Bilder und ihre Speicherung auf der Festplatte verstehen

Ein Bild ist eine visuelle Darstellung oder visuelle Wahrnehmung eines Objekts oder einer Szene. In der digitalen Welt werden Bilder häufig mithilfe von Pixeln erstellt und angezeigt – winzigen Punkten, die sich zu einem Bild zusammenfügen. Jedes Pixel trägt Informationen über Farbe und Helligkeit und sorgt gemeinsam für das visuelle Erlebnis, das wir wahrnehmen.

Zur digitalen Speicherung dieser Bilder werden verschiedene Dateiformate wie JPEG, PNG, WEBP und mehr verwendet. Aber haben Sie sich jemals gefragt, was genau ein Bild ist und wie diese visuellen Darstellungen auf unseren Computerfestplatten gespeichert werden?

Wie werden Bilder auf der Festplatte gespeichert?

Wenn Sie ein Foto aufnehmen oder eine Grafik auf Ihrem Computer erstellen, benötigt es einen Speicherort. Hier kommt das Konzept der Dateispeicherung ins Spiel. Ein Computerbild ist ein Bild, das aus einer Reihe von Elementen besteht, die Pixel genannt werden.

Diese Pixelarrays werden auf Computerfestplatten als Bilddateien gespeichert, bei denen es sich um herkömmliche Festplattenlaufwerke (HDDs) oder moderne Solid-State-Laufwerke (SSDs) handeln kann. Sobald die Bilder gespeichert sind, können wir sie später ansehen. Unter Bilddatei versteht man eine elektronische Datei, die in Dateiformaten gespeichert wird. Ähnlich verhält es sich mit dem Internet: Gespeicherte Bilder werden vom Server an den Browser übermittelt, sodass wir die Bilder auf Websites sehen können.

Um auf den Punkt zurückzukommen: Bilder werden oft als eine Ansammlung von Pixeln gespeichert, wobei jedes Pixel eine winzige, diskrete Einheit aus Farbe und Helligkeit darstellt. Diese Pixel sind in einem Raster angeordnet und die Kombination ihrer Farben und Positionen ergibt die visuelle Gesamtdarstellung. Ein Pixel repräsentiert eine Farbe. Ein Bild mit einer Auflösung von 1024 x 798 Pixel hat 1024 x 798 Pixel (817.152 Pixel). Jedes Pixel hat also seine eigenen Farbinformationen. Doch wie werden diese Pixel wieder gezeichnet, um das Bild wiederzugeben?

Um dies zu verstehen, müssen wir Informationen zur Pixelposition sowie zur Helligkeitsstufe speichern.

Technisch gesehen werden die Informationen über die Bildauflösung, Höhe/Breite, Farbtiefe, Brennweite, Bildersteller, geografischer Standort und den Zeitpunkt, zu dem das Foto erstellt wurde, als Metadaten bezeichnet.

Diese Metadaten werden auch zusammen mit den Bilddaten gespeichert. Wir können diese Metadaten weiter in zwei Teile unterteilen;

1. Technische Metadaten
   • Damit der Computer das Bild korrekt anzeigen kann, muss der Computer Folgendes wissen:
     • Höhe und Breite des Bildes – damit jede Zeile des Bildes an der richtigen Stelle beginnt.
     • Farbtiefe – es wird also die richtige Anzahl an Bits verwendet, um die Farbe jedes Pixels darzustellen.
     • Auflösung – damit das Bild in der richtigen Größe angezeigt wird.
2. Beschreibende Metadaten
   • All diese zusätzlichen Informationsmetadaten des Bildes. Dies sind die wesentlichen Metadatenteile. Aber farbige Bilder oder mit der Kamera aufgenommene Bilder können auch andere Metadaten enthalten, z.
     • Zeit – wann das Foto aufgenommen wurde
     • Geo – der Ort, an dem das Foto aufgenommen wurde
     • Brennweite – Brennweite der Kamera
     • Bildersteller – Name des Bilderstellers
     • Bildunterschriften – Bildunterschrift
     • Titel – Dateiname

Was ist der Bildspeicherprozess?

Beim Speichern eines Bildes auf der Festplatte werden die visuellen Informationen im Bild in ein Format konvertiert, das gespeichert und abgerufen werden kann.

Bilder werden typischerweise von digitalen Geräten wie Kameras erfasst oder digital durch Software generiert, und jedes Bild besteht aus Pixeln, das sind winzige Punkte, die die visuellen Elemente des Bildes bilden.

Es gibt viele Bildformate und jedes hat seine eigene Struktur. Nehmen wir ein Beispiel für das JPEG-Format, um zu verstehen, wie Bilder auf der Festplatte gespeichert werden.

Bei der Speicherung eines JPEG-Bildes werden am Ende Header-Informationen, Quantisierungstabellen, Huffman-Codierung, Farbtransformationen, Blockteilung, diskrete Kosinustransformation (DCT), Quantisierung, Entropiecodierung (Huffman-Codierung) und das Anhängen von EOI-Markern erstellt.

Beim Speichern eines Bildes wird die gesamte Struktur, von den Header-Informationen bis hin zu den komprimierten und codierten Pixeldaten, auf die Festplatte geschrieben. Der umgekehrte Vorgang erfolgt beim Bildabruf, bei dem die Datei gelesen wird und jeder Schritt umgekehrt wird, um das Bild für die Anzeige oder Verarbeitung zu rekonstruieren.

Begriffe, die beim Bildspeicherungsprozess eine Rolle spielen

Es kann viele geben, aber im Folgenden sind einige wichtige Begriffe aufgeführt, die beim Bildspeicherungsprozess verwendet werden

1. Dateiformate: Jedes Bild wird in einem bestimmten Dateiformat gespeichert, das bestimmt, wie die Daten strukturiert sind und wie das Bild komprimiert wird. Zu den gängigen Bildformaten gehören JPEG (Joint Photographic Experts Group), PNG (Portable Network Graphics), GIF (Graphics Interchange Format) und mehr.

2. Pixelinformationen: Die Pixel in einem Bild enthalten Informationen über Farbe und Helligkeit. In einem Farbbild wird jedes Pixel normalerweise durch eine Kombination aus drei Farbkanälen dargestellt: Rot, Grün und Blau (RGB). Die Intensität jedes Kanals bestimmt die Gesamtfarbe des Pixels.

3. Komprimierung: Um den Speicherplatz zu optimieren, werden Bilder häufig komprimiert. Durch die Komprimierung wird die Dateigröße reduziert, indem redundante oder unnötige Informationen entfernt werden. Es ist jedoch wichtig, ein Gleichgewicht zu finden, da eine übermäßige Komprimierung zu einem Verlust der Bildqualität führen kann.

4. Metadaten: Bilder können auch zusätzliche Informationen speichern, die als Metadaten bezeichnet werden. Dazu gehören Details wie die Kameraeinstellungen, mit denen ein Foto aufgenommen wurde, Datum und Uhrzeit der Aufnahme und sogar Geolokalisierungsdaten.

5. Dateisystem: Die Speicherung von Bildern wird durch das Dateisystem auf der Festplatte organisiert. Dieses System verwaltet, wie Dateien benannt, in Ordnern organisiert und vom Betriebssystem darauf zugegriffen werden.

6. Zugriff und Abruf: Nach der Speicherung können Anwendungen oder das Betriebssystem auf Bilder zugreifen und diese abrufen. So können Sie ein Foto auf Ihrem Computer öffnen oder Bilder auf einer Website ansehen.

Wenn Sie die Grundlagen von Bildern verstehen und wissen, wie ein Bildspeicher funktioniert, erhalten Sie Einblicke in die Art und Weise, wie die visuellen Inhalte, denen wir täglich begegnen, von unseren Geräten verwaltet werden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie entwickeln sich auch die Methoden zur Aufnahme, Erstellung und Speicherung von Bildern weiter und prägen die Art und Weise, wie wir die visuelle Welt um uns herum wahrnehmen.