Wat is het verschil tussen de verschillende opslagformaten van afbeeldingen?

Wat zijn zoal de verschillen tussen de opslagformaten die gebruikt worden voor het opslaan van afbeeldingen? Waarom is het ene formaat kleiner dan de ander en hoe komt het dat sommige veel sneller zijn dan de ander? 

Er zijn nogal wat verschillen tussen de diverse opslagformaten van afbeeldingen. Dit heeft te maken met nieuwe technieken die ontwikkeld worden en ook met het gebruik van de bestanden. Zo wordt met name voor hele grote raster bestanden het MrSid formaat gebruikt, maar is voor foto’s nog steeds JPEG populair.

In de onderstaande lijst staat de basisinformatie vermeld over de meest gebruikte bestandsindelingen van afbeeldingen. Bij ieder formaat wordt ook een doorverwijzing gegeven waar aanvullende informatie te vinden is.

JPEG-formaat
Met de afkorting JPEG (spreekt uit als: jee-peg) wordt een bestandsindeling aangeduid voor het opslaan van afbeeldingen in digitale vorm. Het is een vorm van datacompressie en van broncodering. De naam staat voor Joint Photographic Experts Group.

De JPEG-bestandsindeling kent diverse compressiemogelijkheden. Hoe hoger de compressie des te kleiner het bestand, en des te geringer de beeldkwaliteit. Het kwaliteitsverlies van JPEG valt niet veel op bij foto’s, maar wel bij bijvoorbeeld grafieken, lijnen of letters. Voor dit soort afbeeldingen is de GIF- of PNG-compressie beter geschikt, of de RAW-methode waar de opslag plaatsvindt zonder compressie en het beeld later via geschikte software bewerkt kan worden. Zodoende wordt JPEG veelal gebruikt voor foto’s, bijvoorbeeld gemaakt met digitale camera’s.

Een tekortkoming van de JPEG-bestandsindeling is dat slechts 8-bit per kleur (Rood, Groen en Blauw) mogelijk is en dat er geen mogelijkheid is om een deel van de afbeelding transparant te maken. Sinds 2009 maken de wat duurdere digitale camera's foto's met meer bits per kleur. Ook flatbed scanners kunnen meer dan 8-bit scannen. Doordat de kwaliteit van de apparatuur steeds meer toeneemt, wordt de JPEG-bestandsindeling langzamerhand minder gebruikt.

Een overblijfsel uit de tijd dat het besturingssysteem MS-DOS populair was, is dat de JPEG-bestanden vaak de extensie ‘JPG’ krijgen.

De JPEG-indeling is complex. In tegenstelling tot indelingen als PNG of GIF, wordt niet van een enkel mechanisme gebruikgemaakt, maar wordt een groot aantal stappen na elkaar toegepast om tot het uiteindelijke JPEG-bestand te komen.

GIF-formaat
GIF is een bestandsindeling voor het opslaan van afbeeldingen in digitale vorm.

GIF is de afkorting van Graphics Interchange Format, een grafische bestandsindeling met pixels.

De GIF-bestandsindeling is populair geworden/gemaakt door Compuserve in de jaren tachtig, vanwege de mogelijkheid om grafische informatie over netwerken te versturen. In de jaren negentig is de GIF-indeling overgenomen door ontwikkelaars van het Internet om websites op te luisteren. Tegenwoordig komt het bestand op veel websites en in veel bewegende plaatjes voor.

GIF ondersteunt kleuren, verschillende resoluties, animatie en een transparante achtergrond. Het aantal kleuren in een GIF-bestand is meestal beperkt tot 256 (door het gebruik van 8 bits), die elk wel uit 262.144 verschillende kleuren gekozen kunnen worden. Er zijn echter uitbreidingen die het gebruik van al die kleuren mogelijk maken.

Compressie vindt plaats op basis van de verdeling en het aantal kleuren in horizontale richting. Indien het een afbeelding is met weinig kleuren en met herhalende patronen dan is goede compressie mogelijk en de bestandsgrootte erg klein. Zijn er veel kleuren of is er dithering toegepast dan loopt de bestandsgrootte op en zijn bestandsformaten als JPEG of PNG met 24 bits per pixel veelal een betere optie.

Voor de compressie wordt gebruikgemaakt van de LZW compressietechnologie. Deze technologie is gepatenteerd door Unisys. Hierdoor moesten toeslagen betaald worden voor gebruik van applicaties die deze compressie toepassen (de bewerkingsprogramma’s dus). Dit was een van belangrijkste redenen voor het ontwikkelen van een rechtenvrije grafische bestandsindeling zoals PNG.

PNG-formaat
PNG (spreek uit: pee-en-gee of als Ping) is een bestandsformaat voor afbeeldingen met verliesloze compressie. De afkorting staat voor Portable Network Graphics, maar soms wordt ook het recursieve backroniem PNG's not GIF gebruikt.

Het PNG-formaat is in 1995 in het leven geroepen als alternatief voor het populaire GIF-formaat. Een reden daarvoor was juridisch: GIF-formaat maakte namelijk gebruik van de gepatenteerde LZW-compressie, en de octrooihouder Unisys begon van softwaremakers te eisen dat er betaald moest worden voor licenties om LZW in programma's te mogen gebruiken. Veel open-source-programma's vervingen hun GIF-ondersteuning door PNG. Inmiddels is het octrooi in de meeste landen verlopen.

Daarnaast heeft PNG technische voordelen. Het gebruikt verliesloze compressie, waardoor PNG-afbeeldingen weinig ruimte innemen in vergelijking met ongecomprimeerde formaten zoals BMP en TGA, maar zonder enig verlies van beeldkwaliteit, zoals gebeurt bij bijvoorbeeld JPEG. Ook GIF comprimeert verliesloos, maar ondersteunt maar 256 kleuren (8 bits), terwijl PNG 24 bits ondersteunt. Ook biedt GIF slechts zeer eenvoudige ondersteuning voor transparantie (een kleur kan als transparant worden gebruikt), terwijl PNG gedeeltelijke transparantie ondersteunt middels een alfakanaal. Een PNG-afbeelding kan, net als een GIF-afbeelding, een "palet" hebben. Dit houdt in dat er maximaal 256 kunnen worden gebruikt, maar wat de bestandsgrootte, door het kleinere aantal bits per kleur, extra verkleint. Zo is PNG zowel voor het verliesloos opslaan van afbeeldingen als voor het besparen van geheugenruimte voor simpele afbeeldingen zeer geschikt. Voor grotere afbeeldingen waarin niet alle details volledig aanwezig hoeven zijn - zoals veel foto's - blijft JPEG een goed alternatief. Dit komt omdat JPEG een hogere compressie kan halen.

In een PNG-afbeelding kan voor elke pixel niet alleen een rood-, groen- en blauwwaarde worden opgegeven, maar ook een transparantie (alpha-waarde). Het gevolg hiervan is dat elke pixel een bepaalde hoeveelheid transparantie kan hebben, bijvoorbeeld helemaal doorzichtig of gedeeltelijk doorzichtig met wat rood eroverheen.

Wat vroeger niet kon met PNG, was het ondersteunen van geanimeerde beelden. Tegenwoordig bestaat er APNG of Animated PNG, een PNG-afbeelding die animaties ondersteunt. Reclamemakers ontdekten de animatiemogelijkheden van GIF op het internet rond de tijd dat PNG geïntroduceerd werd, wat de opkomst van PNG, maar vooral het verdwijnen van GIF vertraagde. Tegenwoordig wordt voor bewegende advertenties vaak GIF of Flash gebruikt.

Een ander verwant formaat is JNG, dat JPEG-compressie in een PNG-achtig formaat biedt. Het is vooral ontworpen om te combineren met MNG.

MrSID-formaat
MrSID (uitgesproken als Mister Sid) is een acroniem dat staat voor Multiresolution Seamless Image Database, wat zoveel wil zeggen als multiresolutie naadloze afbeeldingsdatabase. Het is een bestandsformaat met de extensie .SID dat ontwikkeld en gepatenteerd is door LizardTech. Het is ontwikkeld voor het opslaan van luchtfoto's met bijbehorende locatie.

MrSID werd oorspronkelijk ontwikkeld voor gebruik met geografische informatiesystemen (GIS), omdat grote afbeeldingen ermee opgedeeld kunnen worden. Er wordt gesteld dat ook voor het internet MrSID een geschikt formaat zou zijn, omdat één bestand meerdere niveaus van kwaliteit en zoom bevat. Bij het bekijken ervan wordt alleen het opgevraagde deel verstuurd, waardoor er minder data wordt gegenereerd.

De maker van het formaat, LizardTech biedt een softwarepakket aan om met MrSID-bestanden te werken, GeoExpress genaamd. Ze bieden ook een gratis browserplugin aan voor gebruik met Firefox en Internet Explorer. Daarnaast kunnen de meeste GIS-programma's en verschillende fotobewerkingsprogramma's (IrfanView) MrSID bestanden openen.

Bij het omzetten naar het MrSID formaat, wordt eerst een lossless compressie toegepast om het bestand te verkleinen. Daarna worden op die afbeelding verschillende manieren van compressie toegepast, die allen in het MrSID bestand worden opgeslagen. Bij het decoderen wordt één van de lagen geopend, waardoor het openen vrij snel verloopt.

BMP-formaat
BMP (een afkorting van bitmap) Het wordt gebruikt door onder andere het grafische subsysteem (GDI) van Microsoft Windows en wordt BMP of DIB (Device Independent Bitmap) genoemd.

BMP-bestanden zijn meestal niet gecomprimeerd, waardoor ze vaak veel groter zijn dan gecomprimeerde grafische bestanden die een plaatje van dezelfde afmeting bevatten. Daar waar datacompressie wordt toegepast in een BMP-bestand, is dat van het RLE-type. Dit comprimeert tekeningen nog enigszins, maar volstaat niet voor foto's. BMP-bestanden in 24 bits-true-color zijn nooit gecomprimeerd.

BMP-bestanden kunnen de volgende indelingen hebben:

• 1 bit (2 kleuren);
• 4 bits (16 kleuren);
• 8 bits (256 kleuren);
• true-color (RGB, 8 bits per kleur, dus 24 bits per pixel).

Het bestandstype kent een variant voor Microsoft en OS/2.
De bestandsgrootte van een typische afbeelding in true-color-BMP-indeling kan als volgt worden berekend: bestandsgrootte (in bytes) = breedte (in pixels) * hoogte (in pixels) * aantal bytes per pixel
Dit is exclusief de header en andere overhead. Dus een 800x600-afbeelding beslaat bijna anderhalve megabyte.

TIFF-formaat
Tagged Image File Format (TIFF) is een variabele resolutie bitmap-image formaat ontwikkeld door Aldus (nu onderdeel van Adobe) in 1986. TIFF is heel goed te gebruiken voor de opslag van kleur of grijstinten afbeeldingen in de pagina opmaak toepassingen, maar is minder geschikt voor het leveren van web content.

TIFF-bestanden zijn groot en van zeer hoge kwaliteit. Baseline TIFF-afbeeldingen zijn zeer goed draagbaar, ze kunnen de meeste afbeeldings-, desktop publishing en tekstverwerkingpakketten lezen.

De TIFF-specificatie is gemakkelijk uit te breiden, hoewel dit ten koste gaat van haar overdraagbaarheid. Veel toepassingen hebben hun eigen extensies, maar een aantal van de applicatie-onafhankelijke extensies worden erkend door de meeste programma's.

Vier soorten van de baseline TIFF-afbeeldingen zijn beschikbaar: zwart-wit (zwart en wit), grijstinten, palet (dat wil zeggen, geïndexeerd) en RGB (dat wil zeggen, ware kleuren). RGB-beelden kunnen maximaal 16,7 miljoen kleuren weergeven. Palet en grijs-schaal beelden zijn beperkt tot 256 kleuren of tinten. Een gemeenschappelijke uitbreiding van TIFF maakt het ook mogelijk voor CMYK-afbeeldingen.

TIFF-bestanden kunnen wel of niet worden gecomprimeerd. Een aantal methoden kunnen worden gebruikt om TIFF-bestanden, met inbegrip van de Huffman en LZW algoritmen te comprimeren. Zelfs in gecomprimeerde vorm zijn TIFF-bestanden meestal veel groter dan vergelijkbare GIF-of JPEG-bestanden.