C.v.O. Universität Oldenburg, Projektgruppe Stego. Das PNG-Dateiformat. Ralf Treu

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1 C.v.O. Universität Oldenburg, Projektgruppe Stego Das PNG-Dateiformat Ralf Treu

2 Zusammenfassung Dieses Dokument beschreibt die Geschichte, Funktionsweise und den genauen Aufbau von PNG-Bilddateien und nennt deren wesentliche Bestandteile und Kompressionsverfahren. Wenngleich es sich nicht um die Dokumentation eines Programmes handelt, ist dieses Dokument dennoch folgendermaßen geschützt: Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation. c Ralf Treu, 2008 ralf.treu@informatik.uni-oldenburg.de 1

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3 2 Geschichte 3 3 Grundlegende Eigenschaften von PNG Standards, Dokumente Aufbau von PNG-Dateien Datei-Header Chunks Aufbau von Chunks Namenskonventionen für Typbeschreibungen von Chunks IHDR-Chunk PLTE-Chunk IDAT-Chunk IEND-Chunk Text-Chunks Histogramm-Chunk Verfahren zur Kompression Vorfilter Kompression LZ Kompression mit Huffman-Codes Fazit 13 7 Quellen 13 2

4 1 Einleitung Im Rahmen der Projektgruppe Stego an der Universität Oldenburg soll ein Toolkit entworfen werden, das es ermöglicht, geheime Daten, wie Textnachrichten, in Trägermedien zu verstecken. Um geeignete Trägermedien zu finden gilt es nun, die wesentlichen Merkmale bekannter und gerade im Internet häufig verwendeter Dateiformate zusammenzutragen, zu analysieren und näher zu beschreiben. Dieses Dokument beschreibt eben jene Merkmale des Bild-Dateiformates PNG. Zunächst wird dazu die Geschichte des Fomates beschrieben, anschließend dessen wesentliche Merkmale. Da Steganographie, wenn sie sicher, im Sinne von nicht leicht zu finden, sein soll, sich auf das Arbeiten mit einer Datei auf Byte- Ebene konzentriert, wird im Anschluss der genaue Aufbau einer PNG-Datei beschrieben. Außerdem ist für die Steganographie wichtig, wie Daten gegebenenfalls komprimiert werden, damit eingebettete Daten nicht bei der Kompression verloren gehen. Zu diesem Zweck werden die grundlegenden Arbeitsweisen des in PNG verwendeten Deflate-Kompressionsalgorithmus näher erläutert. 2 Geschichte Wie so oft bei Formaten, die effizient sein sollen, hier im Sinne von klein wenn die Dateien über Netzwerke kopiert werden sollen und qualitativ hochwertig, stehen neben dem eigentlichen Aufbau der Dateien die Algorithmen zur Kompression im Vordergrund. Im Falle von PNG waren patentrechtliche Gründe die Motivation zum Entwickeln des Formates. Im Jahr 1983 erhielt die Firma Sperry Corporation, später von Unisys aufgekauft, das Patent auf den sogenannten LZW-Algorithmus zur Kompression von Daten. Dieser Algorithmus fand Verwendung im ab 1987 von CompuServe entwickelten Dateiformat GIF, das als freie, offene Spezifikation geplant war. Als im Jahr 1993 ein Rechtsstreit aufkam, bei dem Unisys die Firma CompuServe verklagte, weil diese den patentierten Algorithmus LZW im Format GIF verwendete, war klar, dass, zumindest bis zum Auslaufen des Patents, GIF kein freies Format sein könne machte deshalb Thomas Boutell den ersten Schritt zur Spezifikation des Formates PNG, das GIF in seiner Funktion als Standardformat für komprimierte Palettengrafiken ablösen sollte. Noch im selben Jahr wurde vom World Wide Consortium (W3C) die Spezifikation 0.92 veröffentlicht. Während der Begriff PNG von den Machern als PiNG aufgefasst wurde, was PiNG is Not GIF bedeuten sollte, wurde PNG ab dem ersten Standard als Portable Network Graphics beschrieben. Die aktuelle Spezifikation, sowohl von ISO als auch W3C, nennt die Aussprache allerdings exiplizit als ping. Im Jahre 1997 wurde Version 1.0 der Spezifikation durch die Internet Engineering Task Force veröffentlicht. Als 2003 das Patent von Unisys auf den LZW- Algorithmus auslief, hatte sich PNG als Standard etabliert und ist seit 2004 offizieller ISO/OSI-Standard. 3

5 Zum aktuellen Zeitpunkt ist GIF nach wie vor für kleine Grafiken wie Smilies Standard, insbesondere, weil GIF Animationen unterstützt, während sich das von PNG abgespaltene Format MNG für animierte Grafiken nie durchgesetzt hat. Das PNG-Format wird dennoch aufgrund verlustfreier, effizienter Kompression insbesondere in der OpenSource-Lobby häufig verwendet. 3 Grundlegende Eigenschaften von PNG PNG ist ein standardisiertes, freies Bildormat, das ursprünglich als Ersatz für das von Patentklagen geplagte GIF-Format geplant war. PNG unterstützt Palettengrafiken mit bis zu 256 Farben, Graustufenbilder mit 1, 2, 4, 8 oder 16 Bit Graustufentiefe pro Pixel, Rastergrafiken im Farbraum RGB mit 24 oder 48 Bit Farbtiefe pro Pixel, sowie Alphakanäle mit 8 oder 16 Bit. Dabei tritt besonders die Möglichkeit in den Vordergrund, einzelne Pixel mit 256 oder Abstufungen von Transparenz darzustellen, wohingegen das GIF- Format nur volle Transparenz unterstützt. PNG wird mittlerweile von allen gängigen Programmen zur Anzeige von Grafiken unterstützt, allen voran die Webbrowser. Nachzügler war hier der von Microsoft entwickelte Internet Explorer, der erst ab Release 7 PNG-Grafiken in vollem Umfang unterstützte. Kompression wird in PNG durch den Deflate-Algorithmus bereitgestellt, der sich aus dem LZ77-Algorithmus, einem Vorgänger des LZW-Algorithmus, mit dem es keine patentrechtlichen Probleme gab, und Huffman-Codes zusammensetzt. Die Kompression von PNG-Dateien ist ingesamt besser als die von GIF-Dateien, weil, obwohl der Kompressionsalgorithmus mit LZ77 insgesamt nicht so effizient ist wie LZW, bestimmte Vorfilter verwendet werden. 3.1 Standards, Dokumente Das PNG-Dateiformat wird zur Zeit in aktueller Version vom W3C in einer sogenannten W3C-Recommendation, also einer Empfehlung, sowie dem ISO- PNG-Standard beschrieben. 4 Aufbau von PNG-Dateien PNG war, wie die meisten freien Projekte, von Beginn an in Hinblick auf Modularität und Übersichtlichkeit konzipiert. Nach einem Dateiheader folgt demnach eine Reihe von sogenannten Chunks, die von unterschiedlichen, festgelegten oder frei wählbaren, Typen sein können und alle Daten des Bildes speichern. Dazu 4

6 gehören neben den Pixeldaten oder Palettendaten selbst zum Beispiel auch Metainformationen über das Bild oder Chunks für spezielle Arten von Transparenz. Im folgenden werden die elementaren Chunks des Formates vorgestellt, die für die Darstellung von PNG-Bildern notwendig sind. 4.1 Datei-Header Der Header von PNG enthält in den ersten acht Bytes der Datei die grundlegenden Daten, die Darstellungs- oder Bearbeitungsprogramme benötigen: Byte HEX-Darstellung e 47 0d 0a 1a 0a ASCII-Darstellung \211 P N G \r \n \032 \n Die einzelnen Bytes haben die folgende Bedeutung: 1: Ein Startzeichen zur Identifikation des Dateiformats, da einige ältere Betriebssysteme allein anhand des ersten Bytes eine Datei identifizieren. Das Zeichen wurde absichtlich so gewählt, dass es nicht als ASCII-Zeichen interpretierbar ist, damit die Datei nicht fälschlicherweise als gewöhnliche ASCII-Textdatei interpretiert werden kann. 2, 3, 4: Der Names des Dateiformats in ASCII-Codierung. 5, 6: Unter den von Microsoft produzierten Betriebssystemen DOS und Windows wird für das Einleiten einer neuen Zeile neben dem Standard \n, das für Linefeed steht, auch \r verwendet. Dies simuliert die noch aus Zeiten der Schreibmaschine bekannte Folge von Linefeed und Carriage Return (genannt CR-LF-Verfahren), wobei Linefeed das Hinunterschieben des Druckkopfes auf eine neue Zeile und Carriage Return das Zurückschieben des Druckkopfes an den Begin der Zeile bezeichnet. Diese Kombination dient der Überprüfung auf Übertragungsfehler beim Transport der Daten über ein Netzwerk. 7: Da das DOS-Betriebssystem von Microsoft nicht mit Dateien vom Typ PNG umgehen kann, wurde hier das DOS-Standard-Stoppzeichen eingeführt, so dass das Auslesen einer PNG-Datei an diesem Punkt abbricht. 8: Wie bereits die Bytes fünf und sechs dient auch dieses Zeichen dem Integritätstest. In dieser Variante wird nur der Befehl Linefeed verwendet, der auf Unix-Systemen Standardbefehl für einen Zeilenumbruch ist. Da, wie bereits erwähnt, das PNG-Format auf Modularität ausgelegt ist, indem alle Daten in Chunks gehalten werden und alle Chunks neben den eigentlichen Daten eigene Metainformationen enthalten, reicht es aus, im Datei-Header das Dateiformat eindeutig zu beschreiben und Integritätstests durchzuführen. 5

7 4.2 Chunks In PNG-Grafiken werden außer dem Header alle Daten in sogenannten Chunks gehalten. Hier können sowohl die eigentlichen Bilddaten wie Paletten oder Pixeldaten, als auch Metainformationen in Text-Chunks oder zusätzliche Informationen wie Transparenz einzelner Pixel gespeichert werden. 4.3 Aufbau von Chunks Alle Chunks haben den gleichen Aufbau: Die ersten vier Bytes geben die Länge des Chunks an, darauf folgen vier weitere Bytes, die vier ASCII-Zeichen für die Beschreibung des Typs des Chunks, anschließend die eigentlichen Daten des Chunks, die beliebig groß sein können, und zuletzt eine Prüfsumme des Typund des Datenfeldes. PNG verwendet eine Prüfsumme mit Cyclic Redundancy Check (CRC) mit einem Polynom zweiunddreißigsten Grades. Anzeige- oder Bearbeitungsprogramme können durch diese Konvention rasch die ersten acht Bytes auslesen, anhand des Typ-Feldes entscheiden, ob die enthaltenen Daten für die Anzeige oder Bearbeitung wichtig sein könnten, und gegebenenfalls zum nächsten Chunk springen. Eine PNG-Grafik muss immer mindestens einen Header-Chunk (IHDR), dann mindestens einen Daten-Chunk (IDAT) und letztlich einen End-Chunk (IEND) enthalten. Der Header-Chunk muss der erste Chunk nach dem eigentlichen Datei-Header sein und der End-Chunk muss der letzte Chunk in der Datei sein. Für Palettengrafiken wird außerdem ein Paletten-Chunk (PLTE) benötigt. Die eigentlichen Bilddaten können in mehrere Daten-Chunks aufgeteilt sein. Die Größe dieser Chunks ist meist von den Puffergrößen der verwendeten Bildbearbeitungsprogramme abhängig. Neben den in der PNG-Spezifikation angegebenen Chunks können Chunks auch selbst definiert werden. Einige Programme zur Bildverarbeitung oder Bildindizierung verwenden diese zum Speichern zusätzlicher Informationen, die für die jeweiligen Programme wichtig sind. 4.4 Namenskonventionen für Typbeschreibungen von Chunks Die Benennung von Chunks erfolgt nicht willkürlich. Die Groß- und Kleinschreibung der einzelnen Buchstaben im Typ-Feld wird durch das fünfte Bit im Byte induziert. Der Buchstabe wird groß geschrieben, wenn das Bit auf null gesetzt ist, und klein geschrieben, wenn das Bit auf eins gesetzt ist. Im folgenden sind die jeweils fünften Bits jedes Bytes aufgeführt: Byte 1: Ancillary Bit Wird der Buchstabe groß geschrieben, ist der Chunk zur Darstellung des Bildes notwendig. Programme, die diesen Chunk nicht verstehen, können demnach das Bild nicht anzeigen. Wird der Buchstabe klein geschrieben, kann der Chunk von Bearbeitungsoder Anzeigeprogrammen ignoriert werden. 6

8 Byte 2: Private Bit Wird der Buchstabe groß geschrieben, gehört der Chunk zu den offiziell in der PNG-Spezifikation genannten Chunks. Wird der Buchstabe klein geschrieben, stammt er von einem Programm, das ihn zu speziellen Zwecken benutzt Byte 3: Reserved Bit Dieser Buchstabe muss zur Zeit immer groß geschrieben werden. Das Byte ist reserviert, zur Zeit gibt es aber noch keine offizielle Bedeutung dafür. Byte 4: Safe-to-copy Bit Wird dieser Buchstabe groß geschrieben, ist der Chunk gewissermaßen schreibgeschützt. Dies bedeutet, dass ein Programm, das den Chunk nicht versteht, ihn nicht löschen oder Änderungen daran vornehmen darf. Wird dieser Buchstabe klein geschrieben, darf der Chunk geändert oder gelöscht werden, auch wenn das bearbeitende Programm den Chunk nicht versteht. Die PNG-Spezifikation visualisiert diese Namenskonvention anhand des Chunks vom Typ blob: Abbildung 1: Beispiel für Namenskonvention, PNG-Spezifikation 1.2, Seite IHDR-Chunk Nachdem der eigentliche Header der Datei dazu dient, nur die elementaren Informationen über die Datei zu speichern, werden im darauf folgenden Header- Chunk die grundlegenden Informationen über das Bild genannt: 4 Bytes speichern die Breite des Bildes. 4 Bytes speichern die Höhe des Bildes. 1 Byte speichert die Farbtiefe des Bildes. 7

9 1 Byte speichert den Farbtyp. 1 Byte speichert die Kompressionsmethode. Zur Zeit wird nur der Deflate Algorithmus unterstützt. 1 Byte speichert die Methode zum Vorfiltern. Vorfilter werden zur Zeit von den meisten Programmen nicht standardmäßig angeboten. Weitere Informationen folgen im Kapitel Vorfilter. 1 Byte speichert die Interlace-Methode. Interlacing beschreibt den Bildaufbau nicht von oben links nach unten rechts, sondern beispielsweise zunächst mit jeder vierten Zeile. Dieses Verfahren wird verwendet, um PNG-Grafiken rasch über Netzwerke visualisierbar zu machen, wenn die Geschwindigkeiten bei der Datenübertragung im Verhältnis zur Dateigröße unzureichend sind. In diesem Chunk können nicht beliebige Kombinationen von Bytes gespeichert werden. Offensichtlich stehen der Farbtyp und die Farbtiefe in Korrelation, da nicht in jedem unterstützten Farbtyp alle Farbtiefen verwendet werden können. Die erlaubten Kombinationen werden in nachfolgender Grafik aufgezeigt: Abbildung 2: Erlaubte Bit-Kombinationen im IHDR-Chunk, PNG-Spezifikation 1.2, Seite PLTE-Chunk Sofern im Feld für den Farbtyp gespeichert wurde, dass es sich um eine Palettengrafik handelt, muss der PLTE-Chunk im Bild genau einmal vorhanden sein, und zwar direkt nach dem IHDR-Chunk. Da jeder Chunk seine Länge selbst 8

10 speichert, kann eine Farbpalette bei PNG-Grafiken zwischen 1 und 256 Farben beliebig lang sein, wobei jede Farbe durch drei Bytes, jeweils für Rot-, Grünund Blau-Anteil, gespeichert wird. Dies ist ein Vorteil gegenüber GIF-Grafiken, bei denen eine Palette immer die Länge derjenigen Zweierpotenz hat, die mindestens alle verwendeten Farben halten kann, und damit in den meisten Fällen unnötige Einträge speichert. 4.7 IDAT-Chunk Eine PNG-Grafik muss immer mindestens einen IDAT-Chunk enthalten, es kann aber auch, unter der Auflage, dass alle zusammenhängen, eine beliebig lange Folge von IDAT-Chunks verwendet werden. Hier gibt meist die Puffergröße der verwendeten Bearbeitungsprogramme den Ausschlag. Die Daten in den IDAT-Chunks beschreiben die Farb- oder Graustufenwerte sowie gegebenenfalls die Transparenzwerte, wenn es sich um eine Rastergrafik handelt, oder die Palettenindizes, wenn es sich um eine Palettengrafik handelt. Der Chunk speichert nur fertig komprimierte Daten; es läuft also gegebenenfalls ein Vorfilter über die Bilddaten und anschließend komprimiert der Deflate- Algorithmus diese Daten, bevor sie in die IDAT-Chunks geschrieben werden. 4.8 IEND-Chunk Ein IEND-Chunk muss ebenfalls in jeder PNG-Grafik vorhanden sein und muss, in natürlicher Weise, der letzte Chunk der Datei sein. Es enthält außer dem Namen und einer Länge von null keine weiteren Daten. Beim Auslesen einer PNG-Grafik wird dieser Chunk lediglich verwendet, damit klar ist, dass das Bild vollständig vorliegt und von Anzeigeprogrammen keine weiteren Daten mehr ausgelesen werden müssen. 4.9 Text-Chunks Zum Speichern zusätzlicher Informationen ist das System mit Chunks beliebig erweiterbar, solange es noch unbenutzte Typ-Namen für Chunks gibt. Trotzdem gibt es drei Arten von Text-Chunks, die zum Standard gehören und dazu vorgesehen sind, alle für Anzeigeprogramme eventuell wichtigen Metadaten zu speichern: text: Dieser Chunk wird für kleinen Text verwendet, der nicht komprimiert werden muss oder soll. Die Kodierung der einzelnen Textinhalte erfolgt in Latin1 nach ISO Standard Das bedeuted, dass keine Buchstaben gespeichert werden, die nicht zum Standardzeichensatz gehören. Einzige Ausnahme ist der newline-character. Das Datenfeld dieses Chunks speichert lediglich ein Schlüsselwort, das maximal 79 Bytes lang ist, ein Null-Byte zum Trennen und die Textnachricht. ztxt: Für den Fall, dass größere Textinhalte im Bild gespeichert werden sollen, sieht der Standard diesen Chunk vor, das neben dem Schlüsselwort und 9

11 dem Text noch ein Feld für die Kompressionsmethode speichert. Laut aktuellem Standard wird zur Kompression von Text-Chunks wie auch den eigentlichen Bilddaten nur der Deflate-Algorithmus unterstützt. Damit das Schlüsselwort jedes Chunks schnell ausgelesen werden und bei Bedarf der dahinterstehende Text dekomprimiert werden kann, wird nur der Text selbst, nicht aber das maximal 79 Bytes lange Schlüsselwort komprimiert. Der Buchstabe z im Chunk-Namen steht für zlib, eine Bibliothek, die den Deflate-Algorithmus implementiert. itxt: Dieser Chunk ermöglicht internationale Metadaten. Ein Feld speichert die nach RFC-3066 definierten Abkürzungen für menschliche Sprachen. Das Feld für das Schlüsselwort bleibt erhalten, es wird allerdings ein Feld für die Übersetzung des Schlüsselwortes mit angehängt. Des weiteren enthält auch dieser Chunk ein Feld für die Kompressionsmethode, wobei auch hier nur der eigentliche Textteil komprimiert werden kann. Die Besonderheit des internationalen Text-Chunks ist, dass als Zeichensatz zum Speichern der Metadaten der UTF-8-Zeichensatz verwendet wird. Dies gewährleistet, dass auch Sonderzeichen aller möglichen Sprachen, wie sie im UTF-Standard in ISO/IEC definiert sind, gespeichert werden können Histogramm-Chunk Für Palettengrafiken unterstützt das PNG-Format die Möglichkeit, ein Histogramm, also eine Statistik über die Häufigkeit des Vorkommens einzelner Paletteneinträge im Bild, zu speichern. Im Datenteil dieses hist-chunks wird eine Reihe von 16 Bit langen Ganzzahlen vom Typ unsigned int gespeichert, die für jeden Eintrag der Farbpalette jeweils die ungefähre Häufigkeit des Vorkommens dieser Farbe im Bild speichert. Nachdem Histogramm-Einträge stets näherungsweise erfolgen, hat nur der exakte null-wert eine spezielle Bedeutung, nämlich, dass die angegebene Farbe im gesamten Bild überhaupt nicht vorkommt. 5 Verfahren zur Kompression Zur Kompression der Bilddaten wird der sogenannte Deflate-Algorithmus verwendet, ein gerade in der OpenSource-Gemeinde sehr berühmter und oft verwendeter Algorithmus, der zum Beispiel auch bei gzip Verwendung findet. Die Kompression erfolgt bei PNG üblicherweise in drei Schritten, nämlich Vofiltern, LZ77-Kompression und Huffman-Codes, wobei zur Zeit leider viele Programme standardmäßig keine Vorfilter verwenden, durch die eine erhebliche Ersparnis erreicht würde. Außerdem kann eine Interlacing-Methode angegeben werden, die eventuell eine schnellere Erkennbarkeit der Grafik bei niedrigeren Bandbreiten in Netzwerken erlaubt. 10

12 5.1 Vorfilter Grafiken vom Typ PNG können deutlich platzsparender sein als andere Grafiken, insbesondere vom Typ GIF. Ein großer Vorteil von PNG ist der in der Kompressionsphase gegebenenfalls angewandte Vorfilter. Ein solcher Vorfilter setzt, je nachdem, welcher Filter verwendet wird, eine eingelesene Bildzeile mit der vorigen Bildzeile insofern in Verbindung, dass Verbindungen zwischen gleichen Farben hergestellt werden können. Vorfilter werden immer byteweise ausgeführt und stehen deshalb nicht in direkter Abhängigkeit zum Farbtyp oder der Farbtiefe der Grafik. Nichts desto trotz ist es für Grafiken mit weniger als 256 Farben besser, unkomprimiert in einer Palettengrafik gespeichert zu werden. Truecolor Bilder sind meist sehr groß und eignen sich in den meisten Fällen für effizientes Vorfiltern. Der PNG-Standard kennt die folgenden Vorfilter: 0 (None): Es wird kein Vorfilter angewendet. Dies ist leider die Standardeinstellung der meisten Bildbearbeitungsprogramme. 1 (Sub): Es wird nicht der eigentliche Bytewert, sondern die Differenz zum vorigen links liegenden Pixelwert gespeichert. 2 (Up): Es wird nicht der eigentliche Bytewert, sondern die Differenz zum Pixelwert des Pixels in der darüber liegenden Zeile gespeichert. 3 (Average): Es wird die Differenz aus dem eigentlichen Wert und dem Mittelwert des links und darüber liegenden Pixels gespeichert. 4 (Paeth): Dieser Filter liest für ein Pixel den links daneben liegenden, den darüber liegenden und den links darüber liegenden Pixelwert aus, addiert den links und darüber liegenden Wert und zieht den links darüber liegenden Pixelwert von der Summe ab. Anschließend wird für jeden der drei ausgelesenen Pixelwerte die Differenz zum errechneten Vergleichswert bestimmt und letztlich derjenige Pixelwert gespeichert, der am nächsten am Vergleichswert liegt. 5.2 Kompression LZ77 Der LZ77- Kompressionsalgorithmus verwendet zum Komprimieren ein sogenanntes gleitendes Fenster (sliding window). Die Fenstergröße ist standardmäßig auf 32 Kilobytes festgelegt. Innerhalb des Fensters, das während der Ausführung gewissermaßen über das Bild geschoben wird, wird dann nach mehrfach vorkommenden Zeichenketten gesucht. Anstelle einer nochmals vorkommenden Zeichenkette wird dann ein Tupel aus zwei Zahlen gespeichert, wobei die erste Zahl die Länge des gefundenen Musters und die zweite Zahl die Entfernung zum erstgefundenen, gleichen Muster speichert. Dadurch können, gerade bei Bildern mit gleichen Farbmustern oder gar großen Flächen gleicher Farben, hohe Kompressionsgrade erreicht werden. Die Funktionsweise wird im folgenden an Hand des Wortes ANANAS bildhaft verdeutlicht: 11

13 Abbildung 3: Kodieren und Dekodieren mit dem LZ77-Algorithmus am Beispiel des Wortes ANANAS Kompression mit Huffman-Codes Huffman-Codes werden bei der Kompression von PNG-Grafiken gegebenenfalls eingesetzt, um Kompression zu erreichen. Insgesamt sind Huffman-Codes zwar schnell, aber nicht effizient, was den Grad der Kompression angeht. Fixe Huffman-Codes verwenden einen binären Baum eines a priori bekannten Alphabets. Jedes Zeichen dieses Alphabetes entspricht genau einem Pfad durch diesen Baum, der eine Folge von 0 und 1 impliziert, die eben jenes Zeichen repräsentiert. Anstatt demnach die gesamte Bitfolge für jedes Zeichen abzuspeichern, kann ein Bit pro Zeichen eingespart werden, da nun nicht mehr die Informationen der Blätter, sondern der Pfade gespeichert werden, da der Baum a priori bekannt ist. Ein Beispiel für einen einfachen, fixen Huffman-Baum visualisiert die Ersparnis: Abbildung 4: Beispiel für einen Huffman-Baum, RFC 1951, Seite 6 12

14 6 Fazit PNG als Grafikformat bietet effiziente, verlustfreie Kompression. Das Ziel, ein freies Format zu schaffen, das standardisierbar, erweiterbar, modular und effizient ist, wurde demnach, gerade im Vergleich zu GIF, erreicht. Leider, insbesondere da sich MNG als Substitut für animierte GIF-Dateien nicht durchsetzen konnte und zum heutigen Zeitpunkt quasi keine Verwendung findet, werden gerade für animierte Grafiken immer noch GIF-Dateien verwendet. JPG bietet darüber hinaus eine effiziente und platzsparende Methode, Grafiken mit hoher Farbqualität zu speichern, weshalb PNG sich trotz seines effizienten Aufbaus und seiner guten Arbeitsweise bis heute nicht gegen seine Konkurrenten durchsetzen konnte. 7 Quellen PNG Spezifikation PNG Empfehlung 2.0 des W3C RFC1951 (Deflate Algorithmus) Zusammenfassung zu PNG Geschichte von PNG Wikipedia (PNG) Wikipedia (Deflate) Wikipedia (LZ77 Algorithmus) Wikipedia (Huffman Codes) coding 13