Technische Grundlagen

Qualitätsbegriff "Faksimile"

Unter dem Begriff "Faksimile" (lat. facis: ähnlich, gleich) verstehen wir den Anspruch, dass die digitale Kopie eines Originals die ökonomisch und technisch sinnvolle Grundlage für eine "dem Original möglichst nahe kommende" Reproduktion darstellt. Dabei gehen wir auch davon aus, dass ein Original nicht unbeschränkt vergrössert wird. Bei Transparentmaterialien hingegen sind entsprechende Reproduktionen und die Bildung von Ausschnitten im Vorgang zu einem Projekt zu definieren. 

Als Faustregel für Auflichtvorlagen (Papier, Foto, Drucke, Grafiken) orientieren wir uns am menschlichen Auge, welches kaum 200 dpi aufzulösen vermag. Daraus folgt, dass 300 dpi in der Regel genügend Auflösung und auch Oversampling bieten, um ein eben "sehr ähnliches" Abbild der originären Vorlage herzustellen.

Zu beachten gilt ferner, dass die "dpi-Diskussion" alleine irreführend ist und massiv zu kurz greift, um die Reproduktionsqualität ableiten zu können. Tonwertreproduktion, Gerätekalibration, Bayermasken und weitere sind viel entscheidendere Faktoren – die Fachlabor Gubler AG berät Sie gerne.

 

Stufen und Ziele der (Bild-) Aufbereitung

Wahl der richtigen Auflösung

Alle Aufsichts- und Durchsichtsvorlagen verarbeiten wir wie folgt:

  • RGB 8- bis 16-bit je Kanal / Graustufen
  • Relative Auflösungen für Aufsichtsvorlagen von 240 bis 1'200 dpi, je nach Vorlage (plakative Vorlagen bedürfen einer anderen Auflösung als Banknoten)
  • Absolute Auflösungen für Transparentvorlagen wie Dia und Negative: 600, 1'200, 2'400 oder bis 5'600 dpi (beispielsweise Mikrofilme)
  • Entsprechend den Projektzielsetzungen wählen wir – in Absprache mit unserer Auftraggeberin – die jeweils geeignete Scannertechnologie (Zeile, Chip, Durchlauf, spezielle Buchscanner mit oder ohne Buchwippe, offene oder reduzierte Winkel bei Büchern mit fragilem Buchrücken, etc.).

Individuelle Scanqualitäten

Unterschiedliche Motivationen können hinter einem Scanning Projekt stehen: Nicht für jeden Anwendungszweck ist ein höchstwertiger Fachscan nötig. Für viele Zecke reicht eine einfache Dokumentation der Vorlage. Hier soll die Spannweite kurz aufgezeigt werden, ohne alle einzelnen Zwischenstufen aufzuzählen:

  • Ein Informationsscan soll, wie der Name verrät, nur die Informationen sichern. Es ist nicht notwendig z.B. eine Papierstruktur abzubilden. So macht es keinen Sinn den Inhalt von Bundesordnern oder Plänen mit Werksteilen hochauflösend zu sichern, die darauf abgebildete Schrift bzw. Zeichnung ist das einzige was interessiert. Ein hochauflösender Scan benötigt nur unnötigen Speicherplatz und verursacht Kosten bei der Datenhaltung und Migration.
  • Unter dem Begriff Faksimile, (Synonym für eine möglichst originalgetreue Nachbildung eines Druckes oder einer Handschrift) verstehen wir einen hochwertigen Fachscan, der alle im Original enthaltenen Details so gut wie möglich wiedergibt und dessen Reproduktion mittels Druckverfahren mindestens in doppelter Grösse  möglich sein sollte. Je nach Art der Vorlage, Urkunde, historische Karten, fein zeichnende Grafika oder auch Negative / Dias ist eine andere relative Auflösung zum Original nötig.

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Zum verwirrenden Begriff "Rohscan"

  • Im Zusammenhang mit der Digitalisierung taucht auch immer wieder das Wort Rohscan auf. Einen Rohscan im eigentlichen Sinne gibt es aber nicht. Alle Scanner produzieren zuerst einen sogenannten RAW-Datensatz der je nach Hersteller variiert, die Normierung ist ungenügend bis verwirrlich. Solche RAW- Daten eignen sich daher auch nicht für eine Archivierung eignen.
  • Ein solcher RAW-Datensatz muss also zwingend in ein archivtaugliches Format gewandelt und je nach Bedürfnis (gem. Original heute, Original gestern oder ästhetisch schön) aufgearbeitet werden.

Bildaufbereitung allgemein

Aufsichten

Aufsichten, z.B. historische Karten werden unter archivarischen Aspekten nicht weiter aufgearbeitet, hier gilt es, den aktuellen Zustand zu sichern und das Dokument zugänglich zu machen.
Anders sieht dies z.B. bei Büchern unter Aspekten der Druckvorstufe aus: Ästhetik ist zwar wichtig, wobei vielleicht Lesbarkeit und damit ein erhöhter Kontrast der Vorlage in den Vordergrund rücken.

Durchsichten

Unter Durchsichten verstehen wir transparente Materialien wie etwa ein Negativ oder Diapositiv. Bei solchen Vorlagen ist eine Aufarbeitung zwingend nötig. Ein Negativ etwa muss ins Positive umgewandelt werden um für den späteren Nutzer überhaupt vernünftig zugänglich zu sein.
Wir unterscheiden diese Stufen der Bildaufbereitung

Stufen der Bildbearbeitung

Stufe I

Es handelt sich um eine Standardaufarbeitung. Die angewandten Korrekturen sind über alle Objekte gleich. Das Verfahren eignet sich, wenn geringe Veränderungen des „RAW-„ Scans gewünscht sind, etwa einer reinen Archivierungslinie folgend doer bei grossen Mengen aus Kostengründen.Selekten können ex post  weiter aufgearbeitet werden.
Eine manuelle Begleitung kontrolliert und korrigiert denTonwertumfang der Scans. Negative werden ins Positive umgewandelt.

Stufe II

Die Bilder werden zusätzlich in der Helligkeit angepasst. Bei Farbbildern wird eine Grundfarbkorrektur vorgenommen. Diese Schritte erfolgen in der Regel nach manuellen, individueller Massgabe.

Stufe III

Der nach Sujet individuelle Kontrast der Bilder wird angepasst. Eine Farbkorrektur wird manuell vorgenommen. Diese Variante kann in der High End Version soweit gehen, dass eine Retouche bei 100% der  Zielgrösse vorgenommen wird, sodass die Daten Druckvorstufenqualität erreichen.

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Weisungen des Bundes über die Herstellung von Mikrofilmen ab Scans (Auszug)

  • Die Scanauflösung hängt von der jeweiligen Vorlage ab. Schriftdokumente müssen mit einer reellen Auflösung von mindestens 300 dpi aufgenommen werden; Zeichnungen mit feinen Linien und Fotografien mit mindestens 400 dpi (600 dpi wird empfohlen).
  • Die Vorlagen sind so zu scannen, dass alle relevanten Details in guter Auflösung abgebildet sind. Farboriginale, die auf Farbmikrofilm aufbelichtet werden, sind pro Serie gleicher Originaltechnik mindestens einmal mit einem Farbkeil oder einer Farbtafel zu scannen, sodass auf jedem Film mindestens ein Original mit Farbkeil oder Farbtafel aufbelichtet wird.

Staub- und Kratzerentfernung

Grenzen der Verfahren zur Staub- und Kratzerentfernung

Verfahren, die nur auf softwarebedingter Korrektur von Staub und Kratzern basieren und auf eine automatisierte Anwendung vertrauen, werden von der Firma Gubler AG ausgeschlossen, da sie insbesondere bei Details, wie sie etwa in der Archäologie relevant sind (Dachziegel, Erdstruktur, Ablagerungen etc.), zu nicht kontrollierbaren Informationsverlusten führen.

Infrarotbasierte Verfahren hingegen sind sinnvoll, um mechanische Verletzungen der Schicht zu beseitigen, solange diese nicht allzu grossflächig und tief sind.

Unsere Empfehlung

Nutzen eines Scanverfahrens ohne iSRD

  • Das alternative Scanverfahren ohne iSRD der Fachlabor Gubler AG bietet höchste Servicebereitschaft (Bildqualität), ohne dass Faksimilieansprüche zugunsten der Ästhetik preisgegeben werden. Die Information der Ektachromes wird komplett in das digitale File transformiert.
  • Dieses Verfahren wird von diversen archäologischen Diensten, Denkmalpflegen und Archiven in Anspruch genommen.
  • Die Fachlabor Gubler AG verfügt über eine ausserordentliche Referenzliste und langjährige Erfahrung in der Digitalisierung von Archiv- und Dokumentationsmaterial.

Besonderer Nutzen eines Scanverfahrens mit iSRD

  • Diese Lösung ist teurer und liefert nach Erfahrung der Firma Gubler AG keinen bedeutenden Mehrwert.
  • Das Interpolieren von Staub- und Kratzstellen ist eine durchaus sinnvolle, aber rein ästhetische Bildbearbeitung. Partieller Informationsverlust kann nicht anhand von Originalinformationen ersetzt werden. Im Gegenteil, das Bild wird verändert und teilweise verfälscht.
  • Die Firma Gubler AG wendet dieses Verfahren auf ausdrücklichen Wunsch der Auftraggeberin mit einem speziellen iSRD-Scanner gern an.
  • Wichtig ist dabei unsere langjährige Erfahrung mit einem breit angelegten Kundenstamm – sie garantiert höchste Qualität im Umgang mit dem Spannungsfeld zwischen Faksimile und Ästhetik.

 

Bildkompression

Verlustbehaftete Bildkompression widerspricht grundsätzlich dem Anspruch auf Aufbewahrung eines Originals, weil nach der Kompression das ursprüngliche Objekt nicht wiederhergestellt werden kann. Wenn wir den Fall aber genauer betrachten, sehen wir, dass die ursprüngliche TIFF-Datei im Falle eines Digitalisierungsprojektes sowieso nicht "das Original" ist, sondern eine durch Inkaufnahme von mindestens theoretischem Informationsverlust erstellte digitale Kopie. Die Auflösung beim Scannen bestimmt diesen anfänglichen, irreversiblen und je nach Detaillierungsgrad sichtbaren Informationsverlust. Durch die Kompression entsteht in der Regel kein weiterer sichtbarer Informationsverlust, weil die Kompression nur die unterschiedliche Informationsdichte auf dem Ursprungsbild ausnutzt. Das Wiederherstellen der ursprünglichen TIFF-Datei ist allerdings nicht reversibel. Dafür ist das sichtbare Bild, gewonnen aus der TIFF-Datei oder aus einer komprimierten Datei, in diesem Fall identisch ("visuell verlustfrei").

So betrachtet wird verlustbehaftete Bildkompression dort zum Problem, wo wir digital born data archivieren wollen, weil wir dort bei der Kompression einen Teil des Informationsgehaltes des Originals vernichten. Bei der Digitalisierung lässt sich dieser Informationsverlust aber grundsätzlich nicht umgehen, da eine Überführung von analogen in digitale Bilder ohne Rasterung nicht möglich ist.

An und für sich werden die besten Ergebnisse, das heisst am wenigsten Informationsverlust bei einer möglichst grossen Auflösung, durch Scannen und einer anschliessenden Kompression auf handhabbare Grösse erreicht. Damit können sichtbare Informationsverluste am besten verhindert werden. Der Aufwand beim Scannen, sehr grosse Temporärdateien und der Rechneraufwand für die Kompression setzen uns hier aber auch Grenzen.

Kompressionsrate

Eine Kompressionsrate von (weniger als) 10% der unkomprimierten Dateigrösse ist aufgrund der aktuell vorliegenden Muster sinnvoll. Die Fachlabor Gubler AG hat eine genaue Definition der Kompressionsrate sowie einen Beschrieb des Fertigungsprozesses der Kompressionen erarbeitet.


Das Format JPEG 2000

JPEG 2000 bietet gegenüber JPEG einige Vorteile. Es kann sowohl verlustfrei als auch verlustbehaftet komprimieren. Mit diesem Format lassen sich z.B. sehr gute Kompressionsraten für fotoähnliche Bilder erreichen, die trotzdem verlustbehaftet gespeichert werden. JPEG 2000 kann zudem mit Metadaten versehen werden, was die Verwaltung und Benutzung von Bildern im Netzwerk oder Internet vereinfacht.

JPEG 2000 im Projekt Planarchiv, Staatsarchiv Zürich (Stand 2008/2012)


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Die Projektvorgabe, sowohl hochaufgelöste Bilder von mindestens 300 dpi als auch ein entsprechendes Digitalisat als 2D-Barcode auf einer Fiche unterzubringen, verlangt eine Datenkompression beim Digitalisat. Eine Speicherung als TIFF-Datei, in diesem Fall das naheliegende Archivformat, würde bei der im Projekt Monolith™ vorgesehenen Bits-on-Film Speicherdichte etwa das Zehnfache der zur Verfügung stehenden Filmfläche benötigen. Damit wären etwa fünf Fiches pro Plan notwendig, was im Rahmen des Projektbudgets nicht möglich ist. Aufgrund der Projektvorgaben musste also für die Speicherung des Digitalisats auf dem Film ein komprimierendes Bildformat verwendet werden.

Eine Kompressionsrate von Faktor 10 muss unter folgenden Aspekten bewertet werden:

"mathematisch verlustfrei"

Einzig der Modus "lossless" kann aus mathematischer Sicht als verlustfrei bezeichnet werden. Streng genommen sind alle anderen Kompressionen mit Verlust behaftet.

"visuell verlustfrei"

In praktischer Hinsicht muss stets klar sein, welchen Informationsgehalt man aus einer komprimierten Datei wieder herauslesen möchte, bzw. welche Veränderungen gegenüber der Originaldatei ohne weitere Probleme hingenommen werden können. Eine JPEG 2000-Kompression im Bereich von 10% genügt dem Kriterium "visuell verlustfrei".

Originaltreue der Input-Information

Insbesondere das Archivieren von Scandaten wirft die Frage auf nach der Qualität, in diesem Kontext die "Wiedergabe der Information auf dem Plandokument" durch den Scanner. Bei einem Scan von 300 dpi ab Original sprechen wir von einem guten Scan, der sicher das wiedergibt, was der normale Betrachter mit blossem Auge auch auf dem originalen Plan hätte lesen können. Vor diesem Hintergrund ist eine Kompressionsrate wie folgt zu beurteilen:

Verfahren zur Beurteilung der Qualität

"Kompression bei 300 dpi": Die Daten des komprimierten Files werden in 100% bis 200% der Masse des Originaldokumentes mittels hochauflösenden, bildgebenden Verfahren (z.B. hochauflösender Druck, Inkjet, Laser-Foto-Ausbelichtung) vergrössert und alsdann neben das Original gelegt. Der kritische Betrachter kann nun nach allfälligen Unterschieden suchen und sich ein Bild davon machen, ob diese Unterschiede detektierbar sind und – falls überhaupt vorhanden – ob sie akzeptabel wären oder nicht. Eine Betrachtung am Bildschirm ist grundsätzlich problematisch und sollte ein Heranzoomen bis auf "tatsächliche Pixel" auf keinen Fall überschreiten.

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Formate und Kompression bei Film, Video und Audio

Kompression

Aus technischer Sicht spricht nichts gegen eine Kompression: Obwohl diese mathematisch immer einen Verlust an Redundanz mit sich bringt, ist dagegen  nichts einzuwenden, solange die menschlichen Messorgane keinen messbaren Qualitätsunterschied feststellen ("visuell verlustfrei").

Für die Langzeitarchivierung hingegen gelten notwendige Bedingungen bei der Wahl einer Kompression oder eines Dateiformates:

  • Verbreitung – damit steigt die Verfügbarkeit der Decoder-Software in Zukunft
  • Offenlegung – um schlimmstenfalls das Re-Engineering, also den Nachbau des Decoders, auch in ferner Zukunft sicherzustellen

Video

H264 Videocodec

  • Geringe Datenrate
  • Individuell parametrisierbare optische Qualität
  • Nur bedingt zur Weiterverarbeitung
  • Gut geeignet für die Darstellung im Browser
  • Vorteilhaft gegenüber PNG Video (verlustfreie Kompression, mittlere Datenrate) und unkomprimiertem Video (sehr grosse Datenrate)

Audio

OggVorbis

  • Variable Qualität, Einsatzzweck wie MP3 gegenüber FLAC (verlustfrei bei mittlerer Datenrate) und WAV (unkomprimiert, sehr grosse Datenmenge)