Wenn verlustfreie Kompression benötigt wird, empfiehlt sich häufig das PNG-Format. Dieses Grafikformat wurde als lizenzfreie Alternative zum GIF-Format entwickelt. GIF (Graphics Interchange Format – Grafik-Austausch-Format) verwendete den zeitweise patentierten LZW-Algorithmus und war lange ein gängiges Grafikformat. PNG ist nicht so komplex wie das TIFF-Format. Über einen Alphakanal unterstützt das Format unterschiedliche Transparenzstufen; außerdem sind verschiedene Farbtiefen möglich. Besonders im Internet wird PNG häufig für Logos, Icons, Screenshots und Grafiken mit transparenten Bereichen verwendet.
Die Eigenschaften von PNG
Ohne die Zahlung von Lizenzgebühren kann das PNG-Format in Programmen und Veröffentlichungen verwendet werden. Das Format wird von modernen Webbrowsern unterstützt und ist vom World Wide Web Consortium, kurz W3C, standardisiert worden. Die ursprüngliche PNG-Spezifikation sieht keine Animationen vor, wie sie beim GIF-Format möglich sind. Mit APNG (Animated Portable Network Graphics) wurde jedoch eine Erweiterung entwickelt, die auf PNG basiert und Animationen unterstützt. Indizierte PNG-Bilder können eine Farbpalette mit bis zu 256 Einträgen verarbeiten. Graustufen lassen sich je nach PNG-Farbtyp mit einem, zwei, vier, acht oder 16 Bit speichern. Zusätzlich unterstützt PNG Echtfarben. Alphakanäle bestimmen die Transparenz eines Bildes. Das PNG-Format bietet hierbei Alphakanäle mit acht oder 16 Bit an. Die Glättung von Bildern und Text kann dadurch unabhängig vom Hintergrund angewendet werden.
Die Geschichte vom PNG
1994 begann die Entwicklung von PNG. Auslöser waren die Lizenzforderungen der Softwarefirma Unisys für den im GIF-Format verwendeten LZW-Algorithmus. Schon 1995 erstellte Thomas Boutell einen ersten Entwurf. Zusammen mit seinem Team, bestehend aus Oliver Fromme, Jonathan Shekter, Mark Adler, Scott Elliott, Paul Haeberli und Greg Roelofs, kam dieses Vorhaben zustande. Ein Jahr später arbeitete Boutell mit Tom Lane zusammen und es entstand im Oktober 1996 die PNG-Spezifikation in der Version 1.0. Am Ende des Jahres 1998 erschien die PNG-Spezifikation in der Version 1.1. Diese wurde von Adam Costello und Glenn Randers-Pehrson entwickelt. Am 11. August 1999 erschien die Version 1.2, die Glenn Randers-Pehrson herausbrachte. PNG wurde später als ISO/IEC 15948 standardisiert und ist zugleich als W3C-Empfehlung dokumentiert.
Die Kompatibilität von PNG mit Internet-Browsern
Ältere Browser hatten teilweise Probleme mit bestimmten PNG-Eigenschaften. Insbesondere der Internet Explorer 6 stellte Alpha-Transparenz nicht in allen Fällen korrekt dar; ab Internet Explorer 7 wurde sie wesentlich besser unterstützt. Auch Mozilla Firefox, Opera und Safari unterstützen das PNG-Format. Metadaten und Datenblöcke, die man Chunks nennt, können zusätzliche Bildinformationen enthalten. Diese Datenblöcke sind mit vier Buchstaben gekennzeichnet. Programme wie TweakPNG können diese Informationen bearbeiten. Die konkrete Auswertung eingebetteter Farbprofile und Gammainformationen hängt vom verwendeten Browser, Betriebssystem und Bildprogramm ab. Eine Gammakorrektur dient dazu, Unterschiede bei der Darstellung von Helligkeits- und Farbwerten auszugleichen.
Fünf Vorfilter, die bei der Kompression von PNG angewendet werden
Für eine gute Kompression von Bilddaten werden vor der eigentlichen Komprimierung Vorfilter eingesetzt. Statt der ursprünglichen Pixelwerte verarbeitet das Verfahren Differenzwerte zu benachbarten Pixeln. Da sich benachbarte Pixel in vielen Grafiken nur wenig unterscheiden, entstehen häufig kleine oder gleiche Werte, die sich effizient komprimieren lassen. An Objektkanten können größere Änderungen auftreten. Die Vorfilter verkleinern die Datei nicht selbst, sondern bereiten die Daten für die anschließende verlustfreie DEFLATE-Kompression auf. Die fünf Vorfilter sind im Einzelnen:
- 0 bedeutet None. Mit den originalen Pixeldaten wird gearbeitet.
- 1 nennt sich Sub. Die Differenzen zu den links liegenden Pixeln werden verarbeitet.
- 2 wird Up genannt. Die Differenz zu den jeweils darüber liegenden Pixeln wird verarbeitet.
- 3 heißt Average. Aus dem darüber liegenden und dem linken Pixel wird ein Mittelwert für die Differenzbildung verwendet.
- 4 wird Paeth genannt. Der Paeth-Predictor berechnet aus dem links benachbarten Pixel, dem darüber liegenden Pixel und dem schräg links darüber liegenden Pixel einen Vorhersagewert für die Differenzbildung. Dieser Filtertyp ist nach Alan W. Paeth benannt, der das Verfahren entwickelte.
Die Filter können für jede Bildzeile unabhängig ausgewählt werden. Das speichernde Anwendungsprogramm entscheidet gewöhnlich automatisch, welcher Filter für eine Zeile geeignet ist. Der Paeth-Predictor liefert häufig gute Ergebnisse, ist aber nicht für jedes Bild und jede Zeile automatisch die beste Wahl. Unnötig große PNG-Dateien entstehen unter anderem dann, wenn Programme ungeeignete Filter oder Kompressionseinstellungen verwenden.
Vorteile des PNG-Formats
Vorteile des PNG-Formats sind zweifelsohne die lizenzfreie Nutzung und die verlustfreie Speicherung. Echtfarben werden unterstützt. Auch die Anwendung von Alpha-Transparenz mit bis zu 16 Bit ist ein großer Vorteil. Um das Aussehen eines PNG-Bildes auf unterschiedlichen Systemen besser abzustimmen, können Farbprofil-, Gamma- und Helligkeitsinformationen eingebettet werden. Das PNG-Format folgt einem festen Standard und ist über zusätzliche Chunks erweiterbar. Prüfsummen helfen dabei, beschädigte Daten zu erkennen. Das Adam7-Interlacing ermöglicht eine schrittweise Darstellung des gesamten Bildes während der Übertragung. Dabei erscheint zunächst eine grobe Vorschau in voller Bildgröße, die mit weiteren übertragenen Daten genauer wird.
Nachteile des PNG-Formats
Das Dateiformat ist gegenüber GIF technisch komplexer. Die ursprüngliche PNG-Spezifikation unterstützt keine Animation; dafür ist eine Erweiterung wie APNG erforderlich. Ein gezieltes Nachladen beliebiger Bildausschnitte ist nicht vorgesehen. Interlaced gespeicherte Dateien können durch zusätzliche Daten und Verarbeitung etwas größer sein. Als vollständiger Ersatz für TIFF-Dateien ist PNG nicht anzusehen, denn das für den professionellen Druck wichtige CMYK-Farbmodell (Cyan, Magenta, Yellow, Black) gehört nicht zu den standardisierten PNG-Farbtypen. Bei Fotos erreicht die verlustfreie PNG-Kompression gewöhnlich nicht die kleinen Dateigrößen verlustbehafteter Formate wie JPEG. Für Logos, Diagramme, Screenshots, scharf begrenzte Farbflächen und Transparenz ist PNG dagegen oft gut geeignet.
Weitere Informationen über das PNG-Format
Die Entwickler von PNG verzichteten auf standardmäßig eingebettete Vorschaubilder, die auch als Thumbnails bezeichnet werden. Thumbnail ist die Bezeichnung für ein Miniaturbild. Durch den Austausch mit Softwareherstellern ließ sich dafür keine einheitliche Lösung festlegen. Integritätsprüfungen helfen dabei, Übertragungsfehler zu erkennen. Die acht Byte lange PNG-Signatur macht unter anderem eine falsche Behandlung der Datei sichtbar. Zusätzlich besitzt jeder Chunk eine CRC-32-Prüfsumme, mit der sich Beschädigungen der jeweiligen Datenblöcke erkennen lassen. Im komprimierten Datenstrom wird außerdem eine Adler-32-Prüfsumme verwendet.
Das PNG-Format eignet sich gut für Datennetzanwendungen und zur verlustfreien Archivierung geeigneten Bildmaterials. Seine Blockstruktur ermöglicht es, zusätzliche Informationen in Chunks unterzubringen. Für Websites sollte die Wahl dennoch vom Bildinhalt abhängen: PNG ist für transparente Grafiken und scharfe Konturen sinnvoll, während Fotos in geeigneten verlustbehafteten oder modernen Webformaten häufig deutlich kleiner ausfallen. Richtig dimensionierte und komprimierte Bilder verkürzen Übertragungszeiten und unterstützen damit die technische Suchmaschinenoptimierung, ohne dass das Dateiformat allein ein gutes Nutzererlebnis oder bessere Rankings garantiert.
Zusammenfassung
Das PNG-Format ist für die verlustfreie Kompression von Grafiken geeignet und wurde als lizenzfreie Alternative zum GIF-Format entwickelt. Es bietet Unterstützung für Alphakanäle und ermöglicht somit abgestufte Transparenz und verschiedene Farbtiefen. PNG kann ohne formatbezogene Lizenzgebühren verwendet werden und wird von modernen Webbrowsern unterstützt.
Die Entwicklung des PNG-Formats begann 1994 als Reaktion auf Lizenzforderungen für den LZW-Algorithmus, der im GIF-Format verwendet wurde. Die PNG-Spezifikation hat mehrere Versionen durchlaufen und wurde sowohl vom W3C als auch als ISO/IEC-Standard veröffentlicht.
Die Kompatibilität mit Webbrowsern ist heute grundsätzlich gesichert, obwohl ältere Browser Probleme mit einzelnen Funktionen wie Alpha-Transparenz hatten. PNG unterstützt Metadaten und Chunks für zusätzliche Bildinformationen. Wie Farbprofile und Gammainformationen dargestellt werden, hängt jedoch auch von der jeweiligen Software und dem System ab.
Das Format nutzt Vorfilter zur Vorbereitung der Bilddaten auf die Komprimierung. Fünf Filteroptionen stehen zur Verfügung und werden vom jeweiligen Anwendungsprogramm gewöhnlich automatisch für einzelne Bildzeilen ausgewählt.
PNG bietet zahlreiche Vorteile wie lizenzfreie Nutzung, verlustfreie Speicherung, Unterstützung für Echtfarben und Alpha-Transparenz sowie Möglichkeiten für Farb- und Helligkeitsinformationen. Zu den Nachteilen zählen die bei Fotos häufig größeren Dateien und die fehlende CMYK-Unterstützung. Animationen sind nicht Bestandteil der ursprünglichen PNG-Spezifikation, können aber mit APNG umgesetzt werden.
Häufige Fragen und Antworten
Das PNG-Format (Portable Network Graphics) ist ein Grafikformat, das als lizenzfreie Alternative zum GIF-Format entwickelt wurde. Es bietet verlustfreie Kompression von Grafiken und unterstützt Alphakanäle, sodass abgestufte Transparenz und verschiedene Farbtiefen möglich sind. PNG ist ein kostenfrei nutzbares Format und wird von modernen Webbrowsern unterstützt.
Das PNG-Format unterstützt indizierte Farben, Graustufen und Echtfarben mit unterschiedlichen Farbtiefen. Es ermöglicht den Einsatz von Alphakanälen zur Transparenzsteuerung und kann Farbprofil- und Gammainformationen enthalten. PNG ist ein anerkannter, erweiterbarer Standard. Integrierte Prüfsummen helfen dabei, beschädigte Datenblöcke zu erkennen.
Das PNG-Format wird vor allem im Internet häufig verwendet. Es eignet sich besonders gut für Logos, Icons, Diagramme, Screenshots und andere grafische Elemente mit scharfen Konturen oder transparenten Bereichen. Für Fotos ist PNG zwar verlustfrei, erzeugt aber häufig deutlich größere Dateien als ein geeignetes Fotoformat.
