Tekniikka

Rasterikuva (Bittikartta)

Rasterikuva on valokuvan digitaalinen esitysmuoto. Kuvakoko pikseleinä (osoitettavuus) on suorakaide, jonka koko on rivin pikseleiden ja rivien lukumäärän tulo.

Värinäytön pikseli koostuu kolmesta pääväristä, punainen (R), vihreä (G) ja sininen (B). Yhtä osaväriä kuvaa yleensä tavu (8 bittiä), eli yhtä pikseliä edustaa kolme tavua.

Oletetaan, että kamerasta saadun valokuvan koko on 4 160 x 3 120 pikseliä. Pakkaamattoman kuvan koko tavuina on:

4 160 x 3 120 x 3 = 38 937 600 tavua

Kuvan liki 40 Megatavun koko on hankalan suuri. Vertailun vuoksi muotoillun 100 sivuisen tekstidokumentin koko ilman kuvia on noin 0.25 Megatavua.

Asiallinen kuvakoko pikseleinä määräytyy resoluution ja kuva-alueen mittojen perusteella. Useimmiten 300 pikseliä tuumalle (300 PPI) riittää. Jos kuvan täytyy täyttää 15 cm leveä palsta, tarvitaan leveyssuunnassa:

300 PPI * 15 cm / 2.5 cm = 1 770 pikseliä

Kuvan mittasuhteet säilytetään, joten korkeussunnassa tarvitaan:

(1 770 / 4 160) * 3 120 = ~1 328 pikseliä

Pikselimäärän supistamisen jälkeen pakkaamaton kuvakoko tavuina on edelleen suuri:

1 770 x 1328 x 3 = 7 051 680 tavua

Rasterikuvan tilantarve vähenee merkittävästi, kun kuva pakataan.

Word ja perinteiset kuvamuodot

Tuotaessa kuvia Word-dokumenttiin, ohjelma näyttää EMF, WMF, JPG, PNG, BMP, GIF, TIFF ja SVG vaihtoehdot.

EMF, WMF ja SVG soveltuvat vektorikuvien siirtämiseen. Office-ohjelmien välisissä vektorikuvien siirroissa EMF-kuvamuoto on ylivoimainen. EMF-vektorikuva siirtyy virheettä, sitä voi skaalata rajatta ja laatu on silti aina moitteeton.

PNG ja JPG ovat perinteisiä rasterimuotoja. PNG-kuva pakataan häviöttömästi ja siksi runsaasti yksityiskohtia sisältävä kuva ei tiivisty kovin paljon. PNG soveltuu ruutukaappauksiin, joissa yksityiskohtia on vähän. PNG soveltuu myös alkuperäisen kuvan häviöttömään säilyttämiseen.

JPG-kuva on häviöllisesti pakattu. Pakkauksen tehokkuutta voidaan säätää laadun kustannuksella. Valokuvat ja muut runsaasti värejä sisältävät kuvat hyötyvät JPG-pakkauksesta.

Muita rasterimuotoja on käytetty harvemmin valokuvien pakkaamiseen joko pienen värimäärän tai heikon tiivistymisen takia.

Sekä perinteisiä että nykyaikaisia rasterimuotoja voi käsitellä esimerkiksi näillä ohjelmilla:

• Rasterikuvien muunnoksiin XnConvert
• Rasterikuvien editointiin paint.net

Molemmissa käyttäjän tukena on omat foorumit. Harrastekäytössä ohjelmistot ovat ilmaisia. Lisenssit työkäyttöön ovat varsin edullisia, varsinkin ohjelmien laatuun ja ominaisuuksiin verrattuna.

Uudet AVIF, HEIC, JXL, JXR, WEPB rasterikuvatyypit

Kuvatyypin käyttö on sujuvaa, jos sillä on järjestelmä­tuki. Tällöin kuva näkyy tiedosto­selaimessa ja Windowsin valokuvat -sovelluksessa, kuvaa voi editoida ja lopulta sijoittaa viimeistelty kuva Word-dokumenttiin tai verkkosivuille.

AVIF-rasterikuvia voi tarkastella ja editoida AV1-videolaajennuksen tuella (sovelluskauppa, ilmainen). AVIF-kuvat voi pakata häviöllisesti tai häviöttömästi. Pakkausnopeus on hiukan muita hitaampi.

HEIC-rasterikuvien käsittelyyn tarvitaan kaksi järjestelmäosaa, HEIF-kuvatiedostotunniste (sovelluskauppa, ilmainen) ja HEVC-videolaajennukset (sovelluskauppa, 0.99 EUR). Pakkaus on nopeaa, joko häviöllistä tai häviötöntä.

Täyden JPEG XL-rasteri­kuvatuen Windows 11:een saa lataamalla kuva­laajennuksen (sovelluskauppa, ilmainen). Sen avulla mm. Office sovellukset osaavat myös tallentaa kuvat JPEG XL -muodossa.

Sovelluskaupan JPEG XL -kuvalaajennus ei asennu Windows 10:een. JPEG XL -kuvien tuen Windows 10:een saa lataamalla ilmaisen avustajan osoitteesta:

• JXL-Winthumb avustaja

Sivuston kohdasta assets ladataan järjestelmään sopiva kirjasto:

• jxl_winthumb_x86_64.dll
• jxl_winthumb_i686.dll
• jxl_winthumb_aarch64.dll

64-bittistä Windowsia varten kirjasto rekisteröidään terminaali-ikkunassa pääkäyttäjän oikeuksin:

• regsvr32 jxl_winthumb_x86_64.dll

JPEG XL -tekniikan vahvuuksia:

• nopea pakata ja purkaa
• pienikokoiset ja korkealaatuiset tulostiedostot
• 4:4:4 näytteistys
• 8–32 bittiset värikanavat
• HDR tuki
• tarvittaessa valtava kuvakoko (1 073 741 823 × 1 073 741 823)
• hyödyntää ICC väriprofiileja ja laajaa väriavaruutta
• häviötön tai häviöllinen pakkaus
• …

JXR-tuki on Windowsissa valmiina. Muoto pakkautuu tehokkaasti ja ripeästi. Häviötön tai häviöllinen pakkaus on valittavissa.

WEBP-kuvia varten haetaan Webp-kuvalaajennus -järjestelmäosa (sovelluskauppa, ilmainen). Pakkaus on tehokasta ja nopeaa. Häviötön ja häviölllinen pakkaus on käytettävissä.

Kuvaa tuotaessa Word ei välttämättä näytä uuden rasterimuodon tiedostonimeä. Tiedosto löytyy käyttämällä *.* -hakupeitettä tai suoraan muodon mukaista hakupeitettä, esimerkiksi *.jxl.

Rasterikuvien tuki ennen laajennuksia ja niiden asentamisen jälkeen

Rasterikoodekkien toiminta testattiin aluksi käyttöjärjestelmän ensiasennuksen jälkeen ja toisen kerran laajennusten asentamisen jälkeen.

Virtuaaliasemassa oli Windows 10 22H2, koontiversio 19045.6282. Ensiasennuksen jälkeen oli käytössä neljä perinteistä rasterimuotoa kahdeksasta tarkastellusta.

Rasterikuvien tuki ilman laajennuksia.
(√ toimii, – ei toimi)

Rasterikuvan käyttökelpoisuutta voi likimäärin arvioida näin: Mikäli kuva näkyy tiedosto­selaimessa, on se tuotavissa Wordiin.

Muunnosohjelma XnConvert käsittelee kuvamuotoja riippumatta siitä, osaako käyttöjärjestelmä tulkita kuvia vaiko ei.

Rasterikuvien tuki laajennusten asentamisen jälkeen. (√ toimii, – ei toimi).
* Word muuntaa BMP-kuvan PNG-muotoon.

HEIC tuen lisäämisen jälkeen myös Paint.Net:llä voidaan editoida sujuvasti kaikkia tässä käsiteltyjä muotoja.

Kuvat DOCX-tiedostossa

DOCX-tiedosto on zip-paketti, jonka sisältöä voi tarkastella esimerkiksi 7-zip -sovelluksella:

• DOCX-tiedoston tarkasteluun SevenZip

DOCX-tiedostossa on täsmällinen hakemistorakenne. Polku \word\media näyttää kuvatiedostot.

Kuvatiedostot ovat esiintymisjärjestyksessä. Tiedostoliite kertoo kuvatyypin.

Kuvan voi tuoda ulos media-hakemistosta (vedä ja pudota) tai kuvan voi korvata ulkopuolelta tuodulla kuvalla.

Avatun DOCX-tiedoston juuressa on ohjetiedosto Content_Types.xlm, jossa luetellaan mm. käytössä olevat kuvatyypit.

Tiedostossa Content_Types.xml esitellään mm. kuvatyypit, osan vaihdot, ylä- ja alatunnisteet ja muut dokumentin rakenneosat.

Word-versiot 2013 ja 2019 tallentavat DOCX-tiedoston säilyttäen avif-, heic- ja wepb-kuvat alkuperäisessä muodossa. Tehokkaan pakkauksen edut siis säilyvät. Sen sijaan Word 2010, 2021 ja 2024 versiot muuntavat tallennus­vaiheessa avif-, heic- ja webp-kuvat perinteisiin jpg- tai png- muotoihin, jolloin edut menetetään. Versiota 2016 ei testattu.

Kaikki Word versiot 2013–2024 lukevat ja tallentavat JPEG XL -rasteri­muotoa, kunhan kuvalaajennus tai avustaja on otettu käyttöön.

Mikäli rasterikuva tulevaisuudessa tallentuu myös PDF-tiedostoon aitona JPEG XL:nä, olisi tuotantoketju ehyt ja täydellinen.

Pakatun kuvan arviointi

Pakkaustehokkuutta on helppo arvioida tiedostojen koon perusteella.

Uudet pakkausmenetelmät tiivistävät tehokkaasti. Myös häviötön tiivistyminen on tehokasta, jos kuvassa on niukasti yksityiskohtia.

Uudet rasterimuodot (AVIF, HEIC, JXL, JXR ja WEBP) kyetään pakkaamaan häviöttömästi. Perinteiset BMP ja PNG ovat häviöttömiä muotoja.

Vaikka vähäisiä laatueroja on vaikea havaita, niitä etsittiin näin:

• Muodostettiin 1 772 x 1 329 pikselin kokoinen pakkaamaton kuva.
• Pakattiin kuva vertailun kodekeilla pyrkien parhaaseen laatuun. Verrattiin laatua ja tiedostokokoja.
• Pakattiin kuva vertailun kodekeilla käyttäen voimakasta pakkausta. Verrattiin laatua ja tiedostokokoja.

Helpoimmin havaittavia laatuvirheitä:

• kuvan yleinen karkeus
• pienten yksityiskohtien katoaminen
• aavepikselit
• ääriviivojen karkeus
• väriliukujen värivirhe tai porrastuminen

Uudet kodekit ovat kyvykkäitä. Havaittavia laatueroja niiden välille saadaan aikaan vain voimakkaimmilla pakkausasetuksilla, jos silloinkaan.

Pakattu kuva: Ellipsi

Ellipsi. Käytössä 256 värisävyä.

• Tuloskuvat ovat osasuurennosten yhdistelmiä suorakaiteella merkitystä kohdasta ellipsin kaarelta.
• Kuva pakkautuu tehokkaasti, mutta ei aina virheittä.
• Havaittavia eroja oli vain voimakkaasti pakattujen kuvien välillä.

Voimakas pakkaus

• Jpg-kuvassa on näkyviä virheitä, vaikka tiedosto on suurikokoisin.
• JXR-, JXL- ja WEBP-kuvissa on haamupisteitä.

Häviötön tai niukka pakkaus

• Niukasti pakatut kuvat ovat alkuperäisen kaltaisia.

Pakattu kuva: Piirros

Väriliuku ja varjostus. Käytössä 1 528 värisävyä.

• Tuloskuvat ovat osasuurennosten yhdistelmiä suorakaiteilla merkityistä kohdista.
• Kuva pakkautuu tehokkaasti, mutta ei aina virheittä.
• Muotojen ääriviivat ovat lähes kaikissa alkuperäisen kaltaisia.
• Havaittavia eroja on vain voimakkaasti pakattujen kuvien välillä.

Väriliuku, voimakas pakkaus

• Liukuväri vääristyy ja porrastuu jpg-kuvassa.
• JXR-kuvissa värit porrastuvat lievästi.

Varjostus, voimakas pakkaus

• Varjostus pikselöityy jpg-kuvassa.
• Harmaasävy poikkeaa alkuperäisestä jpg-kuvassa.

Pakattu kuva: Valokuva

Valokuva. Käytössä 663 961 värisävyä.

• Tuloskuvat ovat osasuurennosten yhdistelmiä neliöillä rajatuista kohdista.
• Paljon yksityiskohtia ja sävyjä. Valokuva on haastava pakattava.
• Tiedostokoko on aina iso, myös häviöllisesti pakattuna.
• Näköaisti sallii värikuvissa paljon virheitä.

Kuohu: ylärivillä voimakas, alarivillä häviötön pakkaus.

Neulaset: ylärivillä voimakas, alarivillä häviötön pakkaus.

Kuvasarjat muistuttavat toisiaan:

• Voimakas pakkaus kadottaa yksityiskohtia ja saa aikaan heikosti havaittavia virheitä.

Todettua

• Uudet rasterimuodot tiivistyvät tehokkaasti ja pakattu laatu on varsin hyvä.
• Nykyaikaiset rasterimuodot laskevat tiedonsiirto- ja tallennuskustannuksia.
• EMF ja SVG ovat edelleen parhaat vektorigrafiikkamuodot.
• Internet-selaimet tukevat laajasti SVG, JPG-, PNG-, AVIF- ja WEBP-muotoja.
• JPEG XL on paras rasterimuoto Office sovelluksissa. PDF tuki vielä tarvitaan.