PNG Format

In Zeiten in der sich Digitalkameras und die digitale Fotographie immer größerer Beliebtheit erfreuen, ist es Zeit sich auch mal mit den unterschiedlichen Bildformaten zu beschäftigen:

Das PNG Format

Das Kürzel PNG steht für “Portable Network Graphics” und bezeichnet ein für Rastergrafiken gedachtes Bildformat das eine verlustfreie Datenkomprimierung ermöglicht. Es wurde geschaffen, um das alte Format GIF zu verbessern und durch ein patentfreies Format zu ersetzen, das so unkomplizierter eingesetzt werden konnte.
Das Format PNG unterstützt Bilder mit Graustufen, RGB oder RGBA Basis. Da es hauptsächlich geschaffen wurde, um Bilder über das Internet zu übertragen, werden andere Farbräume wie beispielsweise CMYK nicht unterstützt. Die Dateien besitzen fast immer die Endung .png und bekommen den MIME Medientyp “image/png” zugeordnet (seit dem 14. Oktober 1996).

Die Entwicklung des PNG Formates

Die Idee, das PNG Format zu entwickeln entstand schon 1995, nachdem bekannt wurde, dass das Unternehmen Unisys den Lempel-Ziv-Welch Algorithmus zur Datenkomprimierung patentiert hatte. Dieser wurde in dem bis dahin oft genutzten Format GIF verwendet. Dieses Format besaß zudem auch einige Einschränkungen, die mit der fortschreitenden Weiterentwicklung der Computer nicht mehr vereinbar waren, beispielsweise die Limitierung auf die Darstellung von lediglich 256 Farben. Obwohl GIF auch Animationen erlaubte, entschied man sich damals dafür, für das Format PNG nur einfache Bilder zuzulassen, ein ähnliches Format mit dem Namen MNG sollte zur Darstellung von Animationen dienen. Die ersten Ideen, die dann auch in die Entwicklung des Formates mit einflossen, wurden in einer Usenet Gruppe mit dem Namen “comp.graphics” gesammelt, dort schlug auch Oliver Fromme den Namen und die Endung PNG vor.

Eigenschaften einer PNG Datei

Eine PNG Datei beginnt mit einer acht Bit langen Signatur. Die hexadezimalen Werte dieser Bytes sind 89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A und in dezimaler Form sind es 137 80 78 71 13 10 26 10. Jedes dieser Bytes hat einen bestimmten Sinn, beispielsweise soll das Byte 89 zur Identifikation von Systemen dienen die 8 Bit Daten nicht unterstützen und zudem die Verwechslungen mit einer Textdatei minimieren.
Nach dem Header folgt eine ganze Reihe von sogenannten “Chunks”, von denen jeder bestimmte Informationen über das Bild enthält. Dieses System erlaubt es, das PNG Format weiterzuentwickeln, gleichzeitig aber auch die Kompatibilität zu alten Versionen aufrecht zu erhalten.
Das Format zeichnet sich besonders durch die gute Komprimierung der Bilder aus, dadurch können sie ohne Verlust von Informationen schnell über das Internet übertragen werden. Das bedeutet also, dass ein PNG Bild identisch mit einem Bild im Format BMP sein kann, jedoch viel weniger Speicherplatz verbraucht. Die Komprimierung erfolgt in zwei aufeinander folgenden Schritten. Trotz DSL Technologie ist ein komprimiertes Format immernoch zu bevorzugen. Zuerst findet das sogenannte “Filtering” statt, dieses soll die nachfolgende Kompression vereinfachen und noch effektiver machen. Die eigentliche Komprimierung wird dann mit dem DEFLATE Verfahren durchgeführt. Dieses Verfahren sorgt für die verlustfreie Datenkomprimierung und ist nicht durch Patente geschützt, so dass es von allen Anwendern und Programmierern ohne Einschränkungen verwendet werden darf. Der Algorithmus ist der gleiche wie in der bekannten zlib Komprimierungs-Bibliothek.
PNG erlaubt auch ein zweidimensionales Interlacing System in sieben Durchgängen. Interlacing bedeutet, dass das Bild Stück für Stück aufgebaut wird und währenddessen schon sichtbar ist, das kann beispielsweise bei Webseiten nützlich sein. Der User kann das Bild schon erkennen, während es noch nicht vollständig heruntergeladen wurde (Bildersuche). Durch die sieben Durchgänge ist das Bild zwar schon in einem sehr frühen Stadium des Aufbaus gut erkennbar, jedoch wird dadurch die Komprimierungsfähigkeit des Formates gegenüber ähnlichen, simpler aufgebauten Verfahren leicht reduziert.

PNG vs. GIF

Der Vergleich mit dem GIF Format, als dessen Nachfolger das PNG Format ja gedacht war, zeigt dessen Vorteile besonders deutlich. Die Kompressionsrate der Daten ist wesentlich höher als bei dem alten Format, zudem ist die Nutzung nicht durch Patente eingeschränkt. PNG bietet gegenüber GIF viel mehr Transparenzoptionen und unterstützt eine größere Anzahl an Farbräumen. Zwar sind im Format PNG keine Animationen mehr möglich, dafür ist jedoch das Partnerformat MNG gedacht. Mittlerweile wird das Format von einer Vielzahl von Programmen unterstützt, darunter alle namhaften Webbrowser, Office Software und Grafik Programme.