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DNG (RAW-Formate)

Allgemeine Informationen

Titel Digital Negative
Kategorie Bildformate (Rastergrafik)
Abkürzung DNG
Dateiendung .dng, .arw, .sr2, .srf, .cr2, .raf, .nef, .nrw, .orf, .rw2, .raw
Kursiv: Endungen von weiteren RAW-Formaten nebst DNG
Mime Type image/dng, image/tiff
Pronom PUID fmt/436 (Version 1.0), fmt/152 (Version 1.1, Extensionen .dng, .tif, .tiff), fmt/437 (Version 1.2), fmt/438 (Version 1.3), fmt/730 (Version 1.4), fmt/1842 (Version 1.6)
Version aktuelle Version: 1.6 (2021)
vorhergehende Versionen: 1.0 (2004), 1.1 (2005), 1.2 (2008), 1.3 (2009), 1.4 (2012)

   

Beschreibung

DNG ist ein nichtproprietäres RAW-Format. DNG wurde von Adobe entwickelt, ist lizenzfrei und Open Source. Adobe postulierter DNG als Industrie-Standard für das Speichern und Archivieren von Rohdaten (RAW-Dateien) aus Digitalkameras. [1] DNG basiert auf dem ISO-Standard 12234-2 (TIFF/EP) und ist mit diesem kompatibel.

    

Bewertung von DNG

Offenheit: 3
Die Spezifikation von DNG ist offengelegt und frei erhältlich.

Lizenzfreiheit: 3
Das Copyright für DNG gehört Adobe; die Firma hat bisher darauf verzichtet, den Gebrauch des Formats mit Lizenzgebühren zu belegen.

Verbreitung: 2
Als Standardformat für digitale Kamerarohdaten ist DNG inzwischen gut verbreitet auch wenn gewisse grosse Hersteller das Format nicht direkt unterstützen.
Die grossen Kameraersteller (>90% Marktanteil) unterstützen DNG nicht, jedoch die Hersteller von Smartphones.

Funktionalitaet: 3
DNG ist als Rohdatenformat für Digitalkameras gut geeignet. Dass aus einem DNG in unterschiedlichen Applikationen RGB-Bilder mit sichtbaren Unterschieden generiert werden können, ist jedoch kritisch zu sehen.

Implementierung: 4
DNG-Dokumente können mit vielen gängigen Bildbearbeitungsprogrammen geöffnet werden. Es besteht eine Reihe von Tools, um proprietäre Rohdatenformate in DNG zu konvertieren. Einschränkend ist zu sagen, dass bei der Verarbeitung von DNGs proprietäre Algorithmen zur Anwendung kommen, die dazu führen, dass aus einem DNG in unterschiedlichen Applikationen unterschiedliche RGB-Bilder resultieren.

Speicherdichte: 2
Da DNG bei Rohdaten von Sensoren mit Mosaikfiltern pro Pixel nur einen Kanal abspeichert, ist seine Speicherdichte besser als diejenige eines RGB-TIFF (ausgenommen sind Multishot- und Lineare DNG-Dateien). Im Vergleich zu einem RAW braucht ein unkomprimiertes DNG rund 20% weniger Speicherplatz. Zusätzlich erlaubt DNG verlustfreie Kompression. Diese ist auch bei einige aber nicht alle proprietären RAW Formate möglich.

Verifizierbarkeit: 3
DNG enthält, im Unterschied zu anderen RAW-Formaten, eine Validierungs-Checksumme, die eine automatische Prüfung erlaubt, ob ein Bit in den Bilddaten der Datei verändert wurde. [2] Bei den Adobe-Produkten, die DNG unterstützen, wird in einem solchen Fall angezeigt, dass die Datei möglicherweise beschädigt worden ist.
Der Adobe DNG Converter kann auch als Validator für DNG-Dateien verwendet werden, wobei dieser dabei Kopien der zu überprüfenden Dateien anlegt. Auch ist im Moment unklar, ob sich dieser Validierungsprozess lediglich auf die Überprüfung oben erwähnte Validierungs-Checksumme beschränkt oder auch den Rest der Datei überprüft. Neben dem Adobe DNG Converter gibt es auch DNG Validatoren von anderen Anbietern (z.B. ImageVerifyer von Marc Rochkind). Da diese jedoch Adobe-Code verwenden, der Teil des SDKs ist, ist auch hier unklar, was alles überprüft wird.

Best Practice: 2
DNG ist nicht unumstritten, da z.B. daraus generierte Bilder je nach verwendeter Software sichtbare Unterschiede aufweisen können. [4] Die Library of Congress stuft DNG deshalb nur als «akzeptabel» ein. [5] DNG wird gegenüber anderen RAW-Formaten bevorzugt, da es nicht proprietär ist.

Perspektive: 2
Es erscheint fraglich, ob DNG im Archivbereich jemals grosse Bedeutung gewinnen wird, ausgenommen bei der Archivierung digitaler Fotografien und sofern der Zugriff auf die Rohdaten möglich ist.

Formatklasse: B
Rohdatenbildformat etabliert. Die meisten Smartphonemodelle können DNG mittlerweilen erstellen.

  

Analyse

Worin unterscheiden sich RAW-Formate von anderen Bildformaten?
RAW Formate (z.B. .DNG) werden als digitale Negative bezeichnet und sind in ihrem strukturellen Aufbau mit TIFF vergleichbar. Sie speichert die Helligkeitswerte der lichtempfindlichen Flächensensoren digitaler Kameras. Jeder Sensor empfängt entweder die Helligkeit von Grün, Rot oder Blau.
Physikalisch wird dies erreicht, indem ein Farbfilterpattern/mosaik über die Sensoren gelegt wird (z.B. Bayernpattern/filter, Abbildung 1) Der gespeicherte Helligkeitswert pro Pixel entspricht demzufolge der Helligkeit der gefilterten Farbe. Um die Rohdaten als Bild darstellen zu können, müssen die Helligkeitswerte erst durch einen RAW-Konverter in die RGB oder CMYK-Farbräume umgerechnet werden. Das Resultat dieser Konvertierung ist in unkomprimierter Form z.B. ein RGB-TIFF-File, bei dem jedem Pixel sowohl ein grüner, roter und blauer Helligkeitswert zugeordnet ist. Dieser Konvertierungsprozess wird als Demosaicing bezeichnet. Die Rohdaten eines unkomprimierten RAW-Files (1 Farbkanal pro Pixel) benötigen so dreimal weniger Speicherplatz als das unkomprimierten RGB TIFF (3 Farbkanäle pro Pixel) nach der Konvertierung. Wegen mehr Metadaten und optional eingebetteter Previews wird ein RAW File jedoch nur rund 50% kleiner sein als seine TIFF-Konversion.


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Abbildung 1: 1. Bayerfilter über Kamerasensoren 2, 2. Sensorenoutput 3. Output mit aufgelegtem Bayermosaik (vor dem Demosaicing). 3 4

Die Eigenheiten des eingesetzten Sensors werden in den Metadaten des RAW Files mittels Tags beschrieben, was eine wesentliche Erweiterung des ISO-Standard 12234-2 (TIFF/EP) darstellt. Typisch für alle Kamera-Rohdatenformate ist, dass zahlreiche Parameter auf die vom Sensor gelieferten Rohdaten angewandt werden, um das finale RGB-Bild zu erzeugen. Diese Parameter sind "weiche" Faktoren, die bei Bedarf dem jeweiligen Verwendungszweck des Bildes angepasst werden können. Wird ein RAW also im Editierungsbereich eines RAW Converters bearbeitet, so werden nur die Metadaten in den Tags geändert. Die gespeicherten Sensor-Rohdaten bleiben unverändert. Bei Formaten wie JPEG oder PNG werden hingegen die Werte in den Farbkanälen der Pixel selbst geändert.

RAW Dateien mit mehreren Farbkanälen
Multishot RAW-Dateien
Wie erwähnt wird bei RAW-Formaten in der Regel pro Pixel ein Farbkanal abgespeichert. Eine Ausnahme davon bilden Multishot-Bilder, die bis zu 16 um (Sub-) Pixel verschobene Einzelbilder enthalten, welche in der Verarbeitung übereinandergelegt und zu einem RGB-Bild kombiniert werden. Multishot-RAWs enthalten bis zu vier Kanäle pro resultierendes Farbpixel. Demnach ist bei solchen Multishot-RAWs die Speicherdichte noch ungünstiger als bei einem RGB-TIFF.

Linear DNG
Dieses Format verfügt über drei Farbkanäle pro Pixel. Wenn ein RAW DNG in ein Linear DNG konvertiert wird, so wird einzig das lineare (reversible) Demosaicing ausgeführt. Beim Linear DNG entfällt daher das lineare Demosaicing bei einem erneuten Öffnen durch einen DNG Konverter.
Die drei Kanäle bei einem Linear DNG ermöglichen es auch, RGB-Rohdaten zu speichern, wie sie von Mehrkanal-Sensoren (z. B. Foveon oder RGB Scan-Zeilen) geliefert werden oder aus bereits zu RGB-Bildern verkämmten Multishot-Bildern entstehen; solche Daten werden als "Linear DNG" bezeichnet. Die Speicherdichte von Linear DNGs entspricht derjenigen von RGB-TIFFs.

Was ist DNG?
DNG ist ein nichtproprietäres RAW-Format. DNG wurde von Adobe entwickelt, ist lizenzfrei und Open Source. Adobe postulierter DNG als Industrie-Standard für das Speichern und Archivieren von Rohdaten (RAW-Dateien) aus Digitalkameras. [1] DNG basiert auf dem ISO-Standard 12234-2 (TIFF/EP) und ist mit diesem kompatibel. Die anderen, proprietären, RAW-Formate orientieren sich ebenfalls am TIFF/EP Standard, verfügen aber u.a. über zusätzliche, private, teils verschlüsselte Tags, die z.B. zur Bildkorrektur verwendet werden. DNG als Industriestandard wurde von den grossen Herstellern digitaler Kameras (>90% Marktanteil, ohne Smartphones) bis jetzt (2023) nicht übernommen.

Worin unterscheidet sich DNG von anderen RAW-Formaten?
Die RAW-Formate der grossen Hersteller digitaler Kameras sind, im Unterschied zu DNG, proprietär. Dies bedeutet, dass die Spezifikationen des Formates (Tags), der Kamera (Camera Matching Profile, Filtertyp) und des zugehörigen RAW Konverters (z.B. Demosaicingalgorithmen, Entrauschungsalgorithmen) nicht oder nur unvollständig öffentlich sind.

Public und Private Tags
DNG unterscheidet sich von proprietäre RAW-Formate in der Anzahl und in der Kodierung der TIFF-Tags. Konvertern, die nicht vom Herausgeber eines proprietären RAW-Fromates zur Verfügung gestellt werden, können daher nicht alle Metainformationen optimal verarbeiten. Daher sind Konversionen (TIFF, PNG, JPG etc.) mit diesen Tools oft von geringerer Qualität als mit dem Konverter des Herausgebers,
DNG definiert eine Sammlung von öffentlichen ("Public") Tags (siehe TIFF ), welche die Charakteristika eines Bildes beschreiben. Dazu gehören unter anderem die Dimensionen, die verwendeten Farbräume, der Neutralabgleich, sowie Helligkeit, Kontrast und Belichtungskorrektur, aber auch Objektivdaten, die beispielsweise zur Korrektur von Objektivfehlern wie Verzeichnung, Randlichtabfall und Farbsäumen verwendet werden können. Zusätzlich können Hersteller ihre eigenen ("Private") Tags verwenden, die es ihnen erlauben, proprietäre Funktionalitäten oder Algorithmen einzubauen. Nicht in allen Readern sind alle Optionen, welche die Public Tags bieten, implementiert. Bei den proprietären Private Tags kann man davon ausgehen, dass diese nur durch die jeweiligen Hersteller genutzt werden. Bei einer Konvertierung von proprietären RAW-Formaten zu DNG können proprietäre Tags verloren gehen. Adobe ermöglicht daher, die Originaldatei in das DNG einzubinden, um die originalen Metadaten zu erhalten. Dies verdoppelt jedoch ungefähr die Filegrösse.


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Abbildung 2: Ausschnitt aus Tags und Kodierung bei Adobe DNG


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Abbildung 3: Ausschnitt aus Tags und Kodierung bei Canon DNG

Editierung
Geänderten Metadaten werden bei proprietären RAW oft in einer separaten Sidecar Dateien abgelegt. Dies ist der Fall, wenn nicht der Originalkonverter verwendet wird, z.B. wenn ein .NEF-File einer Nikonkamera mit Adobe Camera Raw statt mit Nikon Capture NX bearbeitet wird. Bei DNG können die geänderten Metadaten entweder in einem Sidecarefile abgelegt werden oder sie überschreiben die Metadaten im DNG. Die Sidecar Files müssen bei einer allfälligen Migration der Daten ebenfalls migriert werden, wenn die geänderten Metadaten respektive die daraus ableitbare Bildvariante von Interesse sind.

Komprimierung
Wenn DNG-Implementationen keine proprietären Tags und keine JPEG-Previews enthalten, können sie unkomprimiert rund 20% kleiner sein als proprietäre RAW-Formate.
Bei DNG wie bei RAW kann eine verlustfreie Komprimierung (JPEG-LS Standard) eingesetzt werden. Die Rohdaten werden dabei geändert, ohne dass ein Verlust bei der Bildqualität auftritt. In den Rohdaten wird die Anzahl Bits für die Helligkeitswerte, wo möglich, reduziert. Die Dateigrösse verringert sich bei DNG dadurch um ca 50-60%. [6] Bei einigen anderen RAW-Formaten ist die Kompression geringer (20-40%). [7] Allerdings sind die Rohdaten in der Regel mit 12 bis 16 Bit codiert. Die Ersparnis an Speicherplatz gegenüber einem 8 Bit RGB TIFF ist deshalb geringer als 2/3. Die Reduktion der Rohdaten ist bei verlustfreier Komprimierung reversibel. Bei DNG und RAW-Formaten ist auch eine verlustbehaftete (lossy) Komprimierung möglich (60-70% bei DNG). Die Rohdaten werden hierbei irreversibel verändert.

Verbreitung
Zahlreiche kleinere Hersteller von Digitalkameras (weniger als 10%) und praktisch alle Hersteller von Smartphonekameras unterstützen inzwischen DNG (Stand 2023), teilweise direkt in der Kamera, teilweise auch in der Software, die mit der Kamera mitgeliefert wird.[8] Im Weiteren existieren einige DNG-Konversions-Tools, die es erlauben, proprietäre Rohdaten in DNG umzuwandeln.
Ein bisher ungelöstes Problem stellt die Tatsache dar, dass die Algorithmen für die Rekonstruktion eines RGB-Farbbildes aus den Pixelwerten der Rohdaten (als Demosaicing oder Farbinterpolation bezeichnet) sowie weitere Algorithmen zur Bildoptimierung (z. B. zur Unterdrückung von Farbmoiré oder Bildrauschen) bei allen Herstellern proprietär sind. Dies trifft auch im Fall des DNGs zu bzw. macht sich dort besonders bemerkbar: Je nach verwendeter Software können aufgrund der unterschiedlichen Algorithmen aus einem DNG recht unterschiedliche RGB-Bilder entstehen.

Archivwürdigkeit
Bezüglich Archivwürdigkeit wird nur DNG betrachtet, da dieses, im Unterschied zu den anderen RAW-Formaten, nicht proprietär ist. DNG wurde zudem von Adobe explizit als Archivformat entwickelt. DNG ist wie alle Rohdatenformate ein Zwischenprodukt, aus dem das "finale" RGB-Bild erzeugt wird. Dennoch ist die Frage, ob solche Rohdaten als Zwischenprodukte grundsätzlich überhaupt als archivierungswürdig zu betrachten sind, wie auch beim analogen fotografischen Negativ eindeutig mit ja zu beantworten. Diese Rohdaten sind szenenbezogen und erlauben es, für den jeweiligen Verwendungszweck ein optimales RGB-Bild zu erzeugen. Zusätzlich können dank ständig weiterentwickelter Algorithmen die Ergebnisse, die aus einem DNG erzeugt werden können, bezüglich Farb- und Detailtreue laufend verbessert werden.
Für die Archivierung von DNGs spricht auch die (abgesehen von den erwähnten Ausnahmen) gegenüber dem TIFF bessere Speicherdichte: bezüglich Speicherdichte kann es durchaus interessant sein, anstelle eines TIFF ein DNG und eine verlustbehaftete Ausprägung (z.B. JPEG2000) zu archivieren. Dies entspricht der bei analogen Fotografien praktizierten Aufbewahrung von Negativ als Master und Papierbild als konkrete Ausprägung.

    

Fazit

DNG ist als Dateiformat für das Speichern von Rohdaten aus Digitalkameras nicht ganz unumstritten, findet aber zunehmend Verbreitung und auch in Archivkreisen Anerkennung. Wenn solche Rohdaten archiviert werden sollen, dann ist DNG als sinnvolle Alternative zu rein proprietären Rohdatenformaten zu betrachten. Die Formatspezifikationen von DNG sind offen und frei erhältlich. dürften wohl in auch in den Aktuell besteht ein Entwurf des ISO Standard ISO/AWI 12234-4 [14] in dem die DNG-Spezifikationen künftig festgehalten werden sollen.

   

Referenzen

DNG 1.3 Specifications, Adobe Systems, Inc., 2009-06-19.
http://www.adobe.com/products/dng/pdfs/dng_spec_1_3_0_0.pdf

TIFF 6.0 Specification, Adobe Systems, Inc., 1992-06-03.
http://www.itu.int/itudoc/itu-t/com16/tiff-fx/docs/tiff6.pdf

ISO 12234-2:2001, Electronic still-picture imaging — Removable memory — Part 2: TIFF/EP image data format
https://www.iso.org/standard/29377.html
(kostenpflichtig)

ISO/AWI 12234-4 Electronic still-picture imaging — Removable memory — Part 4: Digital negative format
https://www.iso.org/standard/86123.html

   

Literatur

[1] Wikipedia, „Digital Negative“ 2023
https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Negative
[2] Adobe, „Digital Negative (DNG): The public archival format for digital camera raw data“
https://helpx.adobe.com/camera-raw/digital-negative.html
[3] P. Krogh, „DNG Validation“ American Society of Media Photographers, 2015
https://www.dpbestflow.org/data-validation/dng-validation
[4] DT Heritage, „File Formats“
https://heritage-digitaltransitions.com/file-fidelity
[5] Library of Congress, „Recommended Formats Statement: Still Image Works“
https://www.loc.gov/preservation/resources/rfs/stillimg.html
[6] RawTherapee, „Demosaicing“ 2019
https://rawpedia.rawtherapee.com/Demosaicing
[7] Wikipedia, „Bayerfilter“ 2023
https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter
[8] Wikipedia, „Demosaicing“ 2023
https://en.wikipedia.org/wiki/Demosaicing
[9] B. Hrastnik, „Writting metadata: To raw or not to raw?“ 2011
https://exiftool.org/gui/articles/tiff_raw.html
[10] Rawsie; Dotphoton SA, „How Adobe DNG Converter works“ 2023
https://rawsie.co/adobe-dng-converter-compression#compressionindngconverter
[11] NIKON, „NEF (RAW) Compression“ 2016
https://www.nikonimgsupport.com/eu/BV_article?articleNo=000045781&lang=en_GB
[12] Adobe, „Finde heraus, ob Adobe Camera Raw dein Kameramodell unterstützt,“ 2023
https://helpx.adobe.com/ch_de/camera-raw/kb/camera-raw-plug-supported-cameras.html
[13] I. O. f. S. (ISO), „ISO/AWI 12234-4 Electronic still-picture imaging — Removable memory — Part 4: Digital negative format“
https://www.iso.org/standard/86123.html
[14] Library of Congress, „Camera Raw Formats (Group Description)“ 2023
https://www.loc.gov/preservation/digital/formats/fdd/fdd000241.shtml
[15] Library of Congress, „Adobe Digital Negative (DNG), Version 1.1“ 2022
https://www.loc.gov/preservation/digital/formats/fdd/fdd000188.shtml

    

Katalog archivischer Dateiformate Version 7.0, Juni 2024