- Jpeg
-
JPEG (произносится «джейпег»[1], англ. Joint Photographic Experts Group — объединённая группа экспертов в области фотографии) — является широкоиспользуемым методом сжатия фотоизображений. Формат файла, который содержит сжатые данные обычно также называют именем JPEG; наиболее распространённые расширения для таких файлов .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Однако из них .jpg самое популярное расширение на всех платформах.
Алгоритм JPEG является алгоритмом сжатия с потерей качества.
Содержание
Область применения
Формат является форматом сжатия с потерями, поэтому некорректно считать что JPEG хранит данные как 8 бит на канал (24 бит на пиксель). С другой стороны, так как данные, подвергающиеся компресии по формату JPEG и декомпрессированые данные обычно представляются в формате 8 бит на канал, иногда используется эта терминология. Поддерживается также сжатие черно-белых полутоновых изображений.
При сохранении JPEG-файла можно указать степень качества, а значит и степень сжатия, которую обычно задают в некоторых условных единицах, например, от 1 до 100 или от 1 до 10. Большее число соответствует лучшему качеству, но при этом увеличивается размер файла. Обыкновенно, разница в качестве между 90 и 100 на глаз уже практически не воспринимается. Следует помнить, что побитно восстановленое изображение всегда отличается от оригинала. Распространённым заблуждением является мнение о том, что качество JPEG тождественно доле сохраняемой информации.
Сжатие
При сжатии изображение переводится в цветовую систему Jpeg. Далее каналы изображения Cb и Cr, отвечающие за цвет, уменьшаются в 2 раза (по линейному масштабу). Уже на этом этапе необходимо хранить только четверть информации о цвете изображения.
Реже используется уменьшение цветовой информации в 4 раза или сохранение размеров цветовых каналов как есть. Количество программ, которые поддерживают сохранение в таком виде, относительно невелико.
Далее цветовые каналы изображения, включая черно-белый канал Y, разбиваются на блоки 8 на 8 пикселей. Каждый блок подвергается дискретно-косинусному преобразованию. Полученные коэффициенты подвергаются квантованию и упаковываются с помощью кодов Хаффмана (см. Алгоритм Хаффмана).
Матрица, используемая для квантования коэффициентов, хранится вместе с изображением. Обычно она строится так, что высокочастотные коэффициенты подвергаются более сильному квантованию, чем низкочастотные. Это приводит к огрублению мелких деталей на изображении. Чем выше степень сжатия, тем более сильному квантованию подвергаются все коэффициенты.
Варианты хранения
Progressive JPEG — такой способ записи сжатого изображения в файл, при котором старшие (низкочастотные) коэффициенты находятся в начале файла. Это позволяет получить уменьшенное изображение при загрузке лишь небольшой части файла и повышать детализацию изображения по мере загрузки оставшейся части. Поэтому Progressive JPEG получил широкое распространение в Internet. В целом алгоритм основан на дискретном косинусоидальном преобразовании (ДКП), которое является разновидностью дискретного преобразования Фурье, применяемом к матрице изображения для получения некоторой новой матрицы коэффициентов. Для получения исходного изображения применяется обратное преобразование. ДКП раскладывает изображение по амплитудам некоторых частот. Таким образом, при преобразовании мы получаем матрицу, в которой многие коэффициенты либо близки, либо равны нулю. Кроме того, благодаря несовершенству человеческого зрения, можно аппроксимировать коэффициенты более грубо без заметной потери качества изображения. Для этого используется квантование коэффициентов. В самом простом случае — это арифметический побитовый сдвиг вправо. При этом преобразовании теряется часть информации, но могут достигаться большие коэффициенты сжатия.
Процесс сжатия по схеме JPEG включает ряд этапов:
- преобразование изображения в оптимальное цветовое пространство;
- субдискретизация компонентов цветности усреднением групп пикселей;
- применение дискретных косинусных преобразований для уменьшения избыточности данных изображения;
- квантование каждого блока коэффициентов ДКП с применением весовых функций, оптимизированных с учетом визуального восприятия человеком;
- кодирование результирующих коэффициентов (данных изображения) с применением алгоритма группового кодирования и алгоритма Хаффмана для удаления избыточности информации.
Синтаксис и структура
Изображение JPEG содержит последовательность маркеров, каждый из которых начинается с байта 0xFF, свидетельствующий о начале маркера. Некоторые маркеры состоят только из этого байта; другие же, кроме него содержат информация о длине полезной информации (длина включает в себя два байта длины, исключая длину маркера).
Основные маркеры JPEG[1] Аббревиатура Байты Длина Имя Комментарии SOI 0xFFD8 нет Начало изображения SOF0 0xFFC0 переменный размер Начало фрагмента (Базовый DCT) Показывает что это JPEG изображение относится к базовому DCT и содержит длину, высоту, количество компонент, и соотношение компонент (например, 4:2:0). SOF2 0xFFC2 переменный размер Начало фрагмента (Прогрессивный DCT) Показывает что это JPEG изображение относится к прогрессивному DCT и содержит длину, высоту, количество компонент, и соотношение компонент (например, 4:2:0). DHT 0xFFC4 переменный размер Содержит таблицы Хафмана Задает одну или более таблиц Хафмана. DQT 0xFFDB переменный размер Содержит таблицы квантизации Задает одну или более таблиц квантизации. DRI 0xFFDD 2 байта Указывает интервал повторений Задает интервал между маркерами RST n, в макроблоках. SOS 0xFFDA переменный размер Начало сканирования Начинает сканирование изображение сверху вниз. В базовом DCT JPEG изображении, используется один проход сканирования. В прогрессивных DCT JPEG изображения используется несколько проходов сканирования. Данный маркер является разделяющим между информативной и закодированной частью изображения. RSTn 0xFFDn переменный размер Перезапуск Вставляется в каждом r макроблоке, где r — интервал перезапуска DRI маркера. Не используется при отстутствии DRI маркера. n, младшие 4 бита маркера кода, циклы от 0 до 7. APPn 0xFFEn переменный размер Задается приложением Например, в Exif JPEG файле используется APP1 маркер для хранения метаданных, расположены в структуре, основанной на Комментарий Содержит текст комментария. EOI 0xFFD9 нет Конец изображения Достоинства и недостатки
К недостаткам формата следует отнести то, что при сильных степенях сжатия дает знать о себе блочная структура данных, изображение «дробится на квадратики» (каждый размером 8x8 пикселей). Этот эффект особенно заметен на областях с низкой пространственной частотой (плавные переходы изображения, например, чистое небо). В областях с высокой пространственной частотой (например, контрастные границы изображения), возникают характерные «артефакты» — иррегулярная структура пикселей искаженного цвета и/или яркости. Кроме того, из изображения пропадают мелкие цветные детали. Не стоит также забывать и о том, что данный формат не поддерживает прозрачность.
Однако, несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за высокой степени сжатия, относительно существующих во время его появления альтернатив.
См. также
- JPEG2000
- libjpeg
Примечания
Ссылки
- The JPEG committee homepage
- Подробное описание алгоритма сжатия
- Спецификация формата (текстовый файл)
- Оптимизация JPEG. Часть 1, Часть 2, Часть 3.
Форматы медиаданных Сжатие видео IEC · JPEG 2000 · · · · ITU-T H.120 · · H.262 · · Другие AMV · · Bink · · Indeo · Pixlet · RealVideo · RTVideo · SheerVideo · Smacker · Snow · · · · VP7 · VP8 · WMV Сжатие звука IEC (MP3) · MPEG-1 Layer II · MPEG-1 Layer I · · HE-AAC ITU-T · G.718 · G.719 · · G.722.1 · G.722.2 · · · · G.728 · · G.729.1 · G.729a Другие AC3 · · Apple Lossless · ATRAC · · · Monkey's Audio · μ-law · · · OptimFROG · RealAudio · RTAudio · SHN · Siren · · · · WMA · · · Сжатие
изображенийIEC/ITU-T JPEG · JPEG 2000 · · · · PNG · Другие · · · ICER · · · PGF · TGA · · JPEG XR / HD Photo · PSD Медиа
контейнерыОсновные 3GP · ASF · AVI · Bink · DMF · DPX · EVO · FLV · Matroska (MKV) · MPEG-PS · · MP4 · MXF · NUT · · Ogg Media · · · · · Только звук AIFF · AU · См. также: Методы сжатия • Программы для сжатия данных
Wikimedia Foundation. 2010.
Полезное
Смотреть что такое "Jpeg" в других словарях:
.jpeg — File Interchange Format JPEG File Interchange Format Extension de fichier .jpeg, .jpg, .jpe, .jfif, .jfi Type MIME image/jpeg Développé par Joint Photographic Experts Group Type de format format d’image matriciel avec perte … Wikipédia en Français
Jpeg-ls — (souvent surnommé Lossless JPEG) est une norme de compression sans perte (donc réversible), basée sur l algorithme LOCO I (LOw COmplexity LOssless COmpression for Images) et évaluée par le Joint Photographic Experts Group, dont la notoriété est… … Wikipédia en Français
JPEG-LS — (souvent surnommé Lossless JPEG) est une norme de compression sans perte (donc réversible), basée sur l algorithme LOCO I (LOw COmplexity LOssless COmpression for Images) et évaluée par le Joint Photographic Experts Group, dont la notoriété est… … Wikipédia en Français
JPEG XR — (connu précédemment sous le nom Windows Media Photo et HD Photo) est un format graphique bitmap comprenant un algorithme de compression, créé par Microsoft. Il permet la compression avec perte ou sans perte. Il a été examiné et adopté comme… … Wikipédia en Français
JPEG XR — Расширение .jxr[1], .hdp[2], .wdp[2] MIME image/vnd.ms photo Разработан JPEG Microsoft Опубликован … Википедия
JPEG — [sprich dschäipäg; Abk. für Joint Photographic Expert Group, dt. »vereinigte Fotoexpertengruppe«], internationales Forum zur Schaffung von Normen im Bereich der digitalen Bildspeicherung, die Mitglieder stammen aus nationalen Normungsbehörden… … Universal-Lexikon
JPEG XR — (antes llamado Windows Media Photo y HD Photo) es un formato gráfico creado y adoptado por Microsoft. Este nuevo formato de codificación de imágenes fijas ofrece mayor calidad en menor tamaño que el formato JPEG. La reducción puede alcanzar hasta … Wikipedia Español
JPEG — (jāʹpĕg ) n. Computer Science 1. The standard algorithm for the compression of digital images. 2. A digital image stored as a file so compressed: e mailed me a JPEG of her house. [J(oint) P(hotographic) E(xperts) G(roup).] * * * in full Joint… … Universalium
JPEG — (Joint Photographic Experts Group) es un algoritmo diseñado para comprimir imágenes con 24 bits de profundidad o en escala de grises. JPEG es también el formato de fichero que utiliza este algoritmo para comprimir imágenes. JPEG sólo trata… … Enciclopedia Universal
JPEG — n. [Acronym from Joint Picture Experts Group.] (Computers) A standardized format for storing graphic data in binary computer files, allowing over 16 million different colors. It allows for lossy compression, i. e. the compression of data into a… … The Collaborative International Dictionary of English