Kompression (verlustfrei / verlustbehaftet), Komprimierverfahren, Komprimiermethoden
Bildqualität
Erstaunlicher Weise ist der oft verwendete Ausdruck Bildqualität nicht sauber definiert. Deshalb kann und darf jeder darunter auch etwas anderes verstehen.
Lassen Sie uns hier zur Besprechung des Themas Kompression die Sache so definieren: Das ist das Maximum an Bild-Informationen, welche der Sensor / die Kamera überhaupt liefern kann.
Komprimierverfahren
Genau genommen handelt es sich um eine Datenkompression, ein Wort, das aus dem englischen Data compression lehnübersetzt wurde. - Im Grunde werden nämlich nicht die Bilder komprimiert, sondern nur die Bilddaten. Bereits bei Bilddaten handelt es sich jedoch um eine extreme Vereinfachung, da in der Regel (je nach Sensor und eingestelltem Farbraum in der Kamera) nur bestimmte Farbräume überhaupt aufgezeichnet werden und dann meist nur als RGB (Rot-Grün-Blau-Bild) jener drei Farbkomponenten. Hinzu erfolgt durch die Farbmatrix (Bayer etc.) noch eine Überbetonung der Farbe Grün, weil das menschliche Auge darauf sensibler reagiert. Siehe hierzu u.a. die Ausführungen im Artikel Farbtreue.
Es finden sich extrem viele Komprimierverfahren für Daten.
Die Komprimierung von Bilddaten ist ein Sonderbereich mit Sonderverfahren. Als erster (wie immer oberflächlicher und keineswegs genauer) Einstieg in die Bildkomprimierung kann Wikipedia dienen.
Eine interessante Arbeit zu dem Thema - insbesondere auch einiger Verfahren zur Bildkomprimierung (S. 58ff.) - finden Sie unter dem Titel Datenkompression.
Zu unterscheiden sind grundsätzlich die verlustbehaftete Kompression von der verlustlosen. Fast alle verwendeten Verfahren sind in irgendeiner Form verlustbehaftet. D.h. aus der komprimierten Datei kann man ein zwar ähnliches, aber nicht exakt identisches Original herstellen. Das typische Beispiel im Fotobereich ist das Dateiformat JPEG - oder moderner: HEIF.
Vorteile der Kompression
Datenkompression führt zu kleineren Dateien. Dadurch können sowohl die Datenspeicher in der Kamera kleiner, als auch langsamer werden, um dieselbe Leistung zu erzielen - im Vergleich zu unkomprimierten Daten.
Dies führt einerseits in der Regel zu preiswerteren Speicherkarten für den Anwender.
Andererseits können so auch mehr (kleine) Dateien in derselben Zeit abgespeichert werden, sofern dies bei hohen Dauerserienbildgeschwindigkeiten erforderlich ist.
Letztendlich führt dies zu kleineren Festplatten im PC sowie kleineren externen Festplatten und anderen Speichermedien zur Datensicherung.
Ein in der täglichen Arbeit mit sehr vielen Dateien oft spürbarer Effekt ist die vermeintlich 'höhere Transfergeschwindigkeit' dank geringerer Dateigröße. Genau genommen geschieht jedoch nur das Hinüberkopieren von der Kamera-Speicherkarte zum PC und das Sichern vom PC auf externe Datenträger schneller. Denn die eigentliche Transfergeschwindigkeit (GB/Sek.) bleibt selbstredend von der Hardware abhängig und identisch.
Pauschal werden deshalb gerne Zeit- und vor allem Geldvorteile für die Datenkompression angeführt.
Was wird komprimiert
Dieses Frage klingt zuerst einmal merkwürdig, wird aber gleich klarer.
Jeder wird denken oder sagen: Das Bild wird komprimiert. Aber welches?
Meist wird die Bildqualität als die maximale Leistung des Sensors / der Kamera definiert.
Sofern exakt jene verwendet wird, ist alles in Ordnung. Das bedeutet dann aber auch die maximale Pixelzahl des Sensors und in der maximale Bit-Tiefe jedes Pixels.
Bei beiden Werten wird heute jedoch getrickst. Denn fast alle modernen Kameras erzielen ihre Spitzenleistungen nur bei Reduktion der Bit-Tiefe und / oder der Auflösung in Pixel.
Statt sagen wir fiktiven 9.000*6.000 Pixel Sensorauflösung wird das Bild in der ersten Stufe verkleinert auf 6.000*4.000 oder 3.000*2.000 Pixel. So etwas wird dann gerne u.a. als Medium RAW oder Small RAW bezeichnet. Das kann man manchen. Aber daraus ist es unmöglich, wieder das identische Bild in der maximalen Auflösung zu erstellen. - Wer es nicht glaubt, kann es gerne auf seinem PC mit der Foto-Software seines Vertrauens durchführen. Selbst modernste KI-Vergrößerung führt nicht wieder zum Original zurück.
Statt der heute üblichen 14-Bit-Farbtiefe je Farbkanal werden vor allem bei rein elektronischem Verschluss oder auch elektronic first curtain - auch EFC genannt - (also halbmechanischem Verschluss) oft nur 12, oder 11 oder sogar nur 10 Bit ausgelesen. Das klingt zuerst einmal harmlos: Nun ja, wegen 2, 3 oder 4 Bit regt man sich nicht auf. Das sollten Sie aber. Denn das sind Potenzzahlen zur Basis 2. Fehlen in der heute üblichen Reduktion von 14 auf nur 12 Bit zwei Bit, dann sind das 2², also von unten betrachtet viermal so viele Daten oder von oben betrachtet nur 1/4 der Daten. Dieser Unterschied ist definitiv sichtbar.
Exakt hierzu schweigen sich die Hersteller jedoch alle aus und weisen selbst in Fußnoten heute nur ziemlich undeutlich auf die wahren Details. So schreibt Adobe zu seinem in jeder Software verwendeten DNG-Format: DNG-Dateien sind in der Regel um 15 bis 20 % kleiner als RAW-Dateien, der Qualitätsunterschied ist jedoch nur minimal.
- Nun, ja. 20% weniger kann man messen und auf hochwertigen kalibrierten Monitoren auch sehen. Denn minimal
heißt eben nicht identisch.
Somit werden jene irgendwie gearteten Ausgangsdaten komprimiert. Sind jene Ausgangsdaten (wie oben beschrieben) bereits durch eine Auflösungsreduktion (in Pixel) oder durch eine Reduktion der Bit-Tiefe verschlechtert, dann spielt die Kompression keine so wichtige Rolle mehr.
Konkret handelt es sich dann um wertloses Marketing-Gerede, wenn man von verlustloser Kompression spricht. Denn die sogenannten Ausgangsdaten sind bereits deutlich verlustbehaftet.
Folglich ist es zur Erzielung der höchsten Bildqualität nur sinnvoll die maximale Auflösung in der maximalen Bit-Tiefe verlustfrei zu komprimieren. Alles andere ist verlustbehaftet.
Somit ist 'Lossless Compressed RAW' tatsächlich 'Lossless'. Aber es kommt auf die Details davor an. Wenn es so wörtlich im Prospekt steht, dann muss das mathematische Kompressionsverfahren verlustfrei sein, sonst wäre es Betrug. Aber auch das kam schon vor. - Dennoch wird fast immer in der Stufe davor getrickst, und dann wortgewandt auf das anschließende mathematische Komprimierverfahren abgehoben. D.h. das Bild ist trotzdem sichtbar schlechter im Vergleich zum Original.
Wie wird komprimiert
Auch hierzu lassen sich die Kamerahersteller nicht aus. Sie geben nie das genaue Kompressions-Verfahren für die (angeblich) verlustlose noch die verlustbehaftete Komprimierung an. Deshalb kann auch niemand Details dazu sagen.
Dazu existieren auch viele Oberklassen /-Methoden und Unter- sowie Misch-Varianten. Das lässt sich sogar je nach Firmware-Update-Version des Kameramodells in den Details ändern.
Grundsätzlich liegt jedoch ein Denkfehler vor: Es handelt sich um sogenannte 'statistische Verfahren'. Dabei werden Wahrscheinlichkeiten berechnet oder vermutet. Im Grunde werden bei einer Komprimierung erwartbare Redundanzen weggelassen / gelöscht / zusammengefasst. So etwas funktioniert erstaunlich gut in Bildern mit großen gleichmäßigen Flächen: z.B. einem blauen Himmel.
Je kleinteiliger das Bild jedoch ist, umso eher versagen jene Komprimiermethoden. Ganz schlecht sieht es bei Fotos von Sand, Kies, Mosaiken etc. aus. Ähnlich unglücklich sehen die Ergebnisse oft bei harten Kontrasten aus: Sonne an Bergrücken oder einem schwarzen Vogel im Gegenlicht am Himmel.
Nochmals: Statistik beschäftigt sich mit Wahrscheinlichkeiten. Sofern Sie eine Foto oder Video außerhalb der wahrscheinlichen Aufnahmebedingungen aufnehmen, stoßen Komprimiermethoden ganz schnell an Grenzen. Das betrifft auch die angeblich verlustfreie Komprimierung. Sie liefert für Standard-Aufnahmen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekte Ergebnisse.
Aber es wird mathematisch berechnet: D.h. es werden meist Kontrollsummen überprüft - nicht die einzelnen Bits der Farbpixel. Somit besteht letztendlich keine hundertprozentige Garantie, dass das aus der Kompression entpackte Bild mit dem ursprünglichen absolut identisch ist.
Mess- und Sichtbarkeit
Korrekt ist jedoch, dass die meisten Menschen schlechte Augen haben, keine Schulung in der Bildbetrachtung und Fotoanalyse besitzen, miserable, kleine, schlecht eingestellte Monitore verwenden, die zudem oft falsch kalibriert wurden oder sogar im Sonnenlicht blenden, oder auf billigem Fotopapier in kleinen Bildformaten (am beliebtesten ist 10*15 cm) ausbelichten etc.
Unter derartigen Rahmenbedingungen werden viele mess- und mit hochwertigen Monitoren (z.B. 8K mit 32-Zoll-Diagonale oder größer) sowie auf großen hochwertigen Ausdrucken sichtbare Unterschiede weitgehend eingeebnet - d.h. dem ungeschulten Auge und dem oberflächlichen Betrachter kaum auffallen.
Die Standardbehauptung bei jeglicher (unsachlichen) Diskussion ist dann immer: Ich kann keinen Unterschied sehen.
Aber der Hauptgrund liegt bereits darin, dass man keinen Vergleich zur Bestmöglichen Bildqualität besitzt und sich auch keine Zeit nimmt und Mühe zum Vergleich gibt.
Nochmals zur Klarstellung: Die Unterschiede sind immer messbar und in vielen Fällen auch zweifelsfrei sichtbar. Dies betrifft fast immer Bilder mit hohem Dynamikumfang und / oder starken Kontrasten. (Dynamik- und kontrastschwache) Nebelaufnahmen hingegen gelingen mit jedem Smartphone und 8-Bit-JPEG.
Mit speziellen Messverfahren wird man jedoch immer irgendwelche Unterschiede bei Kompressionen erkennen. Ob diese relevant sind, muss jeder Anwender selbst entscheiden.
Technische Probleme
Man sollte deshalb genau hinsehen. - Auch hier gilt: Es geht nicht darum, was Ihnen besser gefällt, sondern nur darum, dass jedes Format anders aufzeichnet und somit die Welt anders abbildet.
Wer das Maximum an Farbqualität aus der eigenen Kamera respektive dem eigenen Sensor herausholen will, sollte in den Voreinstellungen der Kamera die maximale Qualitätsstufe (gleichgültig, ob er RAW oder JPEG fotografiert) wählen - auch, wenn sich dadurch die Dateigröße und die Speicherzeit je Bild ggf. deutlich erhöhen.
Noch viel unübersichtlicher sieht es im Übrigen bei Video aus. Hier sind bereits die Kodizes derart unterschiedlich, dass die darin dann beinhalteten Dateiformate nicht mehr vergleichbar sind. De facto stellt jedes Video-Format in jedem Kodex die Welt messbar anders dar. Ferner werden die Aufzeichnungsverfahren je nach Bit-Tiefe beschrieben (z.B.: in 4:2:2). Auch hier gilt: je größer die Werte, desto mehr Inhalt findet sich, den man sehen, herausholen und nachbearbeiten kann.
Gerne übersehen wir der Umstand, dass komprimierte Dateien zum Entkomprimieren hohe Rechenleistung und / oder Zeit benötigen. D.h. der Ablauf sowohl beim Öffnen, Betrachten als auch Weiterbearbeiten wird verlangsamt. Man benötigt folglich zum frustfreien Arbeiten einen teuren Hochleistungsrechner. Somit wird die Einsparung des Speicherplatzes dennoch durch Geld und / oder Zeit auf der anderen Seite kompensiert. Was für einen selbst wichtiger ist, ist eine rein individuelle und subjektive Entscheidung.
Auch die angebliche enorme Zeitersparnis beim Kopieren / Sichern kleiner Dateien ist nicht korrekt. Denn faktisch lassen sich große Dateien schneller kopieren als kleine. Das Nadelöhr sind meist die Kontrollprozesse zur Sicherstellung des korrekten Dateitransfers. Denn die Lese- und Schreibraten sind bei modernen Datenträgern sehr hoch und steigen mit der Dateigröße an. Wer es nicht glauben will, der führt einfach einmal einen Test mit der kostenlosen Software AS SSD Benchmark. Jene Testsoftware listet die unterschiedlichen Werte je nach Dateigröße auf.
Ferner sollte man auch das Problem der Fehleranfälligkeit der Kompression als solcher sowie der höheren Fehleranfälligkeit der komprimierten Daten bei einem defekten Cluster auf dem Zielmedium berücksichtigen. Zwar kann man auch bei Fotos durch Kompression noch Platz sparen. Aber Clusterfehler auf dem Speichermedium treten überall statistisch gesehen vorhersagbar auf. Während man dann oft das unkomprimierte Foto noch mit dem Grafikprogramm öffnen kann, so ist die komprimierte Datei eventuell nicht mehr entpackbar.
Anwendungszweck
Wer RAW verwendet, will nachbearbeiten. Das ist der einzige Vorteil von RAW. Wer jedoch nachbearbeiten will, sollte immer die maximal mögliche Bildqualität als Ausgangsmaterial verwenden. Nur so kann man wirklich das Bild in alle Richtungen verändern, ohne sofort sichtbare Bildverschlechterungen zu erzeugen.
Wer nur dokumentiert oder für soziale Medien, das Internet etc. aufnimmt, ist ohne eigene umfangreiche Nachbearbeitung mit JPEG oder HEIF besser bedient. Siehe hierzu auch die praxisbezogenen Anmerkungen bei RAW und JPEG.
Mit anderen Worten: Wer sich heute noch eine dedizierte Kamera anschafft und dazu nochmals teure, schwere, große Objektive, sollte unkomprimiertes RAW verwenden.
Allerdings ist auch klar, dass inzwischen in weit über 80% der Fälle der Fotografie und Videografie ein modernes Smartphone das auch alles bieten kann - für Menschen, die nicht mehr umfassend nachbearbeiten oder etwas schnell publizieren wollen. Wer dennoch manuell Hand an die Nachbearbeitung legen will, findet dort im Übrigen auch RAW-Dateien.
Empfehlungen für die Praxis
Für wichtige Aufnahmen, welche man (extrem) nachbearbeiten möchte und sichergehen will, dass wirklich das Maximum aus der Kamera / dem Sensor geholt wurde, sollte man unkomprimierte Dateien verwenden. Also meistens - vor allem bei Einzelaufnahmen. Denn, wer 5-stellige Summen für hochwertige Kameras und Objektive ausgegeben hat, um die maximale Bildqualität zu erzielen, will schließlich nachher diese im schlimmsten Fall nicht auf unter Smartphone-Niveau reduzieren.
Schnelle Speicherkarten in der Kamera sind zwar teuer, aber kein Grund zum Sparen - definitiv nicht in jener Preisklasse der Kameras und Objektive. Und externe Festplatten zur Datensicherung waren zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Kapitels bis zu 22 TB relativ preiswert verfügbar (22 TB für unter 500 Euro 2024).
Bei vielen Kameras (aller Hersteller) erhält man jedoch entweder die höchste Geschwindigkeit und / oder den längsten Puffer nur mit irgendwelchen Komprimiermodi. Da muss man dann bei bestimmten Fotostilen (z.B. Sport- und Wildtierfotografie) Kompromisse eingehen, sofern man es wirklich muss, aber im Grunde eher ungern.
Exakt jene beiden Fotostile fallen jedoch häufig zusammen mit hoher ISO-Zahl (z.B. Hallensport oder Dämmerungsfotos von Tieren). Dann wird (bei ISO 6.400 oder höher) sowieso niemals die maximale Bit-Tiefe von 14 Blenden Dynamikumfang geliefert. D.h. das Sensormaterial ist schon schlechter. Dann kann man (mit Bauchschmerzen) auf 12 Bit reduzieren und das dann noch irgendwie komprimieren. Bei der Sportfotografie kommt ferner hinzu, dass meist von den Kunden verkleinert und sowieso auf Klopapier
ausbelichtet wird, wie ein Sportfotograf einmal zusammenfasste. Vom Druck in Zeitungen darf man überhaupt nichts erwarten. Mehr als 6 Bit Dynamikumfang sowie im Extremfall sogar farbverschoben im Offset-Druck kommt da selten heraus. Und selbst die Sportzeitschriften sind nur wenig hochwertiger. Da wird meist in der Nachbearbeitung getrickst, sofern es für DIN A 4 oder selten DIN A 3 erforderlich ist.
Wer hingegen Wildvögel im Flug bei Gegenlicht aufnehmen will, stößt selbst heute an physikalische Grenzen: Entweder muss er mit weniger Bildern je Sekunde aufnehmen, um unkomprimiertes RAW in der höchsten Bildqualitätsstufe zu erhalten, verpasst dann aber evtl. den 'entscheidenden' Moment z.B. des Eintauchens mit dem Schnabel / den Krallen ins Wasser minimal. Oder er kann mit höherer Serienbildgeschwindigkeit arbeiten, muss dann jedoch Verluste bei der Bildqualität akzeptieren.
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