Internetin kuvasisällön tiedostokoon optimointi häviöllisillä tallennusformaateilla

Abstract

Tutkielman tarkoituksena on muodostaa yleiskuva häviöllisten kuvanpakkausmenetelmien toiminnasta ja testata kokeellisesti internetissä suosituimpien häviöllisten formaattien saavuttamaa pakkaushyötyä testikuvalla. Internet-sivustojen painosta eli tavukoosta suuri osa koostuu kuvatiedostoista. Pakkaamattomien raakakuvatiedostojen säilyttäminen ja tarjoaminen palvelimilta ei ole suositeltavaa niiden suuren tilantarpeen vuoksi. Suuret tiedostokoot lisäävät myös kuvien lähettämisen, välittämisen ja vastaanottamisen kustannuksia. Pakkaamalla kuvat käyttökohteeseen sopivalla kuvanpakkausmenetelmällä päästään jopa useiden kertaluokkien tilansäästöön. Internetissä käytetyimmät häviölliset kuvien tallennusmuodot ovat JPEG ja WebP.

Työn kirjallisuuskatsausosuus esittelee kuvanpakkausalgoritmien sisäisessä toiminnassa yleisesti käytettyjä askelia keskittyen häviölliseen pakkaukseen. Askeleet kulkevat väriavaruusmuunnoksesta muunnoskoodauksen, kvantisoinnin ja alinäytteenoton kautta entropiakoodaukseen. Käsiteltävien tallennusformaattien sisäinen toiminta on hyvin samankaltaista modernimman WebP:n ollessa hieman monimutkaisempi makrolohkojen, moodien ja jäännösten laskennan takia. Työssä käsitellään kuvanpakkauksen eri vaiheiden toiminnan lisäksi miten ihmisen näköjärjestelmän heikkouksia pystytään hyväksikäyttämään tietokonealgoritmien toiminnassa.

Tutkivassa vertailussa havaitaan, että WebP saavuttaa JPEG:hen verrattuna yhdellä testikuvalla 20–50 % tilansäästön samalla tai lähes samankaltaisella kuvanlaadulla, joka vastaa kirjallisuudessa esitettyä 25–34 % säästöä. Kuvan objektiivista laatua mitattiin rakenteellisella samankaltaisuusindeksillä. WebP ei kuitenkaan osoittautunut JPEG:tä suositummaksi formaatiksi häviöllisten kuvien tarjoiluun internetissä sen pakkaustehokkuushyödystä huolimatta. WebP:n suosiota rajoittaa sen uutuus, historiallisesti rajoitettu selaintuki ja heikompi työpöytäsovellustuki.

Tutkimusta laajentamalla sisältämään uusia, toiminnaltaan erilaisia pakkausmuotoja ja käyttämällä piirteiltään vaihtelevia testikuvia pystyttäisiin muodostamaan laajempi yleiskuva kuvanpakkausvaihtoehdoista web-kehityksessä. Nykyisessä työssä tarkastellaan vain internetin yleisimpiä häviöllisiä pakkausmuotoja, vaikka formaatteja on runsaasti – jopa kymmeniä tai satoja. Tehokkaamman pakkauksen omaavien tiedostomuotojen suosio kasvaa vuosi vuodelta, ja uusia formaatteja kehitetään jatkuvasti sekä uusina innovaatioina että vanhojen päivityksinä.