Mehr als nur scharfe Aufnahmen - Bildformate verstehen und für die richtige Verwendung in Digitalisierungsprojekten auswählen

07.10.2015JanVonde,intrandaGmbH
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Mehr alsnur scharfeAufnahmen:
Bildformateverstehen undfür dierichtigeVerwendungin
Digitalisierungsprojektenauswählen
Goobi Tag, 13.09.2016

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Einleitung

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Fagestellungen
● Welche Bildformate werden im
Digitalisierungsworkflow erzeugt, und zu welchem
Zweck?
● Gibt es sinnvolle Alternativen?
● Was ist Jpeg2000 und welche Rolle kann es in der
Digitalisierung spielen?
● Wie biete ich effektiv Bildinhalte in einer
Präsentationsoberfläche an?

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Übersicht
● Übersicht über die wichtigsten Bildformate
– TIFF
– PNG
– JPEG
– JPEG2000
● Das Bild im Digitalisierungsworkflow
– Archvierung
– Texterkennung
– Präsentation
● Bildformate im Vergleich
– Datenkompression
– Zugriffsgeschwindigkeit

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Übersicht über diewichtigsten Bildformate

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TIFF (Tagged ImageFileFormat) -
Baseline
● Verbreitetes, bewährtes Format
● Spezifikation unter Adobe-Copyright, aber viele
quelloffene Implementierungen
● Schneller Zugriff
● Der TIFF-Standard ist komplex (erlaubt z.B.
verschiedene Kompressionsmethoden)
● Keine oder nur minimale Kompression in der
Baseline-Spezifikation
● Nicht für die Anzeige in Web-Browsern geeignet
● Unterstützt viele Farbräume und Farbprofile

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TIFF (Tagged ImageFileFormat) – LZW-
Kompression
● LZW ist die in GIF verwendete Kompression
(ehemals patentgeschützt)
● Verlustfreite Kompression
● Geringe Kompressionsrate
● Langsamer Zugriff

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TIFF (Tagged ImageFileFormat) JPEG-
Kompression
● Bilddaten sind mit der Jpeg-Kompression (DCT)
komprimiert
● Gute, aber verlustbehaftete Kompression
● Kein Jpeg!
– Teilt nicht die Einschränkungen des Jpeg-
Formates, z.B Alpha-Kanal erlaubt
– Etwas größer als ein vergleichbares Jpeg
– Andere Ladezeiten als ein Jpeg
– Tiff Metadaten-Format

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PNG (PortableNetworksGraphics)
● Offenes, einfaches Format
● Verlustfreie Kompression
● Geringe Kompressionsrate bei typischen Scans
– Gute Kompression bei bitonalen Bildern
● Kann direkt im Browser angezeigt werden
● Sehr langsamer Zugriff
● Eigenes Metadatenformat (nicht Exif oder IPTC)
● Unterstützt nicht alle Farbräume (kein CMYK)

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JPEG/JFIF (JPEG File Interchange
Format)
● Sehr verbreitetes, inzwischen patentfreies Format
● Der JPEG-Standard definiert verschiedene
Kompressionsmethoden, auch verlustfreie.
Unterstützt wird jedoch in der Regel die
verlustbehaftete DCT-Kompression
● Gute Kompressionsrate für typische Fotos oder
Scans
● Kann direkt im Browser angezeigt werden
● Schneller Zugriff
● Unterstützt keinen Alpha-Kanal (Transparenz)
● Begrenzte Farbtiefe

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JPEG2000 – Part 1 (JP2)
● JPEG2000 ist ein Coding-Standard, der
verschiedene Bild- und Viedoformate
unterstützt.
– JP2: Basis-Bildformat: Sollte keine
gebührenpflichtigen Patente beinhalten
– JPX: Erweitertes Bildformat
– MJ2: Videoformat
– JP3D: 3D-Bildformat
– JPM: Format für Bildgruppen

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JPEG2000 – Part 1(JP2)
Vorteile
● Hohe Kompressionsrate bei geringen
optischen Verlusten
● Möglichkeit für verlustfreie
Kompression
● Mehrere Qualitäts- und
Auflösungsebenen für schnellen
Zugriff
● Bessere Fehlerbeständigkeit als
JPEG oder TIFF
● Große Farbtiefe
● Keine Größenbeschränkung
● Erweiterte Kodierungsoptionen, z.B.
– Höherauflösende Regionen
– Verschiedene Kompressionsmodi
für optimierten Zugriff oder bessere
Bildqualität
Nachteile
● Künftige Patentansprüche
können nicht ausgeschlossen
werden
● Aufwändige Komprimierung und
Dekomprimierung
● Geringe Softwareunterstützung
● Feine Unterschiede in der
Implementierung des Standards
● Limitierte Unterstützung für
Farbprofile

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Das Bild im Digitalisierungsworkflow

14
Das Bild im Digitalisierungsworkflow
Physisches Objekt
Rohbild aus Scanner
Archivierung OCR Präsentation
Nachbearbeitung
Kompression
Kompression?

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Archivierung: Was brauchen wir?
● Geringer Speicherbedarf
– Kompression
● Originalgetreue Wiedergabe des Objektes
– Unkomprimiertes Scannerbild
– Oder komprimiertes Bild ohne optische Verluste
● Langlebigkeit
– Verbreitetes und offenes Datenformat
– Fehlerbeständigkeit (Resistenz gegen
Pixelfehler)

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Archivierung: Losslessoder ‚visually
lossless‘?
Datenverlust im Digitalisierungsvorgang
Physisches Objekt
Internes Scannerbild
Ausgeliefertes Bild
Kompression?
Speicherung
Datenverlust
Spezielles, proprietäres Format
des Scannerherstellers
Raw-TIFF
JP2?

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lossless‘?
Optischer Qualitätsverlust bei Kompression
Original: TIFF – unkomprimiert
JPEG: Qualität 80% (1:8.6)
Qualität 30% (1:14.7)
JP2: 1:8
1:15

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lossless‘?
Auf welche Information kann ich verzichten?
● JPEG und JPEG2000 werden im Frequenzraum komprimiert
● Es werden also keine Bildpunkte ausgelassen sondern
Frequenzbereiche
● Aber: Höhere Kompression können Artefakte erzeugen
Quelle: [7]

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OCR: Wasbrauchen wir?
● Geringes Datenvolumen
– Daten werden mehrfach über Internetverbindungen
verschickt und auf externen Servern
zwischengespeichert
– Komprimierte Bilder
● Korrekte Angabe der Bildauflösung (dpi)
– Zu geringe Auflösung führt zu mehrfach berechneten
OCR-Seiten
– Zu große Auflösung kann zu schlechter
Schrifterkennung führen

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Presentation: Wasbrauchen wir?
● Hinreichend gute Qualität für die Browserdarstellung
– Bilder dürfen komprimiert sein. Die benötigte Qualität richtet
sich nach der Darstellung im Browser
– Browser unterstützen nur bestimmte Bildformate: Bitmap, Png,
Jpeg, Gif
● Schnelle Auslieferung der Daten
– Schnell lesbares Dateiformat – keine Aufwändige
Dekomprimierung
– Geringes Datenvolumen
– Caching
● Geringer Speicherverbrauch
– Komprimierung
– Geringere Auflösung

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Präsentation: Wiekommt dasBild zum
Betrachter?
Auslieferung eines Bildes an einen
Internet-Browser
● als Bildpyramide
● als Originalbild
● als gekacheltes Bild

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Ausliefern einer Bildpyramide
Dateisystem
Verkleinern
Browser
WWW
Format-Konvertierung
Content-Server
TIFF
JPEG

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Ausliefern desoriginalen Datenstroms
Dateisystem
Browser
WWW
Content-Server
PNG
PNG

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Ausliefern einesgekachelten Bildes
Dateisystem
Verkleinern
Browser
WWW
Format-Konvertierung
Content-Server
TIFF
Ausschneiden
JPEG

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BildformateimVergleich

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Größenverhältnisseder Formate
TIFF-Raw TIFF-LZW PNG JP2 (lossless) TIFF-JPEG (92%) JPEG (92%) JP2 (1:20)
0
10
20
30
40
50
60
RGB
Grayscale
Bitonal

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Auslieferungszeit von Bildern:
VollständigeFarbbilder – niedrigeAuflösung
TIFF-raw TIFF-LZW PNG TIFF-JPEG JPEG JP2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Karte/w=500px
Karte/w=500px/Subsampling
Ladezeit[s]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Buch/w=500px
Buch/w=500px/Subsampling
Ladezeit[s]

28
VollständigeFarbbilder – hoheAuflösung
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Buch/w=3000px
Ladezeit[s]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Karte/w=3000px
Karte/w=3000px/Subsampling
Ladezeit[s]

29
Vollständigeschwarz/weißBilder
TIFF-raw TIFF-LZW PNG JPEG
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Buch/w=3000px
Ladezeit[s]
TIFF-raw TIFF-LZW PNG JPEG
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Buch/w=500px
Ladezeit[s]

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Farbbilder – Kacheln
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
512x512px/1:1
4096x4096px/1:8
Ladezeit[s]

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Subsampling
Zum schnelleren Lesen einer Datei werden in regelmäßigen
Abständen Pixel übersprungen
→ erhebliche Zeitersparnis beim Einlesen und Skalieren
→ Erzeugt deutliche Artefakte
Quelle: Die digitale Landesbibliothek Oberösterreich, http://digi.landesbibliothek.at/viewer/

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Fazit

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Archivierung: Perspektiven für Jpeg2000
und möglicheAlternativen
● TIFF bleibt das verlässlichste Archivierungsformat, wenn
Speicherbeschränkung keine wesentliche Rolle spielt
● Jpeg2000 bietet effektive Möglichkeiten
– Zur Datenkompression
– Zum Datenzugriff
● Jpeg2000 hat wesentliche Einschränkungen
– Mangel an verlässlichen offenen Implementierungen
– Komplexität des Standards und der Implementierung
● Ist verlustbehaftete Kompression eine Alternative bei teurem
Speicherplatz in der Langzeitarchivierung?
● PNG bietet ein offenes und verbreitetes Format mit verlustfreier
Kompression. Ist dies eine Alternative zum unkomprimierten
TIFF?

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Präsentation: DieInhaltebestimmen das
geeigneteFormat
● TIFF/JPEG bietet insgesamt den besten Zugriff auf Inhalte
● JPEG oder PNG können als schnelle Darstellungsformate für
bestimmte Inhalte dienen
– Bitonale Bilder: PNG
– Thumbnails: JPEG
● Techniken wie Kachelung und Subsampling können die Zugriff
auf Inhalte beschleunigen
● Jpeg2000 bietet großes Potential für
– Datenkompression
– Zugriffsgeschwindigkeit
– Bildqualität
● Aktuelle offene Implementierungen können dieses Potential noch
nicht effektiv nutzen

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Fragen/Bemerkungen?

36
Danke:)

37
Quellen
1) Adobe: Developer/TIFF
http://partners.adobe.com/public/developer/tiff/index.html
2) Aware Systems: TIFF, Tag Image File Format, FAQ
http://www.awaresystems.be/imaging/tiff/faq.html
3) Aleks Jakulin: Baseline JPEG and JPEG2000 Artifacts Illustrated
http://www.stat.columbia.edu/~jakulin/jpeg/artifacts.htm
4) Johan van der Knijff: Ensuring the suitability of JPEG 2000 for preservation, 2010
http://blog.wellcomelibrary.org/2010/12/guest-post-ensuring-the-suitability-of-jpeg-2000-for-preservation/
5) Johan van der Knijff: ICC profiles and resolution in JP2: update on 2011 D-Lib paper, 2013
http://openpreservation.org/blog/2013/07/01/icc-profiles-and-resolution-jp2-update-2011-d-lib-paper/
6) Joint Photographic Experts Group: Overview of JPEG 2000
https://jpeg.org/jpeg2000/index.html
7) Paolo Buonora/Franco Liberati: A Format for Digital Preservation of Images - A Study on JPEG 2000
File Robustness
http://www.dlib.org/dlib/july08/buonora/07buonora.html
8) Joint Photographic Experts Group: Overview of JPEG
http://jpeg.org/jpeg/
9) Eric Hamilton: JPEG File Interchange Format, 1992
http://www.w3.org/Graphics/JPEG/jfif3.pdf
10)Wikipedia: Portable Network Graphics
http://en.wikipedia.org/wiki/Portable_Network_Graphics

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