beispiel für verlustfreie Kompression im Textbereich ist die Verwendung von Abkürzungen. Menschen wissen, dass „Open Source“ für „Open-Source-Software“ steht, sodass man in einem Artikel die fünf Zeichen lange Phrase durch nur zwei Zeichen ersetzen kann.
Bei Bildformaten gibt es eine ähnliche Methode namens „indizierte Farben“. Dabei werden zunächst alle Farben eines Bildes aufgelistet und jeder Farbe wird eine eindeutige Indexnummer zugewiesen. Um die Farbe eines Pixels zu beschreiben, muss dann nur noch der Index angegeben werden, anstatt die exakten Farbwerte mehrfach zu speichern.
Verlustbehaftete Kompression hingegen wurde entwickelt, um die Bildgröße dauerhaft und irreversibel zu reduzieren. Dies ist besonders nützlich für endgültige Bilder, die auf Websites angezeigt werden, da diese nicht weiter bearbeitet werden sollen. Durch den Einsatz von psychologischen und statistischen Methoden verwirft die verlustbehaftete Kompression gezielt Bilddaten, die die menschliche Wahrnehmung nur minimal beeinflussen.
Ein grundlegender Prozess der JPEG-Kompression ist das Chroma Subsampling, bei dem Bilddaten in eine Luminanz- (Helligkeit) und zwei Chrominanz-Kanäle (Rot-Grün- und Blau-Gelb-Kontrast) aufgeteilt werden. JPEG komprimiert dabei hauptsächlich die beiden Chrominanz-Kanäle, da das menschliche Auge viel empfindlicher auf Helligkeitsunterschiede als auf Farbton- und Sättigungsänderungen reagiert.
JPEG und andere verlustbehaftete Formate verwenden außerdem Kosinuswellen, um Helligkeits- und Dunkelheitsunterschiede in einem Bild darzustellen. Dadurch eignen sie sich besonders gut für die Kompression von sanften Farbverläufen, haben aber Schwierigkeiten mit starken Farbkontrasten.
Verlustfreie Bildkompression funktioniert genau umgekehrt – sie eignet sich besser für Bilder mit hohem Kontrast und wenigen Farben, komprimiert jedoch Bilder mit sanften Farbverläufen nicht so effizient.
Ein weiterer entscheidender Unterschied zwischen verlustbehafteten und verlustfreien Formaten besteht darin, dass verlustbehaftete Formate mit jeder erneuten Kodierung an Bildqualität verlieren, während verlustfreie Formate sicherstellen, dass die Bildqualität nach jeder Kodierung erhalten bleibt. Wenn man eine JPEG-Datei in Krita öffnet, kleine Änderungen vornimmt, sie speichert und diesen Vorgang mehrmals wiederholt, wird eine allmähliche Verschlechterung der Bildqualität sichtbar. Dies ist eine grundlegende Eigenschaft der verlustbehafteten Bildkompression, weshalb wir beim Bearbeiten von Bildern immer ein verlustfreies Arbeitsdateiformat verwenden sollten.