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Was ist das JPE Format?

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPEG, was für Joint Photographic Experts Group steht, ist eine häufig verwendete Methode der verlustbehafteten Kompression für digitale Bilder, insbesondere für Bilder, die mit digitaler Fotografie erstellt werden. Der Kompressionsgrad kann angepasst werden, was einen wählbaren Kompromiss zwischen Dateigröße und Bildqualität ermöglicht. JPEG erreicht in der Regel eine Kompression von 10:1 mit kaum wahrnehmbarem Qualitätsverlust. Der JPEG-Kompressionsalgorithmus bildet den Kern des JPEG-Dateiformats, das offiziell als JPEG Interchange Format (JIF) bezeichnet wird. Der Begriff 'JPEG' wird jedoch oft verwendet, um das tatsächlich standardisierte JPEG File Interchange Format (JFIF) zu bezeichnen.

Das JPEG-Format unterstützt verschiedene Farbräume, aber der am häufigsten in der digitalen Fotografie und Webgrafik verwendete ist der 24-Bit-Farbraum, der jeweils 8 Bit für Rot, Grün und Blau (RGB) umfasst. Dies ermöglicht über 16 Millionen verschiedene Farben und bietet eine reiche und lebendige Bildqualität, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. JPEG-Dateien können auch Graustufenbilder und Farbräume wie YCbCr unterstützen, die oft bei der Videokompression verwendet werden.

Der JPEG-Kompressionsalgorithmus basiert auf der Diskreten Kosinustransformation (DCT), einer Art von Fourier-Transformation. Die DCT wird auf kleine Bildblöcke, typischerweise 8x8 Pixel, angewendet und wandelt die Bilddaten vom räumlichen in den Frequenzbereich um. Dieser Prozess ist vorteilhaft, da er dazu tendiert, die Energie des Bildes in wenige Niederfrequenzkomponenten zu konzentrieren, die für das Gesamterscheinungsbild des Bildes wichtiger sind, während die Hochfrequenzkomponenten, die zu den feinen Details beitragen und mit geringerem Einfluss auf die wahrgenommene Qualität verworfen werden können, reduziert werden.

Nach Anwendung der DCT werden die resultierenden Koeffizienten quantisiert. Quantisierung ist der Prozess der Abbildung einer großen Menge an Eingangswerten auf eine kleinere Menge, wodurch die Genauigkeit der DCT-Koeffizienten effektiv reduziert wird. Hier kommt der verlustbehaftete Aspekt von JPEG zum Tragen. Der Grad der Quantisierung wird durch eine Quantisierungstabelle bestimmt, die angepasst werden kann, um Bildqualität und Kompressionsrate auszubalancieren. Ein höherer Quantisierungsgrad führt zu höherer Kompression und geringerer Bildqualität, während ein niedrigerer Quantisierungsgrad zu geringerer Kompression und höherer Bildqualität führt.

Nachdem die Koeffizienten quantisiert wurden, werden sie in einer Zickzack-Reihenfolge serialisiert, beginnend in der oberen linken Ecke und einem Zickzack-Muster durch den 8x8-Block folgend. Dieser Schritt ist so konzipiert, dass die Niederfrequenzkoeffizienten am Anfang des Blocks und die Hochfrequenzkoeffizienten am Ende platziert werden. Da viele der Hochfrequenzkoeffizienten nach der Quantisierung wahrscheinlich Null oder nahezu Null sind, hilft diese Anordnung bei der weiteren Kompression der Daten, indem ähnliche Werte zusammengefasst werden.

Der nächste Schritt im JPEG-Kompressionsverfahren ist die Entropie-Kodierung, eine Methode der verlustfreien Kompression. Die am häufigsten in JPEG verwendete Form der Entropie-Kodierung ist Huffman-Kodierung, obwohl auch Arithmetische Kodierung eine Option ist. Huffman-Kodierung funktioniert, indem kürzere Codes für häufigere Werte und längere Codes für weniger häufige Werte zugewiesen werden. Da die quantisierten DCT-Koeffizienten in einer Weise angeordnet sind, die Nullen und Niederfrequenzwerte gruppiert, kann Huffman-Kodierung die Datengröße effektiv reduzieren.

Das JPEG-Dateiformat ermöglicht auch die Speicherung von Metadaten in der Datei, wie z.B. Exif-Daten, die Informationen zu den Kameraeinstellungen, Datum und Uhrzeit der Aufnahme und andere relevante Details enthalten. Diese Metadaten werden in anwendungsspezifischen Segmenten der JPEG-Datei gespeichert, die von verschiedener Software zum Anzeigen oder Verarbeiten der Bildinformationen gelesen werden können.

Ein Schlüsselmerkmal des JPEG-Formats ist die Unterstützung für Progressive Kodierung. Bei einem progressiven JPEG wird das Bild in mehreren Durchgängen mit zunehmender Detailgenauigkeit kodiert. Das bedeutet, dass selbst wenn das Bild nicht vollständig heruntergeladen wurde, eine grobe Version des gesamten Bildes angezeigt werden kann, die dann schrittweise an Qualität gewinnt, je mehr Daten empfangen werden. Dies ist besonders nützlich für Webbilder, da es den Benutzern ermöglicht, sich einen Eindruck des Bildinhalt zu verschaffen, ohne auf den vollständigen Dateitransfer warten zu müssen.

Trotz seiner weit verbreiteten Verwendung und vielen Vorteile hat das JPEG-Format auch einige Einschränkungen. Eine der wichtigsten ist das Problem der Artefakte, also Verzerrungen oder visuelle Anomalien, die als Folge der verlustbehafteten Kompression auftreten können. Zu diesen Artefakten gehören Unschärfe, Blockbildung und 'Klingeln' an Kanten. Die Sichtbarkeit der Artefakte hängt vom Kompressionsgrad und vom Bildinhalt ab. Bilder mit sanften Farbübergängen oder subtilen Farbwechseln sind anfälliger für Kompressionsartefakte.

Eine weitere Einschränkung von JPEG ist, dass es keine Transparenz oder Alpha-Kanäle unterstützt. Das bedeutet, dass JPEG-Bilder keine transparenten Hintergründe haben können, was für bestimmte Anwendungen wie Webdesign, bei denen das Überlagern von Bildern auf unterschiedlichen Hintergründen üblich ist, ein Nachteil sein kann. Für solche Zwecke werden oft Formate wie PNG oder GIF, die Transparenz unterstützen, verwendet.

JPEG unterstützt auch keine Ebenen oder Animationen. Im Gegensatz zu Formaten wie TIFF für Ebenen oder GIF für Animationen ist JPEG strikt ein Einzelbildformat. Dies macht es ungeeignet für Bilder, die Bearbeitung in Ebenen oder die Erstellung von Animationen erfordern. Für Nutzer, die mit Ebenen oder Animationen arbeiten müssen, müssen sie andere Formate während des Bearbeitungsprozesses verwenden und können dann bei Bedarf in JPEG konvertieren.

Trotz dieser Einschränkungen bleibt JPEG eines der beliebtesten Bildformate aufgrund seiner effizienten Kompression und Kompatibilität mit nahezu aller Bild-Betrachtungs- und Bearbeitungssoftware. Es eignet sich besonders gut für Fotografien und komplexe Bilder mit kontinuierlichen Tonwerten und Farben. Für den Webgebrauch können JPEG-Bilder optimiert werden, um Qualität und Dateigröße auszubalancieren, was sie zu idealen Kandidaten für schnelle Ladezeiten bei gleichzeitig visuell ansprechenden Ergebnissen macht.

Das JPEG-Format hat sich im Laufe der Zeit auch mit der Entwicklung von Varianten wie JPEG 2000 und JPEG XR weiterentwickelt. JPEG 2000 bietet eine verbesserte Kompressionseffizienz, bessere Handhabung von Bildfehlern und die Möglichkeit, Transparenz zu verarbeiten. JPEG XR bietet hingegen eine bessere Kompression bei höheren Qualitätsstufen und unterstützt eine breitere Palette an Farbtiefe und Farbräumen. Diese neueren Formate haben jedoch noch nicht den gleichen Verbreitungsgrad wie das ursprüngliche JPEG-Format erreicht.

Zusammenfassend ist das JPEG-Bildformat ein vielseitiges und weithin unterstütztes Format, das einen Ausgleich zwischen Bildqualität und Dateigröße herstellt. Seine Verwendung von DCT und Quantisierung ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Dateigröße bei einer anpassbaren Auswirkung auf die Bildqualität. Obwohl es einige Einschränkungen wie fehlende Unterstützung für Transparenz, Ebenen und Animationen hat, machen seine Vorteile in Bezug auf Kompatibilität und Effizienz es zu einem Standardformat in der digitalen Bildgebung. Mit dem technologischen Fortschritt mögen neuere Formate Verbesserungen bieten, aber JPEGs Vermächtnis und weit verbreitete Nutzung garantieren, dass es auf absehbare Zeit ein fundamentaler Bestandteil der digitalen Bildgebung bleiben wird.

Unterstützte Formate

AAI.aai

AAI Dune Bild

AI.ai

Adobe Illustrator CS2

AVIF.avif

AV1 Bildformat

AVS.avs

AVS X Bild

BAYER.bayer

Rohes Bayer-Bild

BMP.bmp

Microsoft Windows Bitmap-Bild

CIN.cin

Cineon-Bilddatei

CLIP.clip

Bild-Clip-Maske

CMYK.cmyk

Rohcyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzproben

CMYKA.cmyka

Rohcyan-, Magenta-, Gelb-, Schwarz- und Alpha-Proben

CUR.cur

Microsoft-Symbol

DCX.dcx

ZSoft IBM PC mehrseitige Paintbrush

DDS.dds

Microsoft DirectDraw-Oberfläche

DPX.dpx

SMTPE 268M-2003 (DPX 2.0) Bild

DXT1.dxt1

Microsoft DirectDraw-Oberfläche

EPDF.epdf

Eingekapseltes tragbares Dokumentenformat

EPI.epi

Adobe Encapsulated PostScript Interchange-Format

EPS.eps

Adobe Encapsulated PostScript

EPSF.epsf

Adobe Encapsulated PostScript

EPSI.epsi

Adobe Encapsulated PostScript Interchange-Format

EPT.ept

Eingekapseltes PostScript mit TIFF-Vorschau

EPT2.ept2

Eingekapseltes PostScript Level II mit TIFF-Vorschau

EXR.exr

Bild mit hohem Dynamikbereich (HDR)

FARBFELD.ff

Farbfeld

FF.ff

Farbfeld

FITS.fits

Flexibles Bildtransport-System

GIF.gif

CompuServe-Grafikaustauschformat

GIF87.gif87

CompuServe-Grafikaustauschformat (Version 87a)

GROUP4.group4

Rohes CCITT Group4

HDR.hdr

Bild mit hohem Dynamikbereich (HDR)

HRZ.hrz

Slow Scan TeleVision

ICO.ico

Microsoft-Symbol

ICON.icon

Microsoft-Symbol

IPL.ipl

IP2 Location Image

J2C.j2c

JPEG-2000 Codestream

J2K.j2k

JPEG-2000 Codestream

JNG.jng

JPEG Network Graphics

JP2.jp2

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JPC.jpc

JPEG-2000 Codestream

JPE.jpe

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPEG.jpeg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPG.jpg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPM.jpm

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JPS.jps

Joint Photographic Experts Group JPS-Format

JPT.jpt

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JXL.jxl

JPEG XL-Bild

MAP.map

Multi-Resolution Seamless Image Database (MrSID)

MAT.mat

MATLAB-Level-5-Bildformat

PAL.pal

Palm-Pixmap

PALM.palm

Palm-Pixmap

PAM.pam

Allgemeines zweidimensionales Bitmap-Format

PBM.pbm

Portable Bitmap-Format (schwarz-weiß)

PCD.pcd

Photo-CD

PCDS.pcds

Photo-CD

PCT.pct

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PCX.pcx

ZSoft IBM PC Paintbrush

PDB.pdb

Palm Database ImageViewer-Format

PDF.pdf

Portable Document Format

PDFA.pdfa

Portable Document Archive-Format

PFM.pfm

Portable Float-Format

PGM.pgm

Portable Graymap-Format (Graustufen)

PGX.pgx

JPEG-2000 unkomprimiertes Format

PICON.picon

Persönliches Icon

PICT.pict

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PJPEG.pjpeg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

PNG.png

Portable Network Graphics

PNG00.png00

PNG mit Bit-Tiefe und Farbtyp vom Originalbild erben

PNG24.png24

Opakes oder binäres transparentes 24-Bit-RGB (zlib 1.2.11)

PNG32.png32

Opakes oder binäres transparentes 32-Bit-RGBA

PNG48.png48

Opakes oder binäres transparentes 48-Bit-RGB

PNG64.png64

Opakes oder binäres transparentes 64-Bit-RGBA

PNG8.png8

Opakes oder binäres transparentes 8-Bit-Indexed

PNM.pnm

Portable Anymap

PPM.ppm

Portable Pixmap-Format (Farbe)

PS.ps

Adobe PostScript-Datei

PSB.psb

Adobe Large Document-Format

PSD.psd

Adobe Photoshop-Bitmap

RGB.rgb

Rohdaten für rote, grüne und blaue Proben

RGBA.rgba

Rohdaten für rote, grüne, blaue und Alpha-Proben

RGBO.rgbo

Rohdaten für rote, grüne, blaue und Opazität-Proben

SIX.six

DEC SIXEL-Grafikformat

SUN.sun

Sun Rasterfile

SVG.svg

Skalierbare Vektorgrafiken

SVGZ.svgz

Komprimierte skalierbare Vektorgrafiken

TIFF.tiff

Tagged Image File Format

VDA.vda

Truevision-Targa-Bild

VIPS.vips

VIPS-Bild

WBMP.wbmp

Wireless Bitmap (Level 0) Bild

WEBP.webp

WebP-Bildformat

YUV.yuv

CCIR 601 4:1:1 oder 4:2:2

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