Die Geschichte des digitalen Bildes: von Niépce bis AVIF

Die erste dauerhafte Fotografie der Geschichte brauchte rund acht Stunden Belichtungszeit. Aufgenommen wurde sie 1826 von Nicéphore Niépce auf einer mit Judenpech beschichteten Zinnplatte, mit der Kamera gerichtet auf das Fenster seines eigenen Hauses in Le Gras. Heute nimmt dein Smartphone ein Bild in einem Bruchteil einer Sekunde auf, verarbeitet es, komprimiert es und lädt es auf Instagram hoch, bevor du es überhaupt zurück in die Tasche gesteckt hast. Zwischen diesen beiden Extremen liegen rund 200 Jahre Geschichte, und fast alle Formate und technischen Entscheidungen, die wir heute für selbstverständlich halten — JPG, die „Dateigröße", der Begriff des Pixels selbst — entstanden aus ganz konkreten Problemen, die irgendjemand unterwegs lösen musste.

Von Silber zu Licht: die chemische Fotografie

Über mehr als ein Jahrhundert war eine Fotografie keine Information — sie war Materie. Silbersalze, die auf Licht reagierten, entwickelt in einer Dunkelkammer mit Chemikalien, die von Hand dosiert werden mussten. Jeder Abzug war ein einzigartiges, oder fast einzigartiges physisches Objekt — einen zweiten Abzug zu machen bedeutete, erneut lichtempfindliches Papier unter dem Negativ zu belichten. Die Idee, ein Bild zu „komprimieren", existierte schlicht nicht, weil es die Idee eines Bildes als Datum nicht gab: Es war metallisches Silber, eingebettet in Gelatine, und seine Qualität hing von der Chemie ab, nicht von einem Algorithmus.

Das änderte sich mit dem Aufkommen elektronischer Sensoren. 1969 erfanden Willard Boyle und George Smith in den Bell Laboratories den CCD (Charge-Coupled Device) — einen Chip, der Licht in elektrische Ladung umwandeln konnte, und diese Ladung in eine Zahl. Zum ersten Mal ließ sich ein Bild als Folge von Werten darstellen. Die Erfindung brachte den beiden 2009 den Nobelpreis für Physik ein, vier Jahrzehnte später, als sie bereits in Milliarden von Kameras und Mobiltelefonen steckte.

Das erste Pixel und das Problem, das es mit sich brachte

Das erste gescannte digitale Bild der Geschichte entstand 1957 am US-amerikanischen National Institute of Standards, durch ein Team unter der Leitung von Russell Kirsch. Sie scannten ein Foto seines drei Monate alten Sohnes in einem Raster von gerade einmal 176×176 Pixeln in Schwarz-Weiß. Diese Datei, nach heutigen Maßstäben winzig, warf bereits das Problem auf, das dieses Feld bis heute definiert: Je mehr Pixel, desto originalgetreuer das Bild — aber auch desto schwerer. Kirsch musste sich für eine niedrige Auflösung entscheiden, weil die Hardware der damaligen Zeit nicht mehr hergab. Siebzig Jahre später treffen wir noch immer dieselbe Entscheidung — nur dass die Grenze heute nicht mehr die Hardware ist, sondern das Gewicht der Datei, die deine Website laden muss, oder die Mobilfunkdaten deiner Besucher.

Warum es JPG gibt: Das Problem war nicht das Speichern, sondern die Übertragung

Ende der 80er-Jahre war es bereits technisch möglich, eine Fotografie als Zahlenraster zu speichern. Das Problem war die Größe: Ein unkomprimiertes Bild von vertretbarer Qualität konnte mehrere Megabyte wiegen, und 1990 bedeutete das Minuten an Übertragungszeit per Modem oder ganze Festplatten, die nur wenigen Dutzend Fotos gewidmet waren. 1992 veröffentlichte das gemeinsame Expertenkomitee für Fotografie (daher das Kürzel JPEG) einen Standard, der dies auf clevere Weise löste: Statt jedes Pixel eins zu eins zu speichern, nutzt er aus, dass das menschliche Auge viel empfindlicher auf Helligkeitsänderungen reagiert als auf subtile Farbveränderungen, und verwirft gezielt genau die Farbinformation, die am wenigsten auffällt. Das Ergebnis sind Dateien, die bis zu 10-mal kleiner sind, bei einem für das bloße Auge kaum wahrnehmbaren Qualitätsverlust. Genau dieses Prinzip — zu entscheiden, welche visuelle Information ohne merklichen Verlust weggelassen werden kann — bildet bis heute die Grundlage jeder Bildkompression, ob JPG oder nicht.

Von der Kamera in die Hosentasche: die massenhafte Digitalisierung

Die ersten digitalen Consumer-Kameras kamen Mitte der 90er-Jahre auf den Markt, mit Auflösungen unter einem Megapixel und Preisen von mehreren hundert Dollar. Der eigentliche Wendepunkt war jedoch keine Kamera, sondern ein Telefon: das Sharp J-SH04, im Jahr 2000 in Japan auf den Markt gebracht, war das erste Mobiltelefon mit eingebauter Kamera. Von da an verlief die Kurve steil nach oben — bis 2010 stammte der Großteil der weltweit aufgenommenen Fotografien nicht mehr aus einer dedizierten Kamera. Nach Schätzungen der Branche werden heute an einem einzigen Tag mehr digitale Fotografien aufgenommen als in der gesamten ersten Dekade des 20. Jahrhunderts mit Film gemacht wurden.

Diese Explosion des Volumens ist der Grund, warum Bildkompression aufhörte, ein technisches Detail zu sein, das nur Ingenieure interessiert, und zu etwas wurde, das jeden direkt betrifft, der eine Website, einen Onlineshop hat — oder einfach nur Fotos teilen möchte, ohne dass sie eine Ewigkeit zum Laden brauchen.

Von JPG zu WebP und AVIF: Die Geschichte ist noch nicht zu Ende

JPG löste das Problem von 1992, aber das Web von heute hat Bedürfnisse, die es damals nicht gab: Transparenz mit guter Kompression, leichtgewichtige Animationen und vor allem deutlich höhere Bildschirmauflösungen als vor 30 Jahren. Formate wie WebP (Google, 2010) und AVIF (2019, basierend auf dem Videocodec AV1) sind die direkte Fortsetzung derselben Suche — wie man mehr visuelle Qualität in weniger Bytes unterbringt — mit deutlich moderneren Kompressionstechniken als denen der 90er-Jahre. Wenn du die technischen Details dazu wissen willst, worin sie sich unterscheiden und wann welches Format sich lohnt, behandeln wir das im nächsten Artikel.