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Il formato PBM (Portable Bitmap) è uno dei formati di file grafici più semplici e antichi utilizzati per memorizzare immagini monocromatiche. Fa parte della suite Netpbm, che include anche PGM (Portable GrayMap) per immagini in scala di grigi e PPM (Portable PixMap) per immagini a colori. Il formato PBM è progettato per essere estremamente facile da leggere e scrivere in un programma e per essere chiaro e univoco. Non è inteso come un formato autonomo, ma piuttosto come un minimo comun denominatore per la conversione tra diversi formati di immagine.

Il formato PBM supporta solo immagini in bianco e nero (1 bit). Ogni pixel nell'immagine è rappresentato da un singolo bit: 0 per il bianco e 1 per il nero. La semplicità del formato lo rende semplice da manipolare utilizzando strumenti di modifica del testo di base o linguaggi di programmazione senza la necessità di librerie di elaborazione delle immagini specializzate. Tuttavia, questa semplicità significa anche che i file PBM possono essere più grandi di formati più sofisticati come JPEG o PNG, che utilizzano algoritmi di compressione per ridurre le dimensioni del file.

Esistono due varianti del formato PBM: il formato ASCII (semplice), noto come P1, e il formato binario (raw), noto come P4. Il formato ASCII è leggibile dall'uomo e può essere creato o modificato con un semplice editor di testo. Il formato binario non è leggibile dall'uomo ma è più efficiente in termini di spazio e più veloce da leggere e scrivere per i programmi. Nonostante le differenze di archiviazione, entrambi i formati rappresentano lo stesso tipo di dati di immagine e possono essere convertiti tra loro senza perdita di informazioni.

La struttura di un file PBM in formato ASCII inizia con un numero magico di due byte che identifica il tipo di file. Per il formato ASCII PBM, questo è "P1". Dopo il numero magico, c'è uno spazio vuoto (spazi, TAB, CR, LF), quindi una specifica di larghezza, che è il numero di colonne nell'immagine, seguita da più spazi vuoti, quindi una specifica di altezza, che è il numero di righe nell'immagine. Dopo la specifica dell'altezza, c'è più spazio vuoto, quindi iniziano i dati dei pixel.

I dati dei pixel in un file PBM ASCII consistono in una serie di "0" e "1", con ogni "0" che rappresenta un pixel bianco e ogni "1" che rappresenta un pixel nero. I pixel sono disposti in righe, con ogni riga di pixel su una nuova riga. Lo spazio vuoto è consentito ovunque nei dati dei pixel tranne che all'interno di una sequenza di due caratteri (non è consentito tra i due caratteri della sequenza). La fine del file viene raggiunta dopo aver letto i bit larghezza*altezza.

Al contrario, il formato PBM binario inizia con un numero magico di "P4" invece di "P1". Dopo il numero magico, il formato del file è lo stesso della versione ASCII fino a quando non iniziano i dati dei pixel. I dati dei pixel binari vengono impacchettati in byte, con il bit più significativo (MSB) di ciascun byte che rappresenta il pixel più a sinistra e ogni riga di pixel riempita come necessario per riempire l'ultimo byte. I bit di riempimento non sono significativi e i loro valori vengono ignorati.

Il formato binario è più efficiente in termini di spazio perché utilizza un byte completo per rappresentare otto pixel, al contrario del formato ASCII che utilizza almeno otto byte (un carattere per pixel più uno spazio vuoto). Tuttavia, il formato binario non è leggibile dall'uomo e richiede un programma che comprenda il formato PBM per visualizzare o modificare l'immagine.

Creare un file PBM a livello di programmazione è relativamente semplice. In un linguaggio di programmazione come C, si aprirebbe un file in modalità scrittura, si emetterebbe il numero magico appropriato, si scriverebbero la larghezza e l'altezza come numeri ASCII separati da spazi vuoti, quindi si emetterebbero i dati dei pixel. Per un PBM ASCII, i dati dei pixel possono essere scritti come una serie di "0" e "1" con gli opportuni a capo. Per un PBM binario, i dati dei pixel devono essere impacchettati in byte e scritti nel file in modalità binaria.

Anche leggere un file PBM è semplice. Un programma leggerebbe il numero magico per determinare il formato, salterebbe lo spazio vuoto, leggerebbe la larghezza e l'altezza, salterebbe più spazi vuoti, quindi leggerebbe i dati dei pixel. Per un PBM ASCII, il programma può leggere i caratteri uno alla volta e interpretarli come valori di pixel. Per un PBM binario, il programma deve leggere i byte e decomprimerli in singoli bit per ottenere i valori dei pixel.

Il formato PBM non supporta alcuna forma di compressione o codifica, il che significa che le dimensioni del file sono direttamente proporzionali al numero di pixel nell'immagine. Ciò può comportare file molto grandi per immagini ad alta risoluzione. Tuttavia, la semplicità del formato lo rende ideale per apprendere l'elaborazione delle immagini, per l'uso in situazioni in cui la fedeltà dell'immagine è più importante delle dimensioni del file o per l'uso come formato intermedio nei processi di conversione delle immagini.

Uno dei vantaggi del formato PBM è la sua semplicità e la facilità con cui può essere manipolato. Ad esempio, per invertire un'immagine PBM (trasformare tutti i pixel neri in bianchi e viceversa), si possono semplicemente sostituire tutti gli "0" con "1" e tutti gli "1" con "0" nei dati dei pixel. Ciò può essere fatto con un semplice script o programma di elaborazione del testo. Allo stesso modo, altre operazioni di base sulle immagini come la rotazione o il mirroring possono essere implementate con semplici algoritmi.

Nonostante la sua semplicità, il formato PBM non è ampiamente utilizzato per l'archiviazione o lo scambio di immagini generali. Ciò è dovuto principalmente alla sua mancanza di compressione, che lo rende inefficiente per la memorizzazione di immagini di grandi dimensioni o per l'uso su Internet dove la larghezza di banda può essere un problema. Formati più moderni come JPEG, PNG e GIF offrono varie forme di compressione e sono più adatti a questi scopi. Tuttavia, il formato PBM viene ancora utilizzato in alcuni contesti, in particolare per la grafica semplice nello sviluppo del software e come strumento didattico per i concetti di elaborazione delle immagini.

La suite Netpbm, che include il formato PBM, fornisce una raccolta di strumenti per la manipolazione di file PBM, PGM e PPM. Questi strumenti consentono la conversione tra i formati Netpbm e altri formati di immagine popolari, nonché operazioni di elaborazione delle immagini di base come il ridimensionamento, il ritaglio e la manipolazione del colore. La suite è progettata per essere facilmente estensibile, con un'interfaccia semplice per aggiungere nuove funzionalità.

In conclusione, il formato immagine PBM è un formato file semplice e senza fronzoli per la memorizzazione di immagini bitmap monocromatiche. La sua semplicità lo rende facile da comprendere e manipolare, il che può essere vantaggioso per scopi didattici o per semplici attività di elaborazione delle immagini. Sebbene non sia adatto a tutte le applicazioni a causa della sua mancanza di compressione e delle conseguenti grandi dimensioni dei file, rimane un formato utile nei contesti specifici in cui i suoi punti di forza sono più vantaggiosi. Il formato PBM, insieme al resto della suite Netpbm, continua a essere uno strumento prezioso per coloro che lavorano con l'elaborazione delle immagini di base e la conversione dei formati.