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Dateikomprimierung

Verlustfreie Komprimierung

Verlustfreie Komprimierungsarten verringern die Datenmenge ohne Datenverlust.

Huffman-Kodierung

komprimierung.huffmann Entstehung des binären Baums bei der Huffman-Kodierung.

Beim Huffmann-Verfahren wird jeder der 256 Tonwertstufen eine Binärzahl zugeordnet. Tonwerte die häufiger vorkommen, erhalten eine kleinere Zahl und solche die selten vorkommen eine grosse.

Der von David Huffman beschriebene Algorithmus ordnet allen Zeichen, die in den betrachteten Daten auftreten können, einen Endknoten in einem binären Baum zu. Als Attribut erhalten diese Knoten die Auftrittshäufigkeiten der ensprechenden Zeichen. (a)

Die Baumstruktur entsteht durch das schrittweise Zusammenfassen dieser Knoten. Dazu werden die beiden Knoten mit der geringsten Auftrittshäufigkeit einem neuen Knoten untergeordnet, der die Summe der beiden Auftrittshäufigkeiten zugewiesen bekommt. (b)

Das Prozedere wird solange durchlaufen, bis alle Knoten in einer Wurzel zusammengeführt sind. (c–e)

Zur En- bzw. Dekodierung werden den Kanten des Huffman-Baums die binären Werte 0 bzw. 1 zugeordnet. Der «Weg» von der Wurzel zu dem entsprechenden Endknoten ergibt den Huffman-Kode des Zeichens, dem der Endknoten zugeordnet ist.

Lauflängenkodierung

Run-Length-Encoding

Bei der Lauflängenkodierung wird ausgenutzt, das einer Datei oft mehrmals hintereinander das gleiche Zeichen erscheint.
Eine solche Zeichenfolge wird dann durch das Zeichen selbst und der Anzahl folgender, gleicher Zeichen ersetzt.

AAAAAABBBB wird zu 6×A 4×B

Die Lauflängenkodierung eignet sich damit zum Beispiel besonders gut für Strichbilder.

LZW Komprimierung

Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus

Bei der LZW-Komprimierung wird ein Wörterbuch mit den häufigsten Zeichenketten angelegt. Statt die Zeichenkette jedes Mal neu zu speichern muss dann nur noch ein Verweis auf den entsprechenden Wörterbucheintrag gesetzt werden. Die Komprimierung ist so angelegt, dass das Wörterbuch nicht speziell abgelegt werden muss. Der Decoder kann es aus der kodierten Datei rekonstruieren.

Wird bei GIF, ZIP und JPEG verwendet.

Verlustbehaftete Komprimierung

JPEG-Komprimierung

Joint Photographic Experts Group

Das JPEG ist eine eigene Komprimierungsart bei dem ähnliche Tonwerte zusammengefasst werden. Dadurch entsteht ein Bilddetail- sowie Schärfeverlust. Das Verfahren erstellt Referenzquadrate, bei dem für jede Kategorie von Quadraten anschliessend ein ähnliches solches Referenzquadrat verwendet wird. Die sogenannte «Mindestähnlichkeit» bestimmt wie stark das Bild komprimiert wird.
Je stärker die Kompression, desto grösser sind diese Quadrate und desto schlechter wird auch die Qualität.

Das JPEG-Kompressionsverfahren wurde für natürliche Farb- und Graustufenbilder entwickelt, die pro Farbkanal über eine Farbtiefe von mindestens acht Bit verfügen. Zeichnungen und Schwarzweißbilder sowie solche mit indizierten Farben lassen sich dagegen nicht mit JPEG komprimieren.