Verlustfreie Komprimierung von Bilddaten
Für die Verlustfreie Komprimierung stehen verschiedene Algorythmen zur Verfügung. Hierzu zählen insbesondere die Zip-Methode, CTTI-Fax3 und Fax4. Alle Methoden eignen sich für verschiedene Dateitypen und die meisten sind im Standard für TIFF und PDF enthalten.
CTTI-Fax3 und CTTI-Fax4-Komprimierung
Die Komprimierung von elektronischen Bilddaten mit 1 Bit Farbtiefe kam in der Telekommunikation zuerst bei der Übertragung von Fax-Daten zum Einsatz. Beim Fax werden die Bilddaten zeilenweise eingelesen. Die einfachste Art der komprimierung ist das Zählen und Zusammenfassen von aufeinanderfolgenden gleichfarbigen Bildpunkten. Mit dem Fax4-Standard wurde diese Methode um Spalten zu Flächen erweitert, und weiter optimiert. Die CTTI-Fax Komprimierung ist für 1Bit-Grafiken auch heute noch eine der effektivsten Komprimierungsmethoden.
Bei einem Einsatz in einem Tiff-Container oder im Portable Document Format (PDF) ist CTTI-Fax4 deutlich effektiver als die Zip- oder Deflate-Komprimierung. Gegenüber einer Zip-Komprimierung erzeugt CTTI-Fax4 in Abhängigkeit von der Komplexität von Schrift und Zeichnungen bis zu 40% kleinere Dateien. Mit der Komplexität der Seite verschlechtert sich leider auch die Komprimierungsrate, die Größe der Datei hängt stark vom Inhalt ab. Leider beherrschen nicht alle Programmierschnittstellen für Scanner diesen Standard, eine nachträgliche Komprimierung einer bereits auf Platte gespeicherten Bitmap ist aus Performancegründen meist nicht realisierbar.
LZW-Komprimierung
Die Lempel-Ziff-Welch-Komprimierung ist aufgrund von Patentproblemen ziemlich in Verruf geraten: Für LZW und ähnlich gelagerte Algorythmen wurden 1984 in den USA Patente an die Sperry-Coorporation und andere Firmen ausgegeben. Sperry fusionierte mit Unisys und erhob Lizenzgebühren für Hardware und hardwarenahe Software, gestattete aber andererseits die kostenfreie Nutzung des Algorythmus in anderer Software. Als das von Compuserve entwicklete Graphics Interchange Format (GIF) jedoch dank Internet immer größere Verbreitung fand, erhob Unisys ab 1994 auch Lizenzgebühren auf kommerzielle Software die GIF-Dateien lesen oder schreiben konnte. Die Empörung unter den Softwareentwicklern war groß und führte letztlich zum PNG-Standard. Im Juni 2004 lief das Patent nach 20 Jahren aus, heute werden keine Lizenzgebühren mehr erhoben.
Die LZW-Komprimierung arbeitet mit Wörterbüchern, in denen sich wiederholende Bitfolgen notiert werden. Die komprimierte Datei besteht aus den Wörterbüchern, Referenzen auf die Wörterbucheinträge und Bitfolgen für die es sich nicht lohnt Einträge zu erstellen. Die Komprimierung ist effektiv, GIF-Dateien mit LZW-Komprimierung erreichen bei 8Bit-Grafiken (256 Farben oder Graustufen) und Logos sehr kleine Dateien. Das GIF-Format und damit auch die LZW-Komprimierung ist ein im Web sehr verbreiteter Standard. Beliebt wurden GIF-Dateien auch, weil durch Zusammenfassen von mehreren Bitmaps in einer Datei kleine Animationen erstellt werden können. GIF-Formate werden von allen gängigen Browsern vollständig unterstützt.
Deflate- oder Zip-Komprimierung
Diese Komprimierung entspricht technisch der Komprimierung einer Zip-Datei. Die Komprimierung kann auch bei 8 bis 24 Bit Farbtiefe verwendet werden und bietet eine verlustfreie Komprimierung in Tiff, PNG oder PDF-Dateien. Die Deflate-Komprimierung ist der einzige zur Zeit (2006) unterstützte Komprimierungsalgorythmus für Portable Network Graphics (PNG). Der Deflate-Algorythmus kombiniert ein LZW-ähnliches Wörterbuchverfahren mit einem Durchgang der Huffmann-Kodierung (Entropiekodierung) und ist deshalb nochmals effektiver als LZW.
Leider zeigen sich insbesondere bei 24 Bit-Grafiken und Bildern auch die Nachteile der verlustfreien Komprimierung: Die Dateien sind deutlich größer als bei verlustbehafteter JPEG-Komprimierung. Beim Einsatz für Fotos im Internet sind die Dateien aufgrund Ihrer Größe eher ungeeignet, bei PNG werden zudem nicht alle Elemente des Standards von allen Browsern korrekt unterstützt. Bei der Archivierung bzw im Dokumentenmanagement bieten Deflate-komprimierte PNG, Tiff oder PDF-Dateien dezente Vorteile, da Details durch die Komprimierung nicht verloren gehen und keine Artefakte auftreten.
Empfehlungen für das Dokumentenmanagement
Für 1 Bit Farbtiefe sollte CTTI-Fax4 in Tiff- oder PDF-Dateien verwendet werden. Wo das aus den verschiedensten Gründen nicht möglich ist, kommt der Deflate-Algorythmus zum Einsatz.
Bei Graustufen kann der verlustfreie Deflate-Algorythmus oder die verlustbehaftete JPEG-Komprimierung eingesetzt werden. Hier entscheidet die erforderliche Qualität: Für Langzeitarchivierung möglichst verlustfrei komprimieren, für kurzlebige Workflow-Dokumente sollte auch JPEG reichen. Die höhere Qualität erkauft man mit Speicherplatz.
Bei Fotographien bleibt sind die Verluste durch die JPEG-Komprimierung bei vernünftigen Qualitätsstufen (z.B. 60%) akzeptabel. Der möglichen Qualitätssteigerung der verlustfreien Komprimierung steht einer erheblichen größere Bilddatei gegenüber. Für die Bildarchivierung einer Kunstsammlung eignen sich weder PNG mit Deflate-Komprimierung noch JPEG (als Dateiformat und Komprimierung): beide Komprimierungsarten enthalten im Standard keine kalibrierten Farbprofile, Farbverfälschungen je nach Ausgabegerät sind vorprogrammiert.
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