Warum JPEG-Kompression nicht des Teufels ist

Zu meinem Beitrag «RAW vs. JPEG» fand ein Mister Anonymous:

Ein wesentlicher Nachteil am JPEG sollte aber noch beleuchtet werden. Das Format verwendet eine Kompression die nicht verlustfrei ist. Jedes Öffnen und erneute Abspeichern verändert die Daten und verschlechtert somit das Bild.

Er erntete damit viel Zustimmung. Ich stimme dem rein theoretisch auch zu, bin aber der Meinung, dass dieses Problem in der Praxis nicht wichtig ist. Lass mich erklären, weshalb.

Kompression ist nicht per se böse

Zuerst ein paar Worte ganz grundsätzlich zu Kompression. Ich stelle immer wieder fest, dass viele Leute eine panische Angst vor allem haben, was irgendwie komprimiert ist. Sie glauben zum Beispiel, dass drei Viertel der Informationen futsch sind, wenn eine Datei nur noch einen Viertel des Platzes braucht. Das ist falsch. Kompression funktioniert eher so, dass der Algorithmus nur dann etwas mitteilt, wenn es tatsächlich was zu sagen gibt.

Stark vereinfachtes Beispiel: Wir haben einen Bildblock, der aus 3x3 Pixel besteht. Alle Pixel sind weiss. In einem unkomprimierten Dateiformat wie z.B. BMP wird dieser Block so beschrieben:

• Das erste Pixel der ersten Zeile ist weiss
• Das zweite Pixel der ersten Zeile ist weiss
• Das dritte Pixel der ersten Zeile ist weiss
• Das erste Pixel der zweiten Zeile ist weiss
• Das zweite Pixel der zweiten Zeile ist weiss
• Das dritte Pixel der zweiten Zeile ist weiss
• Das erste Pixel der dritten Zeile ist weiss
• Das zweite Pixel der dritten Zeile ist weiss
• Das dritte Pixel der dritten Zeile ist weiss

Dasselbe lässt sich auch kürzer sagen:

Wenn jedes Pixel eine andere Farbe hat, muss das natürlich auch im komprimierten Format im Detail aufgeführt werden. Aber nur dann. Das ist der Unterschied. Kompression beschreibt ein Bild flexibel, je nachdem wie viel Information nötig ist. Bei unkomprimierten Formaten wird ganz stur einfach jedes Pixel separat definiert. Im Audiobereich ist es ähnlich: Eine unkomprimierte Audio-Datei benötigt pro Minute immer gleich viel Platz, egal ob totale Stille herrscht oder komplexe Orchestermusik zu hören ist. Bei MP3 dagegen sind die Dateigrössen in den beiden Fällen unterschiedlich.

Problematisch wird die Kompression, wenn du sehr stark komprimierst. Dann fängt der Kompressions-Algorithmus an, auch Dinge zusammenzufassen, die er eigentlich trennen müsste, so im Stil von «diese neun Pixel mit verschiedenen Farben sind im Durchschnitt alle graubraun».

Kamera-JPEGs sind qualitativ hochwertig

Der wahrnehmbare Qualitätsverlust bei der Komprimierung ist nicht linear. Er verläuft eher so:

Das bedeutet, dass man bis etwa zum eingekreisten Bereich ziemlich schmerzlos komprimieren und damit eine Menge Datenvolumen einsparen kann. Bei sehr starker Komprimierung dagegen verursacht jedes zusätzlich eingesparte Kilobyte sichtbaren Schaden.

Die JPEGs, die aus deiner Kamera herauskommen, sind allesamt im hohen, praktisch nicht sichtbaren Bereich angesiedelt. Das gilt auch für die schlechteren Qualitätsstufen. Kein Kamerahersteller ist so blöd, verkrüppelte Bilder zu speichern und dabei gar nicht einmal viel Platz zu sparen.

Neu speichern bringt eh Qualitätsverlust

Bei der Bearbeitung eines Bildes geht naturgemäss viel Information verloren, egal ob man Kompression verwendet oder nicht. Bei manchen Vorgängen wie dem Beschneiden eines Bildes ist das völlig klar. Aber auch beim Drehen eines Fotos, etwa um den Horizont zu begradigen, verliert das Bild an Schärfe. Denn jedes Pixel muss ein wenig verschoben werden und passt dann nicht genau in das rechtwinklige Raster, das das Bildformat den Bildinformationen vorschreibt. Nur 90-Grad-Drehungen sind verlustfrei, weil jedes Pixel genau in den Platz des Pixelrasters passt.

Ich habe das mal anhand eines extremen Beispiels durchprobiert. Das folgende Bild wurde 18 Mal gedreht und immer wieder neu abgespeichert. Mit dem letzten Dreh wurde es wieder wie ursprünglich ausgerichtet, das Bild hat also eine 360-Grad-Drehung hinter sich.

Das ist das Originalbild. Wobei unsere Website die Bilder nach dem Hochladen automatisch komprimiert. Das heisst, dass Bild auch nicht so ganz original ist. Aber man sieht den Unterschied trotzdem sehr gut.

Nach 18 Mal neu überschreiben mit verlustfreiem Tiff ist dann jegliche Schärfe weg:

18 Mal neu überschrieben mit komprimiertem JPEG:

Zugegeben: das JPEG sieht bei genauem Hinsehen noch schlechter aus als das Tiff (vor allem die Farbabstufungen im Himmel). Aber auch das Tiff sieht echt schlecht aus. So schlecht, dass es dann irgendwie auf die zusätzlichen Mängel beim JPEG auch nicht mehr drauf ankommt.

Neu abspeichern musst du meist gar nicht

Natürlich wirst du ein Bild niemals 18 Mal neu abspeichern. Stattdessen wirst du das Original behalten und von diesem neu anfangen, wenn du merkst, dass du mit der Bearbeitung auf dem Holzweg bist.

Genau das tun die meisten heutigen Bildbearbeitungsprogramme sowieso. Das Original wird im Hintergrund behalten, und wenn du deine Einstellungen bezüglich Helligkeit, Kontrast etc. veränderst, wird das immer vom Original neu berechnet. Von der simplen Foto-App auf dem iPhone bis zu Adobe Photoshop Lightroom funktioniert das fast immer so. Das nennt sich «nichtdestruktive Bildbearbeitung».

Der gute alte Photoshop hat mittlerweile 27 Jahre auf dem Buckel, was man dem Grundkonzept der Software anmerkt. Auch dort gibt es aber schon seit längerem verschiedene Möglichkeiten zur nichtdestruktiven Bearbeitung. Die wichtigste davon sind die Einstellungsebenen.

Wenn du aus dem Menü «Ebene» den Punkt «Neue Einstellungsebene» aufrufst, kann du eine bestimmte Einstellung wie zum Beispiel die Belichtung als Ebene speichern. Die Regler kannst du dann beliebig oft ändern, ohne dass das Originalbild verändert wird. Dafür musst du das Bild aber als Photoshop-Dokument (.psd) abspeichern und daraus dann ein JPEG exportieren, wenn du das Bild im Internet teilen willst.

Zusammenfassung

• Die JPEGs die aus einer Kamera herauskommen, haben kaum jemals sichtbare Qualitätsmängel. Sie werden «behutsam» komprimiert.
• Auch unkomprimierte Formate sind beim erneuten Abspeichern nicht vor Informationsverlust geschützt.
• Wiederholtes Speichern in einem komprimierten Format ist in der heutigen Bildbearbeitung sowieso meist unnötig und unüblich.

Daraus folgt die völlig überraschende Erkenntnis: JPEG ist keine Ausgeburt der Hölle.