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Grundlagen der Informatik: Digitale Informationen

Bildcodierung im Binärsystem

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Bilder bestehen aus kleinsten Bildpunkten, den sog. Pixeln. Für jedes Pixel werden die Farben Rot, Grün und Blau gespeichert, aus denen sich alle Farben mischen lassen

Transkript

Texte enthalten Wörter und Buchstaben und jedem Buchstaben wird eine Zahl zugeordnet, die kann man ins Binärsystem transferieren und digital speichern. Bei Bildern läuft es ähnlich ab. Statt Buchstaben gibt es dort aber Pixel. Ein Pixel ist der kleinste Teil eines Bildes und wie ein Mosaik setzt sich ein Bild aus Tausenden und Millionen von Pixeln zusammen. Solche aus Pixeln aufgebaute Bilder nennt man auch Bitmaps. Für jedes Pixel speichert der Computer nun die Farbwerte für rot, grün und blau, kurz RGB. Aus diesen drei Farben kann ein Computermonitor jede beliebige Farbe zusammenmischen. Meist wird für jede Farbe ein zweistelliger Hexadezimalwert gespeichert; also hexadezimal heißt ja Basis 16, zweistellig, also hoch 2, macht 256 verschiedene Werte für jede einzelne der drei Farben. Warum gerade 256? Weil das genau ein Byte ist und weil es im Endeffekt für über 65.000 Farbabstufungen reicht. Das heißt, pro Pixel benötigen wir drei Byte Speicherplatz. Ein Bild in HD-Auflösung hat 1920 mal 1080 Pixel, also etwas mehr als zwei Millionen Pixel oder gut 2 Megapixel. Man braucht also circa 6,2 Millionen Bytes oder 5,9 Megabyte, um ein einziges Foto korrekt zu speichern. Bilder mit der Auflösung 4K sind viermal so groß wie HD-Bilder, in jeder der zwei Dimensionen doppelt so groß, 3.840 mal 2.160 Pixel, das sind 23 Megabyte an Daten und das für nur ein einzelnes Bild. Bei Video hat man gerne mal 30 Frames pro Sekunde. Das sind 30 mal 60, 1.800 Bilder pro Minute Film, 10 Gigabyte für nur eine Minute HD-Video. Da wird schnell klar, dass man die Datenmenge irgendwie reduzieren muss, denn damit kommt auch ein handelsüblicher Computer nicht mehr im Handumdrehen klar. Man kann die reine Datenmenge komprimieren, wie das JPEG macht, aber zuvor gibt es noch bei Bildern zwei grundverschiedene Arten von ihnen. Das eine sind Bitmaps, die aus Pixeln bestehen, wie wir es gerade gesehen haben. Da wird jedes Pixel einzeln gespeichert. Wenn man zum Beispiel eine Grafik hat oder eine Strichzeichnung, dann kann man das Bild auch anders repräsentieren, nämlich indem man nur die Eckpunkte einer Strichzeichnung speichert und welche Farbe und Liniendicke die Striche dazwischen haben sollen. Das nennt man dann eine Vektorgrafik. Hier haben wir so ein Beispiel. Links haben wir eine Bitmap, ein Pixelbild, und rechts eine Vektorgrafik. Im Ergebnis kann ich mit dem Vektorformat ordentlich Speicherplatz sparen und der zweite Vorteil ist, ich kann die Bilder beliebig groß skalieren. Die Punkte werden bei der Vergrößerung einfach neu gesetzt und die Linien dazwischen frisch gezeichnet. Bei einer Bitmap wird das Foto schnell grieselig oder pixelig, wenn ich es vergrößere. Aber leider eignet sich nicht jedes Bild für das Vektorformat, reale Fotos zum Beispiel so gut wie gar nicht. Je komplizierter die Vektoren sind, desto größer würde die Datei. Webbrowser verstehen mehrere Dateiformate. JPEG, PNG, und GIFs basieren auf Pixeln. Das gängige Vektorformat heißt SVG und das steht für skalierbare Vektorgrafik. Es ist Sache des Grafikers oder der Programmiererin, welches Format für ein Bild am geeignetsten ist.

Grundlagen der Informatik: Digitale Informationen

Sehen und verstehen Sie das Binärsystem als Gundlage der Computertechnologie.

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