Gestaltung: Das Bilddateiformat JPG

Wer Bilder per E-Mail verschickt oder sie auf Webseiten oder einem Blog veröffentlicht, ist sicher schon dem Bilddateiformat JPG (JEPG) begegnet. Worauf beruht dieses Format und warum hat es sich durchsetzen können? Eignet sich das JPG wirklich in allen Fällen oder ist mitunter ein anderes Bildformat sinnvoller?

JPEG und JPG – Geschichte und Eigenschaften 

Zur Joint Photographic Experts Group – abgekürzt JPEG – taten sich seit 1986 Firmen und Forschungsinstitute zusammen. 1992 legten sie dann die Norm ISO/IEC 10918-1 bzw. CCITT Recommendation T.81 fest, einen Standard für Methoden zur komprimierenden Bildspeicherung, der seither als JPEG bekannt ist.

Bilder, die nach der entwickelten Norm komprimiert und abgespeichert wurden, wurden entsprechend als „jpeg“- Dateien beschrieben und im Dateiformat .jpeg abgelegt. Weil Windows aber Probleme damit hatte, Dateiformate korrekt zu erkennen, die mehr als drei Buchstaben hatten, hat sich die Abkürzung .jpg durchgesetzt. Ein Unterschied in der eigentlichen Dateistruktur zwischen Dateien mit der Endung .jpeg und Dateien mit der Endung .jpg besteht nicht. So können sie auch problemlos neu abgespeichert werden, wenn man den redundanten Buchstaben aus dem Dateinamen löscht.

Das jpeg-Format hat sich international bei allen webbasierten Anwendungen durchgesetzt und ist auch ein Standardbildspeicherformat von Digitalkameras. Die Auflösung der aufgenommenen Bilder nimmt immer weiter zu. Je höher die Auflösung, desto größer ist aber auch die erzeugte Bilddateigröße. Das ist vor allem dann problematisch, wenn das Bild später als E-Mail-Anhang verschickt oder auf einer Webseite eingebunden sein soll. Sind die Bilddateien dann zu groß, lädt die Seite sehr lange, bis dass das Bild überhaupt sichtbar ist oder eine E-Mail kann im schlimmsten Fall aufgrund der erreichten Größe gar nicht mehr verschickt werden.

Vorteile des Bilddateiformats JPG

Nicht komprimierte, digitale Bilddaten werden allgemein über die Zuordnung von drei Farbanteilen aus rot, grün und blau (RGB-Farbraum) für jeden einzelnen Punkt eines Farbbildes (Pixel) erfasst. Dabei werden pro Pixel bereits drei Byte Dateninformation benötigt. Bei nur 100 Megapixeln werden also schon 300 Megabyte Speicher belegt. Die zur Beschreibung und Speicherung eines Bildes notwendigen Datenmengen werden also schnell zu groß, um sich effizient speichern, weiterverarbeiten oder in einem nächsten Schritt versenden zu lassen.

Durch ein mathematisches Übersetzungsverfahren werden die Datenmengen bei der Speicherung im JPEG-Verfahren reduziert. Neben der Zerlegung des Bildes in Segmente zu 8×8 Pixeln ist Kern des von JPEG verwendeten Komprimierungsverfahrens eine Technik, bei der die 256 Werte aus dem dreistufigen RGB-Farbraum in Werte umgewandelt werden, deren Dreistufigkeit aus nur zwei Farbwerten und einem Wert für Helligkeit (Luminanz) besteht. Damit macht sich das Verfahren die Tatsache zunutze, dass das menschliche Auge Unterschiede in der Helligkeit sensibler registriert als Farbunterschiede. Die Speicherung von Helligkeitswerten erfordert aber weniger Speicherkapazität als die Speicherung von Farbwerten, sodass jpg-Dateien insgesamt weniger Speichermenge benötigen. Beim Öffnen der Datei muss das Verfahren erneut angewendet werden, um das Bild in seiner ursprünglichen Form darzustellen.

Das JPEG zugrunde liegende Farbmodell wird YCbCr-Modell genannt und gehört zu den Helligkeit-Farbigkeit-Modellen, die übrigens auch bei anderen bildgebenden Verfahren wie dem Digitalfernsehen oder bei der Wiedergabe von DVDs zum Einsatz kommen. Die Komprimierungsverfahren für das JPEG-Format wurden speziell für digitale Bilder entwickelt. Damit lassen sich Bilder aus jeweils 256 Stufen für Rot, Grün und Blau abbilden und ein Farbumfang von 16,7 Millionen Farben abdecken. Besonders Bilder, die aus benachbarten Bildpunkten bestehen, die kontinuierliche Übergänge in Farben und Helligkeit repräsentieren, wie für Fotoaufnahmen typisch, eignen sich hervorragend für eine Komprimierung durch JPG.

Komprimierung und Qualität von JPG

Eine innerhalb eines bildgebenden Verfahrens eingesetzte Komprimierung bedeutet immer auch einen sichtbaren oder unsichtbaren Qualitätsverlust, der beim Öffnen der jpg-Datei beispielsweise an ausgefransten Kanten oder grober „Verpixelung“ sichtbar werden kann. Derartige Störungen am Bild, die erst durch die Nachbearbeitung entstanden sind, werden als „Artefakte“ bezeichnet. Sehr detailreiche Bilder lassen sich erwartungsgemäß schlechter komprimieren als Bilder, die nur schwache Konturen haben oder lediglich aus größeren Farbflächen bestehen. Allgemein gilt: je höher der Grad der Komprimierung, desto geringer die Qualität.

Fast alle Bildbearbeitungsprogramme ermöglichen die stufenlose Einstellung des Komprimierungsgrads. Einige verfügen auch über voreingestellte Optionen, die ein Bild auf die Dateigröße komprimieren, die als für eine Webseite oder E-Mail-Nachricht optimal erachtet werden. Dabei gilt: Größer als 200 kB sollte kein Bild sein, das auf einer Webseite eingebunden ist. E-Mails dürfen nach einer internationalen Vorgabe nur bis zu einer Größe von maximal 5 MB versendet werden. Um den Versand zu beschleunigen, werden sie dabei vom jeweiligen E-Mail-Programm meist noch einmal komprimiert und in Paketen von einer Größe bis zu etwa 256 kB versendet. Auch hier ist es also wichtig, nur Bilder anzuhängen, die die vorgegebene Größe insgesamt nicht überschreiten.

Bei unterschiedlichen Qualitätsstufen einer jpeg-Datei kann dabei ohne große Qualitätsverluste schnell Speicherplatz gespart werden, wie diese Bilder verdeutlichen.

Wie empfinden und bewerten Sie die unterschiedliche Bildqualität?

Zusammenfassung

Das JPG-Bildformat ist das gängigste aller Bilddateiformate. Bilder lassen sich von nahezu allen Anwendungen in JPG-Dateien konvertieren und öffnen. Fotos von Digitalkameras werden fast immer im JPG-Format gescannt und eingelesen. Bilder, die von einer Digitalkamera in „bestmöglicher“ oder „guter“ Qualität aufgenommen wurden, was einer Qualität von 100 bzw. 80 Prozent entspricht, unterliegen bei der Komprimierung kaum sichtbaren Qualitätsverlusten. Der Erfolg des Bilddateiformats JPG  beruht auf der Effizienz bei der Bildkomprimierung, die der Wahrnehmung des menschlichen Auges nachempfunden ist. Nur bei extremer Komprimierung von Bildern kann es sein, dass die ursprünglich wahrnehmbaren Details verschwimmen, Kanten ausfransen oder eine grobkörnige „Verpixelung“ sichtbar wird.

Ist ein Bild mit einem transparenten Hintergrund gewünscht, um zum Beispiel eine Grafik oder eine Schaltfläche auf einer Webseite zu gestalten, muss das JPEG allerdings passen. In diesem Fall ist das Bildformat PNG eine sinnvolle Alternative. Für ClipArt-Grafiken oder detailreiche, klar konturierte Diagramme ist das GIF-Format besser geeignet. GIF kann zwar nur 256 Farben darstellen, bei einer schematischen Darstellung fällt das aber kaum ins Gewicht. Gerade bei der Einbindung von schwarz-weißen Grafiken verbrauchen diese, falls im JPEG-Format gespeichert, nur unnötig Datenvolumen und Rechnerkapazität. Soll ein Bild nachträglich ohne Qualitätsverluste skalierbar sein, sollte man ein Bildformat wählen, dass auf Vektorgrafik basiert wie beispielsweise .tif. So werden Firmenlogos, die  auf einem Flyer, einer Visitenkarte oder einem Werbebanner zu sehen sein sollen, in skalierbarer Form gespeichert, die später angepasst werden kann.  Auch wenn die Bilddatei als Druckvorstufe verwendet werden soll, wird man statt einer pixelbasierten Anwendung wie JPEG eher ein vektorbasiertes Bildformat verwenden. Für Visualisierungen auf Webseiten oder in E-Mails ist das JPG ansonsten ideal geeignet.

Weitere Infos

Diese Reihe setzen wir in loser Folge fort. Im nächsten Beitrag stellen wir Ihnen das Bildformat GIF vor. Möchten Sie sich intensiver in das Thema Gestaltung einarbeiten, empfehlen wir Ihnen unseren Grundkurs Grafik und Gestaltung. Wir freuen uns auf Sie!