Seminar Multimedia und Electronic Publishing
Kapitel 2: PNG

Einleitung

Was ist PNG?

PNG (gesprochen: ,,ping``) steht für Portable Network Graphics und ist ein neues Dateiformat für Bilddaten. Es wurde Anfang 1995 entwickelt und soll das Graphics Interchange File (GIF) Format ersetzen, das bisher als Standardformat für verlustlose Bildspeicherung galt.

Warum PNG?

Es gibt bereits eine Vielzahl von Grafikformaten mit denen Bilder auf unterschiedlichste Weise gespeichert werden können. Warum hat man sich also dennoch entschieden, ein komplett neues Grafikformat zu entwickeln?

Der Auslöser dafür kam von CompuServe, dem Urheber von GIF. Ende Dezember 1994 erklärte CompuServe, daß für das bisher frei verfügbare GIF-Format von nun an neue Lizenzrechte gelten. Hersteller von Programmen, die das GIF-Format verwenden wollen, haben also dafür ein Entgelt an CompuServe zu zahlen. Diese Änderung empörte natürlich viele Software-Entwickler, die das GIF-Format seit seiner Entwicklung 1987 in ihren Programmen frei verwendet haben. Selbst CD-ROM Hersteller, die Public Domain Programme mit GIF-Unterstützung veröffentlichen, müssen jetzt für diese Programme bezahlen. Dies alles wurde auch in dem Usenet Diskussionsforum comp.graphics besprochen, was dazu führte, daß man sich zusammentat, um einen Weg zu suchen, das GIF-Format zu ersetzen.

Zunächst versuchte man, sich auf ein bereits bestehendes Dateiformat zu verlagern, erkannte jedoch schnell, daß keines der Formate all die Dinge enthielt, die GIF so populär gemacht haben. Allem voran sollte das Format portabel sein. Formate wie z.B. BMP, IFF, PCX, PICT sind deshalb nicht geeignet, da sie für ein bestimmtes Betriebssystem geschaffen worden sind, wobei die Austauschfähigkeit nicht im Vordergrund stand. Bleiben also nur noch die Formate, die Bilder in einer vom Betriebssystem unabhängige Weise speichern, wie z.B. das Tagged Image File Format (TIFF) von Microsoft/Aldus. TIFF ist allerdings so komplex, daß nahezu kein Programm alle möglichen TIFF Optionen unterstützt. Es kann daher leicht passieren, daß ein TIFF-Bild, das von Programm A erstellt wurde, von Programm B nicht gelesen werden kann. Ein weiterer Nachteil von TIFF ist, daß man ein Bild nicht sequentiell einlesen kann. In Netzwerk-Anwendungen wie z.B. WWW-Browsern heißt das, daß die Datei erst komplett übertragen werden muß, bevor das Bild dargestellt werden kann. TIFF wäre also auch kein passender Ersatz für GIF. Als nächstes betrachtete man das JPEG File Interchange Format (JFIF), das als sequentielles Format entwickelt wurde und eine sehr hohe Kompressionsrate erzielt. Allerdings ist diese Kompression nicht verlustlos, was vor allem bei Zeichnungen, Liniengrafiken, ... zu einer ziemlich schlechten Bildqualität führen kann. Es existiert zwar die Option, Bilder verlustlos zu speichern, jedoch wird diese Option nur von sehr wenigen Programmen unterstützt.

Also kam man zu dem Schluß, daß ein neues Format kreiert werden muß, und zwar eines, das die folgenden Eigenschaften hat:

• Einfach, sauber und leicht zu implementieren.
• Portabel.
• Frei verfügbare Quelltexte zum Lesen und Schreiben von Bildern.
• Existierende GIF-Bilder müssen zu 100% konvertiert werden können.
• Sequentielles Lesen und Schreiben muß unterstützt werden.
• Bessere Kompression als GIF, wobei immer noch verlustlos komprimiert werden soll.
• Inkrementelles Anzeigen (progressive display) und Transparenz sollte mindestens so wie im GIF-Format möglich sein.

Als Ergebnis kam das PNG-Format heraus, mit dem diese und weitere Ziele erreicht wurden. Das Wichtigste ist hierbei, daß das Format frei von Rechten Dritter ist, es kann daher in Programmen ohne rechtliche Probleme implementiert werden.

Was bietet PNG?

Hier sind nun stichwortartig einige der Punkte aufgelistet, die in der bisherigen PNG-Spezifikation enthalten sind. Das Format kann aber auch leicht erweitert werden, ohne dabei die Austauschfähigkeit zu verlieren.

GIF-Eigenschaften, die auch in PNG enthalten sind:

• Bilder mit Farbindizes bis zu 256 Farben.
• Serialisierbarkeit (streamability): Dateien können seriell gelesen und geschrieben werden.
• Inkrementelles Anzeigen: Eine entsprechend vorbereitete Datei kann während der Übertragung dargestellt werden, so daß man sehr schnell das Bild in grober Auflösung hat, welches dann schrittweise verfeinert wird.
• Transparenz: Teile des Bildes können als transparent markiert werden, um z.B. ein nicht-rechteckiges Bild zu erzeugen.
• Zusatzinformation: Textuelle Kommentare und andere Daten können in der Bilddatei gespeichert werden.
• Komplett unabhängig von Hardware und Betriebssystem.
• Effektive, 100% verlustlose Kompression.

Einige neue Eigenschaften von PNG, die in GIF nicht enthalten sind:

• Echtfarbenbilder mit bis zu 48 Bit pro Bildpunkt.
• Graustufenbilder mit bis zu 16 Bit pro Bildpunkt.
• Kompletter Alpha-Kanal (allgemeine Transparenz-Maske).
• Gamma-Information wird mitgespeichert, damit läßt sich die Helligkeit und der Kontrast so anpassen, daß das Bild auf verschiedenen Systemen in gleicher Weise angezeigt wird.
• Zuverlässiges Erkennen beschädigter Dateien (z.B. durch Übertragungsfehler).
• Schnellere Anzeige der ersten groben Auflösung bei der inkrementellen Anzeige als bei GIF.