Bittikarttagrafiikka

Bittikarttagrafiikassa eli rasterigrafiikassa kuva muodostuu pienistä neliönmuotoisista pikseleistä eli kuvapisteistä. Jokaisella pikselillä on oma sijaintinsa kuvassa ja jokaisen kuvapisteen väriarvot määritellään erikseen. Bittikarttagrafiikassa ei kuitenkaan ole, toisin kun vektorigrafiikassa, tarvetta matemaattisille laskuille. Bittikarttagrafiikassa kuva yleensä muodostuu ulkoisesta lähteestä, kuten skannerista tai digitaalisesta kamerasta, jolloin bittikarttamalli muodostetaan automaattisesti.

Yleensä kuvatiedostoja käsitellään RGB-väritilassa. Näiden kuvien värikuvatiedosto muodostuu kolmesta värikanavasta: punaisesta, sinisestä ja vihreästä. Näiden värien yhteisvaikutuksesta syntyy havaittava väri kuvassa. Pikseleiden väriarvot ja niiden sijainti muodostavat kartan näytettävästä kuvasta. Kuvan tarkkuus ja tallennuskoko määräytyy pikselien lukumäärästä ja värien lukumäärästä. Bittikarttakuvan koko ilmoitetaan vaaka- ja pystypikseleiden lukumääränä eli pikselikokona. Mitä enemmän kuvassa on pikseleitä, sitä pienempiä pikselit ovat ja sitä tarkemmalta kuva näyttää.

Bittikarttakuvien muokkaus tapahtuu vaikuttamalla kuvapisteiden väriarvoihin. Itse pikseleitä ei siis liikuteta. Bittikarttakuvan kokoa muutettaessa muutetaan siis pikseleiden määrää eli pikselikokoa. Bittikarttakuvaa pienennettäessä poistetaan pikseleitä kuvasta. Suurennettaessa bittikarttakuvaa lisätään ylimääräisiä pikseleitä, jolloin kuvan laatu kärsii voimakkaasta suurennoksesta.

Resoluutio ja värisyvyys

Bittikarttakuvan laatu määräytyy pikselien määrästä kuvassa, eli resoluutiosta, sekä pikselien sisältämästä bittimäärästä, eli värisyvyydestä tai bittisyydestä. Resoluutio määräytyy digitointiprosessissa näytteenottotaajuuden mukaan, ja värisyvyys arvonmääritystasojen mukaan.

Kuvan resoluutiolla tarkoitetaan pikseleiden suhdetta johonkin mittaan eli pikselitiheyttä. Esimerkiksi tulostimille ja skannereille resoluutio on yleensä kerrottu lukumäärällä pikseliä tuumalle (pixels per inch, PPI). Pikselitiheyden avulla saadaan siis selville, kuinka paljon yksityiskohtia kuvaan sisältyy. Esim. 1200 x 1200 pikselinen kuva, jonka tulostuskoko 10 x 10 cm, on tarkkuudeltaan 120 pikselia sentille eli 300 pikseliä tuumalle.

Näytön tarkkuus määrittää näytön resoluution. Vaikka näytöt kykenevät ilmaisemaan paljon sävyjä, on niiden tarkkuus vaatimaton verrattuna vaikkapa tavalliseen lasertulostimeen. Kuvankäsittelyohjelmat lähtevät siitä, että näytön tarkkuus on 72 pikseliä tuumalle. Photoshop-ohjelman ilmoittama suhde 1:1 tarkoittaa sitä, että tässä koossa jokainen kuvan pikseli vastaa näytön pikseliä. Fyysinen koko riippuu siitä, paljonko pikseleitä kuvassa on. Näyttökuvat suunnitellaan suoraan tarkkuudella 72 pistettä tuumalle ja niiden koko ilmoitetaan A x B pikseliä.

 

Jos kuvan resoluutio on pienempi kuin laitteen, jossa kuva tullaan esittämään, tulee resoluutiota suurentaa. Tätä toimintoa kutsutaan interpoloinniksi. Interpoloinnissa kuvan laatu kärsii aina, joten suositeltavampaa olisi aina alussa varmistaa, että kuvien, joita tullaan käyttämään multimedian tuottamisessa, resoluutio olisi tarpeeksi suuri lopullista kohdetta ajatellen.

Resoluutiota lisäämällä saadaan kuvaan lisää tarkkuutta. Tästä ei kuitenkaan ole apua, jos kuvassa halutaan olevan paljon värisävyjä. Pikselien sisältämä bittimäärä kertoo kuvan värisyvyyden. Mitä enemmän bittejä on pikseliä kohti, sitä suurempi on kuvan värivalikoima. Samalla myös kuvatiedoston koko kasvaa bittimäärän ja värivalikoiman myötä. Kuvassa, jossa jokaista pikseliä kohden käytetään vain yksi bitti, voidaan ilmaista kaksi väriä, valkoinen ja musta. Tavallisia värisyvyyksiä ovat 8-bittisyys (256 väriä) ja 24-bittisyys (16,7 miljoonaa väriä).

1-bittinen kuva	Mustavalko	8-bittinen	24-bittinen

Näyttökuva koostuu kolmesta 8-bittisestä osaväristä, kanavasta. Näytön RGB-kuva syntyy osavärien yhdistelmästä, jotka ovat punainen, vihreä ja sininen.

Nelivärinen painokuva on 32-bittinen, jossa jokaista osaväriä kuvaa 8-bittinen kanava. Jokainen osaväri kuvataan erilaisena harmaasävykuvana, joiden yhdistelmästä nelivärikuva syntyy painoprosessissa. Neliväripainotyön osavärit ovat syaani, magenta, keltainen ja musta (CMYK).

Kuvan pakkaus

Vaikka kuvien resoluutio olisi kuinka alhainen, saattaa kuvan koko kasvaa kuitenkin niin suureksi, että sen hallitseminen esimerkiksi verkon yli käy mahdottomaksi. Tiedon pakkaustekniikalla kuvien kokoa voidaan vähentää ilman suurta laadun menetystä kuvassa. Yksittäiskuvia voidaan pakata joko häviöttömällä tai häviöllisellä pakkausmenetelmällä.

Häviötön pakkaus

Häviötön kuvanpakkaus tarkoittaa sitä, että mitään informaatiota ei kadoteta kuvan pakkauksen aikana. Eli purettaessa lopputulos on tarkalleen sama kuin alkuperäinen. Häviöttömässä pakkauksessa tieto muutetaan väliaikaisesti mutta palautetaan alkuperäiseen muotoonsa hävittämättä tai muuttamatta siitä mitään. Häviötön pakkaus soveltuu kuvan pakkaukseen silloin, kun kuvan tulevaa käyttöä ei tunneta.

RLE (Run-length Encoding) eli jakson pituuden koodaus on yksinkertaisin häviötön pakkausmenetelmä. Siinä tutkitaan sisältääkö tiedosto samoja arvoja peräkkäin. Peräkkäin esiintyvät arvot korvataan laskurilla, joka kertoo toistuvien merkkien määrän, sekä yhdellä kappaleella itse merkkiä.

Häviöllinen pakkaus

Häviöllisessä pakkauksessa informaatiota hävitetään pakkauksen aikana. Hävitettyä informaatiota ei voida pakkauksen jälkeen palauttaa takaisin alkuperäiseksi, vaan purettu pakkaus on ainoastaan arvio alkuperäisestä.

Häviöllinen pakkaus soveltuu hyvin tiedolle, kuten kuvalle tai äänelle, joissa sallitaan tiedon menettäminen. Yleensä menetelmät hävittävät tietoa joka on merkityksetöntä esimerkiksi kuvan tai äänen kannalta. Tällöin pakkauksessa saavutettavat säästöt vähentävät vain vähän tai ei ollenkaan kohteen laatua.

Yksi tunnetuimmista häviöllisen kuvan pakkauksen menetelmistä on JPEG (Joint Photographic Experts Group).

Kuvaformaatit

Yleensä on suositeltavaa tallentaa kuvat häviöttömästi niin kauan kun niitä muokataan ja vasta lopuksi tallentaa ne tilan säästämiseksi kuvainformaatiota hävittävään formaattiin.

Seuraavassa on käyty läpi joitakin yleisimpiä kuvaformaatteja:

PSD (.psd)

Psd on Photoshopin oma tallennusmuoto, johon voit tallentaa kaiken tiedon kuvasta, kuten esimerkiksi kanavat, maskit ja tasot. Mikäli olet sisällyttänyt kuvaan joitakin Photoshop-ominaisuuksia, jotka haluat säilyttää, silloin psd on ainoa muoto jolla voit säilyttää nämä ominaisuudet. PSD-formaatti on Photoshopin oletusformaatti.

TIFF (.tif)

Tiff on laajimmin tunnettu kuvatiedostomuoto, jota käyttäessäsi voit olla varma, että kaikki joille lähetät kuvainformaatiota tässä muodossa voivat myös lukea sen. Tiff-kuvalle on luonteenomaista raskas tiedostokoko eli kuvan taltioiminen vie paljon tietokoneesi muistia. Toisaalta tiff- kuva on laadultaan hyvä, koska se ei hävitä kuvainformaatioita. Tiff on laitteistoriippumaton formaatti. Tiff soveltuu käytettäväksi julkaisujen taittokuviksi, jotka pitää säilyttää mahdollisimman laadukkaina.

EPS (.eps)

Eps on yleisesti grafiikka-ja taitto-ohjelmissa käytetty tiedostomuoto joka pystyy tallentamaan sekä vektori- että bittikarttagrafiikkaa.EPS-tiedostoon voidaan lisäksi vektorigrafiikkaominaisuuden ansiosta tallentaa polku kuvan syväystä varten. Syväyksellä tarkoitetaan kuvan kohteen irroittamista kuvaustaustasta.

GIF (.gif)

GIF-kuva sisältä maksimissaan 256 väriä. Värien määrä on pieni verrattuna täysvärikuvan 16,7 milj. väriin . Talletettaessa kuva GIF-formaattiin, ohjelma muodostaa kuvalle väripaletin, johon se valitsee ne 256 eri värisävyä, joiden avulla kuva on mahdollisimman lähellä alkuperäistä. Värimäärän pudotus on seurausta väri-informaation indeksoinnista. Väripaletti on kuvakohtainen. Indeksoinnilla kuvatiedoston koko saadaan kevyemmäksi. Siksi GIF-kuvat toimivat hyvin internet-sivuilla piirroskuvien ja painikkeiden esittämiseen kun värien määrä on vähäinen eikä liukuvärejä ole käytetty.

JPG (.jpg)

Käyttäessäsi JPEG tallennustapaa, voit pienentää kuvatiedostosi kokoa. Näin valitessasi säästät koneesi muistitilaa kuitenkin kuvalaadun kustannuksella. JPEG-pakkaus soveltuu parhaiten valokuville ja yksittäisille kuville joille on tunnusomaista tarkat yksityiskohdat ja toistuvat sävyt. JPEG on yleisesti www:ssä käytetty kuvien tallennusmuoto. Pieneen tiedostokokoon päästään pakkaamalla kuva. Pakkaaminen tapahtuu aina laadun kustannuksella, kuvainformaatiota hukkaamalla. Siinä kuvasta poistetaan pieniä, ihmissilmälle näkymättömiä yksityiskohtia, kuten värien ja kirkkauden muutoksia. Lopputuloksena on silmälle mahdollisimman alkuperäisen kaltainen kuva. Koska JPEG on huomattavan tehokas pakkausalgoritmi, se mahdollistaa suurienkin kuvien laittamisen www-sivuille.JPEG-formaatissa voit tallennusvaiheessa itse valita pakkaustiheyden. Tämä mahdollistaa kuvatiedoston puristamiseen murto-osaan alkuperäisestään. JPEG soveltuu pienen kokonsa ansiosta hyvin valokuvien esittämiseen internet- ja multimediakuvituksessa. Kuvat tallentuvat täysvärikuvina eli 24-bittisinä (16,7 milj. väriä)

PNG (.png)

Png on uudempi kuvamuoto, joka pääosin korvaa Gif:n. Png-pakkaus on myös häviötön, mutta kuvat voivat olla myös täysvärikuvia, toisin kuin gif-muodossa. Png tuo mukanaan myös uusia ominaisuuksia kuten osittaisen läpinäkyvyyden. Periaatteessa png:llä voidaan korvata kaikki gif-kuvat, mutta selainten heikohko tuki png-kuville voi olla haitaksi. Käytännössä varsinkaan vanhemmat selaimet eivät näytä välttämättä PNG-kuvia ollenkaan, ja uudemmissakin on ongelmia läpinäkyvyyden oikean toteutuksen kanssa.

Materiaali

Tämä oppimismateriaali pohjautuu kirjaan: Nigel Chapman and Jenny Chapman: Digital Multimedia.