Konvertieren Sie jedes Bild in PBM

Das PBM-Format (Portable Bitmap) ist eines der einfachsten und ältesten Grafikdateiformate, das zum Speichern von monochromen Bildern verwendet wird. Es ist Teil der Netpbm-Suite, zu der auch PGM (Portable GrayMap) für Graustufenbilder und PPM (Portable PixMap) für Farbbilder gehören. Das PBM-Format ist so konzipiert, dass es in einem Programm extrem einfach zu lesen und zu schreiben ist und klar und eindeutig ist. Es ist nicht als eigenständiges Format gedacht, sondern eher als kleinster gemeinsamer Nenner für die Konvertierung zwischen verschiedenen Bildformaten.

Das PBM-Format unterstützt nur Schwarzweißbilder (1 Bit). Jedes Pixel im Bild wird durch ein einzelnes Bit dargestellt – 0 für Weiß und 1 für Schwarz. Die Einfachheit des Formats macht es einfach, es mit einfachen Textbearbeitungswerkzeugen oder Programmiersprachen zu bearbeiten, ohne dass spezielle Bildverarbeitungsbibliotheken erforderlich sind. Diese Einfachheit bedeutet jedoch auch, dass PBM-Dateien größer sein können als anspruchsvollere Formate wie JPEG oder PNG, die Komprimierungsalgorithmen verwenden, um die Dateigröße zu reduzieren.

Es gibt zwei Varianten des PBM-Formats: das ASCII-Format (einfaches Format), bekannt als P1, und das Binärformat (Rohformat), bekannt als P4. Das ASCII-Format ist für Menschen lesbar und kann mit einem einfachen Texteditor erstellt oder bearbeitet werden. Das Binärformat ist nicht für Menschen lesbar, aber platzsparender und für Programme schneller zu lesen und zu schreiben. Trotz der Unterschiede in der Speicherung repräsentieren beide Formate denselben Typ von Bilddaten und können ohne Informationsverlust ineinander konvertiert werden.

Die Struktur einer PBM-Datei im ASCII-Format beginnt mit einer Zwei-Byte-Magischen Zahl, die den Dateityp identifiziert. Für das PBM-ASCII-Format ist dies 'P1'. Nach der magischen Zahl folgt ein Leerzeichen (Leerzeichen, TABs, CRs, LFs) und dann eine Breitenspezifikation, die die Anzahl der Spalten im Bild ist, gefolgt von mehr Leerzeichen und dann einer Höhenspezifikation, die die Anzahl der Zeilen im Bild ist. Nach der Höhenspezifikation folgt mehr Leerzeichen und dann beginnen die Pixeldaten.

Die Pixeldaten in einer ASCII-PBM-Datei bestehen aus einer Reihe von '0' und '1', wobei jede '0' ein weißes Pixel und jede '1' ein schwarzes Pixel darstellt. Die Pixel sind in Zeilen angeordnet, wobei jede Pixelzeile in einer neuen Zeile steht. Leerzeichen sind überall in den Pixeldaten zulässig, außer innerhalb einer Zwei-Zeichen-Sequenz (sie sind nicht zwischen den beiden Zeichen der Sequenz zulässig). Das Ende der Datei wird erreicht, nachdem width*height Bits gelesen wurden.

Im Gegensatz dazu beginnt das binäre PBM-Format mit einer magischen Zahl von 'P4' anstelle von 'P1'. Nach der magischen Zahl ist das Format der Datei das gleiche wie die ASCII-Version, bis die Pixeldaten beginnen. Die binären Pixeldaten werden in Bytes gepackt, wobei das höchstwertige Bit (MSB) jedes Bytes das am weitesten links liegende Pixel darstellt und jede Pixelzeile nach Bedarf aufgefüllt wird, um das letzte Byte auszufüllen. Die Auffüllbits sind nicht signifikant und ihre Werte werden ignoriert.

Das Binärformat ist platzsparender, da es ein vollständiges Byte verwendet, um acht Pixel darzustellen, im Gegensatz zum ASCII-Format, das mindestens acht Bytes verwendet (ein Zeichen pro Pixel plus Leerzeichen). Das Binärformat ist jedoch nicht für Menschen lesbar und erfordert ein Programm, das das PBM-Format versteht, um das Bild anzuzeigen oder zu bearbeiten.

Das programmgesteuerte Erstellen einer PBM-Datei ist relativ einfach. In einer Programmiersprache wie C würde man eine Datei im Schreibmodus öffnen, die entsprechende magische Zahl ausgeben, die Breite und Höhe als ASCII-Zahlen durch Leerzeichen getrennt schreiben und dann die Pixeldaten ausgeben. Für eine ASCII-PBM können die Pixeldaten als eine Reihe von '0' und '1' mit entsprechenden Zeilenumbrüchen geschrieben werden. Für eine binäre PBM müssen die Pixeldaten in Bytes gepackt und im Binärmodus in die Datei geschrieben werden.

Das Lesen einer PBM-Datei ist ebenfalls einfach. Ein Programm würde die magische Zahl lesen, um das Format zu bestimmen, die Leerzeichen überspringen, die Breite und Höhe lesen, weitere Leerzeichen überspringen und dann die Pixeldaten lesen. Für eine ASCII-PBM kann das Programm Zeichen einzeln lesen und sie als Pixelwerte interpretieren. Für eine binäre PBM muss das Programm Bytes lesen und sie in einzelne Bits entpacken, um die Pixelwerte zu erhalten.

Das PBM-Format unterstützt keine Form der Komprimierung oder Kodierung, was bedeutet, dass die Dateigröße direkt proportional zur Anzahl der Pixel im Bild ist. Dies kann bei hochauflösenden Bildern zu sehr großen Dateien führen. Die Einfachheit des Formats macht es jedoch ideal, um etwas über Bildverarbeitung zu lernen, für den Einsatz in Situationen, in denen die Bildtreue wichtiger ist als die Dateigröße, oder für die Verwendung als Zwischenformat in Bildkonvertierungsprozessen.

Einer der Vorteile des PBM-Formats ist seine Einfachheit und die Leichtigkeit, mit der es bearbeitet werden kann. Um beispielsweise ein PBM-Bild zu invertieren (alle schwarzen Pixel weiß und umgekehrt zu machen), kann man einfach alle '0' durch '1' und alle '1' durch '0' in den Pixeldaten ersetzen. Dies kann mit einem einfachen Textverarbeitungsskript oder -programm erfolgen. Ebenso können andere grundlegende Bildoperationen wie Drehen oder Spiegeln mit einfachen Algorithmen implementiert werden.

Trotz seiner Einfachheit wird das PBM-Format nicht allgemein für die allgemeine Bildspeicherung oder den Austausch verwendet. Dies liegt in erster Linie an der fehlenden Komprimierung, die es ineffizient für die Speicherung großer Bilder oder für die Verwendung über das Internet macht, wo die Bandbreite ein Problem darstellen kann. Modernere Formate wie JPEG, PNG und GIF bieten verschiedene Formen der Komprimierung und sind für diese Zwecke besser geeignet. Das PBM-Format wird jedoch immer noch in einigen Kontexten verwendet, insbesondere für einfache Grafiken in der Softwareentwicklung und als Lehrmittel für Bildverarbeitungskonzepte.

Die Netpbm-Suite, zu der auch das PBM-Format gehört, bietet eine Sammlung von Werkzeugen zur Bearbeitung von PBM-, PGM- und PPM-Dateien. Diese Werkzeuge ermöglichen die Konvertierung zwischen den Netpbm-Formaten und anderen gängigen Bildformaten sowie grundlegende Bildverarbeitungsvorgänge wie Skalierung, Zuschneiden und Farbmanipulation. Die Suite ist so konzipiert, dass sie leicht erweiterbar ist, mit einer einfachen Schnittstelle zum Hinzufügen neuer Funktionen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das PBM-Bildformat ein einfaches, schnörkelloses Dateiformat zum Speichern von monochromen Bitmap-Bildern ist. Seine Einfachheit macht es leicht verständlich und zu bearbeiten, was für Bildungszwecke oder für einfache Bildverarbeitungsaufgaben von Vorteil sein kann. Obwohl es aufgrund seiner fehlenden Komprimierung und der daraus resultierenden großen Dateigrößen nicht für alle Anwendungen geeignet ist, bleibt es ein nützliches Format in den spezifischen Kontexten, in denen seine Stärken am vorteilhaftesten sind. Das PBM-Format ist zusammen mit dem Rest der Netpbm-Suite weiterhin ein wertvolles Werkzeug für diejenigen, die mit grundlegender Bildverarbeitung und Formatkonvertierung arbeiten.