Das Bitmap Dateiformat

Woran erkennt man eine Bitmap?

Eine Bitmap (mit der Dateierweiterung *.bmp, seltener auch *.dib für geräteunabhängiges »device independent bitmap«) ist ein pixelorientiertes zweidimensionales Dateiformat für Rastergrafiken. Jeder einzelne Pixel bzw. Bildpunkt wird in einer einfach strukturierten Form gespeichert. Die aneinandergereihten Pixel ergeben in Form einer Matrix das Gesamtbild. Der Begriff »bitmap« bezieht sich auf die Beschreibung der Informationen eines Pixels durch ein oder mehrere Bits (binary digit). Der Wortteil »map« verweist auf die aus der Matrixform resultierende, stets rechteckige Form. Das Bitmap-Format wurde für die Betriebssysteme Microsoft Windows und IBMs OS/2 entwickelt. Die Einführung erfolgte mit Windows 3.0 im Jahr 1990.

Merkmale einer Bitmap

• Auflösung

Die Auflösung einer Bitmap wird in DPI (dots per inch) angegebenen. Bitmaps lassen sich per Zoom vergrößern, jedoch erscheinen die Pixel auf dem Bildschirm oder im Ausdruck im ungünstigsten Fall als deutliche Quadrate. Eine hohe Auflösung geht mit erhöhtem Speicherbedarf einher. So führt eine Verdopplung der Auflösung zu einer Vervierfachung des benötigten Speicherplatzes.

• Farbtiefe

Die Farbtiefe bestimmt, wie viele verschiedene Farben für die Darstellung einer Grafik verwendet werden und damit, wie fein die Farbabstufungen im Bild sind. Das Bitmap-Dateiformat bietet Schwarz-Weiß– oder Farbdarstellungen nach dem Rot-/Grün-/Blau-, kurz RGB-Farbmodell. Die Kodierung in Graustufen ist mit Hilfe von Farbtabellen ebenfalls möglich. Dabei wird eine definierte Fläche auf dem Display erzeugt, bei der die Farbe für jeden Bildpunkt bzw. für jedes Bit festgelegt ist. Geläufige Farbtiefen reichen von 1 Bit pro Pixel für

Wie ist das mit der Farbtiefe?

zweifarbige Schwarz-Weiß-Darstellungen über 4 Bit bei 2^4 = 16 zugewiesenen Farben, 8 Bit bei 2^8 = 256 Farben (Standard-VGA), 16 Bit bei 2^16 = 65.536 Farben bis hin zu 24 Bit pro Pixel bei 2^24 = 16,7 Mio. Farben (TrueColor). Eine weitere Farbtiefe von 32 Bit pro Pixel wird für programmabhängige Sonderfunktionen verwendet, z.B. als Alpha-Kanal zur Definition von Transparenzen.

• Komprimierung

Bitmap-Dateien können unkomprimiert oder (seltener) mit der verlustfreien Lauflängencodierung RLE (run length encoding) komprimiert sein. Das Verfahren eignet sich für Bilder von 4 oder 8 Bit pro Pixel, hierbei werden aufeinanderfolgende gleichartige Pixel einer Zeile zusammengefasst.

Aufbau der Datenstruktur

• Dateikopf (file header)

Im Dateikopf finden sich als 14 Byte langes Datenfeld die Angaben zur Datei-Identifizierung und die Dateigröße.

• Informationsblock (bitmap/info header)

Der Informationsblock hat seit Windows 95 eine Länge von 108 Bytes und beinhaltet Eigenschaften der Datei wie Grafikgröße in Pixeln für Breite und Höhe, die Anzahl der Farbpaletten, die Farbtiefe, Angaben zur Kompression und die Größe der gespeicherten Bitmap in Bytes.

• Farbtabelle (color table/palette)

Die Farbtabelle enthält Informationen in Form einer RGB-Struktur über die in der Datei enthaltenen Farben. Bei einer Farbtiefe von 1, 4, 8 oder 16 Bit ist nicht die Farbe jedes einzelnen Pixels gespeichert, sondern ein Verweis auf die Farbtabelle. Für die Blau-Rot– und Grünanteile ist jeweils ein Byte vorgesehen. Die Speicherung der Informationen erfolgt zeilenweise. Bei Bildern mit 24 Bit muss die Farbpalette nicht benutzt werden, da der Pixelwert in diesem Fall dem Farbwert entspricht. Es findet keine Kompression der Farbinformationen statt. Darin liegt begründet, warum Bitmap-Dateien mit 24 Bit Farbtiefe bei identischer Pixelgröße den gleichen Speicherplatz beanspruchen, unabhängig von den Inhalten einer Grafik.

• Bilddaten (bitmap data)

Die Bilddaten enthalten die Informationen über die Position der einzelnen Pixel. Sie werden beginnend mit der linken unteren Ecke des Bildes gespeichert.

Versionen

Bitmaps gibt es in drei Versionen. Die früheste und am meisten verbreitetste Version ist Version 3. Die nachfolgenden Versionen 4 und 5 wurden durch Microsoft mit Windows 95 und Windows 98 eingeführt. Mit den Nachfolge-Formaten wurden Alpha-Kanäle für transparente Darstellungen und Farbkorrektur ermöglicht. Auch als Containerformat für PNG– und JFIF-Dateien waren Bitmaps in den späteren Versionen einsetzbar.

Vorteile des Formats

• Komplexe Darstellung und Kompatibilität

Bitmap-Grafiken eignen sich gut für Fotos und Bilddateien mit komplexen Strukturen und Farbverläufen. Dank verlustfreier Darstellung werden sie vorwiegend beim Online-Publishing eingesetzt. Mit Programmen der Bildverarbeitung lassen sie sich vielfältig bearbeiten. Unter dem Namen »Paint« ist eines dieser Programme fester Bestandteil des Windows Betriebssystems.

• Effizienter Zugriff für Programmierer

Aufgrund ihres einfachen rasterartigen Aufbaus bieten Bitmap-Dateien Programmierern den Vorteil eines einfachen und effizienten Zugriffs. Die Grafiken lassen sich von einem Computer direkt aus den im Arbeitsspeicher vorhandenen Pixeldaten erstellen. Farbinformationen können außerdem geändert werden, ohne dass dafür eine Änderung der Bilddaten selbst notwendig wäre.

• Vielfältiger Einsatz in Hardware

Digitale Kameras, Scanner, Monitore und Drucker, die alle auf rasterförmigen Anzeigen basieren, nutzen ausschließlich Pixel- bzw. Bitmap-Grafiken.

Nachteile des Formats

• Keine verlustfreie Skalierbarkeit

Weil Bitmaps ein festes Raster verwenden, sind sie im Gegensatz zu Vektorgrafiken nicht ohne Verlust von Bildinformationen skalierbar. Bei starken Vergrößerungen treten die Rasterstrukturen der Bitmap immer deutlicher zum Vorschein, auch bekannt als Aliasing-Effekt. Lesen Sie hier mehr!

• Große Datenmengen bei hohen Auflösungen

Durch den Aufbau als Rastergrafik steigt bei großen Formaten und hohen Auflösungen mit wachsender Pixelanzahl die Dateigröße. Zur Datenübertragung im Internet eignet sich das Bitmap-Format daher nur bedingt und kann Browser nicht unterstützen. Hier hat sich das JPG-Format dank guter Bildkompression bei geringem Qualitätsverlust etabliert.

• Keine Unterstützung von Metadaten

Im Gegensatz zu anderen Bildformaten wie JPEG, TIFF oder RAW unterstützt das Bitmap-Format keine Metadaten.