Ergänzung: Dateiformate von Bildern

Portable Bitmap für Schwarzweiß – Bilder

In Klasse 7 entwickelten die SuS Ideen, wie man ein Schwarzweiß-Bild binär darstellen kann. Es wurde die Notwendigkeit eines Protokolls thematisiert, also einer Vereinbarung über das Format, in dem das Bild übertragen wird. Sehr wahrscheinlich einigten sich viele SuS auf ein Format, das dem Portablen Bitmap sehr ähnlich ist.

Aufbau einer PBM-Datei:

Zunächst decodieren die SuS eine Bitfolge im PBM-Format und ermitteln das zugehörige Schwarzweiß-Bild. Zur besseren Erkennbarkeit sind Kopfdaten im Beispiel nicht binär angegeben.

Hinweis: Die Angabe der Bildhöhe ist im PBM-Format immer enthalten, sie ist aber nicht zwingend notwendig, weil sie sich aus der Breite und der Pixelzahl ergibt.

In Aufgabe 2 wird eine vorgegebene Textdatei durch Ändern der Endung in ein Portables Bitmap umgewandelt werden. Ergänzend können die SuS in der Textdatei einzelne Bits ändern und das Ergebnis mit einem Bildbetrachtungsprogramm (z.B. IrvanView) betrachten.

Optional können die SuS ein eigenes PBM-Bild erstellen.

Bei der Betrachtung der Datenmenge bzw. des benötigten Speicherplatzes wird zwischen Header und Bilddaten unterschieden. Der Header P1_24_36_ besteht aus 9 Stellen (incl. der drei Leerzeichen). Je Stelle wird 1 Byte (8 Bit) benötigt, weil Buchstaben und Zahlen mit der ASCII-Tabelle codiert werden. Die Bilddaten benötigen so viele Bits wie das Bild Pixel hat.

Hinweis: Tatsächlich wird jedes Pixel mit 1 Byte codiert (00000001 für schwarz, 00000000 für weiß). Die SuS können dies selber herausfinden, indem sie den berechneten Wert mit dem im Dateimanager vergleichen.

Portable Greymap für Graustufen–Bilder

Für Graustufen-Bilder ist eine PGM-Datei abgebildet, bzw. es liegt die PGM-Datei bereit. Die SuS ermitteln daraus das allgemeine PGM-Format.

Aufbau einer PGM-Datei:

Anhand der Abbildung über verschiedene Graustufen wird veranschaulicht, wie viele Abstufungen jeweils möglich sind, wenn 1, 2, 4, bzw. 8 Bit zu Darstellung eines Pixels verwendet werden.

Die 1, 2, 4, 8 Bit entsprechen jeweils der Farbtiefe.

Farbtiefe = 1 bit: 0,1 → 2 Farbstufen

Farbtiefe = 2 bit: 00,01,10,11 → 4 Farbstufen

Farbtiefe = 3 bit: 000, 001,010, 011, 100, 101, 110, 111 → 8 Farbstufen usw.

Portable Pixmap für Farb–Bilder

Nach den qualitativ sehr einfachen Schwarzweiß-Bildern und den etwas realistischeren Graustufen-Bildern bilden Farbbilder die Realität viel besser ab. Allerdings wird die Datenmenge auch sehr viel größer.

Bei Farbbildern wird häufig der RGB-Farbraum verwendet mit je 8 Bit für den Rot-, den Blau- und den Grün-Wert. ( 256³ = 16.777.216 verschiedene Farben). Bei 16 Bit ergeben sich ca. 281 Billionen Farben.

Es können weitere, den SuS bekannte Bildformate gesammelt werden, um bei der Daten­kompression wieder aufgegriffen zu werden, z.B. JPG, BMP, RAW, GIF, PNG, SVG.

Alternativen/Ergänzungen:

Nicht im Bildungsplan enthalten sind SVG-Grafiken. Zur Differenzierung oder als Ergänzung kann die Vektordarstellung als Alternativ-Konzept zur Pixeldarstellung betrachtet werden. In Aufgabe 6 ist dazu ein Beispiel zum Selbsterkunden.

Unterrichtsgang: Herunterladen [odt][1 MB]

Unterrichtsgang: Herunterladen [pdf][824 KB]

Weiter zu Das Problem des kürzesten Weges