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Dateikomprimierung

Dateikomprimierung

Wie sinnvoll ist die Dateikomprimierung?

Angesichts von Speichermedien immer größerer Kapazität mag man sich fragen, ob eine Kompression von Bilddateien nicht mittlerweile überflüssig ist. Bei den Kameraherstellern ist der Trend zu komprimierten Speicherformaten dennoch ungebrochen. Wir erklären Ihnen in der neuen DOCMA-Ausgabe 84 wie sich auch Raw-Daten ohne Qualitätsverlust kleinrechnen lassen und eine Dateikomprimierung ermöglichen.

Eine in Fotoforen oft gestellte Frage ist, ob man Raw-Dateien komprimiert oder unkomprimiert speichern sollte – sofern einem die Kamera die Wahl lässt. Die Skepsis gegenüber komprimierten Formaten hat zwei Gründe: Erstens erscheint es kaum noch nötig, Speicherplatz zu sparen. Schließlich ist die Kapazität von Speicherkarten und Festplatten in den letzten 20 Jahren um mehr als das Tausendfache gestiegen, während sich die Sensorauflösung und damit die Bilddateigrößen allenfalls um den Faktor 100 vergrößert haben. Zweitens argwöhnen Fotografen, eine Komprimierung würde auf Kosten der Bildqualität gehen. Tatsächlich gibt es aber nach wie vor gute Gründe, Dateien zu komprimieren, und das ist auch ohne jeden Qualitätsverlust möglich.

Dateikomprimierung: JPEG und TIFF

Die in der Kamera erzeugten RGB-Bilder werden generell mit dem verlustbehafteten JPEG-Verfahren komprimiert. Dieses vergröbert die Anteile visuell unauffälliger Ortsfrequenzen im Bild, womit eine Reduzierung des Platzbedarfs auf 1/5 bis 1/10 möglich ist, ohne dass Einbußen bei der Bildqualität bemerkbar sind. Da nur 8 Bit pro Farbkanal zur Verfügung stehen, ist die Tonwertdifferenzierung beschränkt und bietet wenig Spielraum für die Bildbearbeitung.

Seltener – zum Beispiel bei DSLR-Modellen von Nikon und bei Mittelformatkameras – gibt es die Alternative, in einem unkomprimierten TIF-Format zu speichern.  Der praktische Nutzen ist allerdings gering. Um sich mit einem TIFF auch nur annähernd so weitgehende Optionen der Nachbearbeitung offenzuhalten, wie es Raw-Daten möglich machen, müsste man 16 Bit pro Kanal, also 48 Bit pro Pixel speichern. Selbst unkomprimierte Raw-Dateien belegen höchstens 16 Bit pro Pixel, also nur ein Drittel, und sind dabei noch flexibler. Für den qualitätsbewussten Fotografen bleibt daher das Raw-Format die erste Wahl.

Dateikomprimierung: Raw-Daten komprimieren

Gegenüber TIFF sind die gängigen Raw-Formate bereits sehr kompakt, enthalten aber ein gewisses Maß an Redundanz, die sich im Interesse noch kleinerer Dateien eliminieren lässt.

Der Wert jedes Sensorpixels wird meist zu 14, seltener zu 12 Bit digitalisiert. Das ist mehr als ein, aber weniger als zwei Byte, was insofern ungünstig ist, als die Daten immer byteweise auf die Speicherkarte geschrieben werden. Zwei Pixel mit je 12 Bit passen exakt in drei Bytes, aber bei 14 Bit müssten die Bits von acht Pixeln aufwendig auf 14 Bytes verteilt werden. Stattdessen schreiben Kameras dann zwei Byte oder 16 Bit pro Pixel und lassen zwei Bits ungenutzt. Für 24 MP sind dann bereits 48 MB nötig, und die aktuell am höchsten auflösenden ­Vollformatkameras müssten unkomprimiert bis zu 100 Megabyte pro Raw-Aufnahme speichern.

Obwohl die Kapazität von Speicherkarten und Festplatten stetig steigt und die Kosten pro Megabyte immer weiter sinken, bleiben große Datei­en ein Hemmschuh beim Datentransport. Das beginnt schon beim Speichern der Dateien auf der Speicherkarte: Im Serienbildmodus ist die Kapazität des Pufferspeichers irgendwann erschöpft, und dann kann man nur noch so schnell fotografieren, wie die Daten aus dem Puffer auf die Karte geschrieben werden. Auch wenn beim Tethering die Bilder über eine Netzwerkverbindung auf den Computer übertragen werden, kommt es auf kleine Dateien an – erst recht, wenn man auf eine WLAN-Verbindung setzt.

Eine Komprimierung ist daher wünschenswert, aber um die Sensordaten nicht zu verfälschen, sollte sie verlustfrei sein oder zumindest nur sehr geringe Verluste bringen, damit die Freiheiten der Raw-Entwicklung vollständig erhalten bleiben. Außerdem muss das eingesetzte Verfahren schnell sein, damit die kürzere Übertragungszeit komprimierter Dateien nicht wieder zunichte gemacht wird.

 


Dateikomprimierung: Wollen Sie mehr zu diesem Thema erfahren? Dann lesen Sie den ganzen Artikel in der aktuellen DOCMA-Ausgabe 84


 

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  1. sunrisemoon

    Das so diskutierte Thema ist wieder ein Lehrbeispiel dafür, wie man mit Halb- und Unwissen ein Thema entstehen lassen kann.
    Man muss ja nur zwei unterschiedliche Dinge richtig bezeichnen, dann gibt es den Unfug gar nicht.
    Eine Datenkompression und grundsätzlich ein verlustloses Verfahren. Erkennbar daran, dass beim Wiederherstellen jede einzelne Information wieder vorhanden und am richtigen Platz ist. Für jeden Laien ist es z.B. klar, dass gezippte Dateien komprimiert sind, denn wäre es ein verlustbehaftetzes Verfahren, konnte man eine entzipptes Programm wohl nie mehr ausführen. Auch Windows bietet beim Abspeichern auf eine Festplatte eine sanfte Komprimierung an.
    Anders z.B. bei JPGs oder auch MP3 und MP4-Dateien. Hier werden durch mathematische Algorithmen tatsächlich, auch große Mengen an Informationen, vernichtet. Soll so eine Datei wieder hergestellt werden, so muss wiederum ein mathematischer Algorithmus die fehlenden Informationen „erfinden“.
    Was nun die sogenannte „Komprimierung“ von Raw-Fotos in manchen Kameramodellen anbelangt, so ist dies schlicht und einfache Unfug. Aus zwei Gründen: Erstens handelt es sich um keine Komprimierung, sondern um eine Datenreduzierung. Der Grund dafür ist nicht die geringe Speicherkapazität der Flashkarten, sondern die geringe Hardwarefähigkeit, also die Kostenersparnis der Hersteller. Mit besseren Bauteilen könnte die Transfergeschwindigkeit vom schnellen, internen Speicher auf die (meist) SD-Karte erhöht werden. Damit könnte also der Datentransfer so beschleunigt werden, dass eine Datenreduktion nicht erforderlich wäre.
    Und zweitens ist es einfach unglaublich, dass ein hochwertiges Kameramodell mir nicht die beste, eigentlich vorhandene Bildqualität auf der Speicherkarte liefert.
    Dass erste massive Kritik einen Hersteller dazu bringt, Raw-Fotos auch ohne Datenreduktion abzuspeichern, ist einfach nur unverschämt.
    Um es klarzustellen: Ich würde Raw-Fotos sehr wohl komprimiert speichern. Das spart Speicherplatz und vermindert die Transfermenge an Daten. Aber Datenkompression ist ja positiv, es gibt unzählige leistungsfähige mathematische Verfahren dafür. Würde ich jedoch eine Datenreduktion vornehmen, so würde ich sie auch so nennen, und sie nicht als Kompression bezeichnen. Das wäre redlich.

    • Michael J. Hußmann

      Ich verwende in meinem Artikel die in der Fachwelt üblichen Begriffe, spreche also von verlustfreien („lossless“) oder verlustbehafteten („lossy“) Kompressionsverfahren – als Informatiker bin ich schließlich vom Fach. Beide Arten von Kompressionsverfahren gibt es für RGB-Dateien ebenso wie für Raw-Formate; die Details sind im vollständigen Artikel in der Print-Ausgabe DOCMA 84 nachzulesen.

    • fotograf

      Kompression? Reduktion? – Wortklauberei.

      Wie Herr Hußmann schon schrieb, mit verlustfreier bzw. verlustbehafteter Kompression ist doch alles ausreichend beschrieben, und auch korrekt. Bei den Vor- und Nachteilen von Kompression, – egal ob mit oder ohne Informationsverlust, – wird eines fast nie erwähnt: Die Möglichkeit der Restauration beschädigter Dateien ist bei unkomprimierten Dateien deutlich einfacher, bei komprimierten Dateien dagegen nahezu unmöglich. Ich nutze daher ausschließlich unkomprimierte RAW Dateien.

  2. emilkonrad

    Ich glaube, es gibt in den Beispielen einen Zahlendreher:
    „Drei Pixel mit je 12 Bit passen exakt in drei Bytes,…“
    richtig sollte es doch aber heißen:
    „Zwei Pixel mit je 12 Bit passen exakt in drei Bytes,…“ – 24 Bit in 3 Bytes, oder?

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