JPEG

Joint Photographic Experts Group (JPEG)
Et bilde av en europeisk villkatt med synkende kompresjonshastighet og dermed kvaliteten økende, fra venstre til høyre
Utvidelse	.jpg / .jpeg / .jpe /.jif / .jfif / .jfi
Magisk tall	ff d8 ff
Utviklet av	Joint Photographic Experts Group, IBM, Mitsubishi Electric, AT&T, Canon Inc.
Tillatelse	Avgiftsfri
1. utgivelse	18. september 1992
Fyr	Komprimering av bildet
Komprimering	tapsløs (vanligvis) og tapsfri
Nettsted	www.jpeg.org

JPEG står for J oint P hotographic E xperts G roup, en ISO / CCITT - ekspertkomité som definerte den første internasjonale standarden for kontinuerlig tone digital bildekomprimering , i både gråtoner og farger .

Den samme kombinasjonen av tegn indikerer også den utbredte komprimeringsalgoritmen for tap av informasjon , som er tilgjengelig i åpent format og gratis å implementere. Vær imidlertid oppmerksom på at det å snakke om " jpg -filformat " er konseptuelt feil, siden det ikke er noe "jpg-filformat": containerfilen kan være av forskjellige typer (exif, jfif, tiff), og det er bare bildet som faktisk inneholder være i jpg-format. Dette er den samme rekkefølgen av konsepter knyttet til for eksempel avi- eller mkv -videofiler , som kan inneholde filer komprimert med en mengde ekstremt varierte algoritmer.

JPEG har blitt den mest populære fotografiske bildekomprimeringsstandarden .

Historie

Den originale JPEG-spesifikasjonen publisert i 1992 implementerer prosessene til forskjellige tidligere forskningsartikler og patenter sitert av CCITT (nå ITU-T) og Joint Photographic Experts Group . [1] Hovedgrunnlaget for JPEGs tapsbaserte komprimeringsalgoritme er den diskrete cosinustransformasjonen (DCT), først foreslått av Nasir Ahmed som en bildekomprimeringsteknikk i 1972. Ahmed utviklet en algoritme Practical DCT med T. Natarajan fra Kansas State University og KR Rao fra University of Texas i 1973. [1] Deres landemerkeartikkel fra 1974 er sitert i JPEG-spesifikasjonen, sammen med flere påfølgende forskningsartikler som har arbeidet videre med DCT, inkludert en artikkel fra 1977 av Wen-Hsiung Chen, CH Smith og SC Fralick som beskriver en rask DCT-algoritme, samt en artikkel fra 1978 av NJ Narasinha og SC Fralick, og en artikkel fra 1984 av BG Lee. Spesifikasjonen siterer også en artikkel fra 1984 av Wen-Hsiung Chen og WK Pratt som en innflytelse på dens kvantiseringsalgoritme , og David A. Huffmans artikkel fra 1952 for hans Huffman-kodingsalgoritme.

JPEG-spesifikasjonen nevner patenter fra flere selskaper. Følgende patenter ga grunnlaget for hans aritmetiske kodealgoritme.

IBM
- US Patent 4,652,856 - 4. februar 1986 - Kottappuram MA Mohiuddin og Jorma J. Rissanen - Multi-alfabet aritmetisk kode uten multiplikasjon
- US Patent 4 905 297 - 27. februar 1990 - G. Langdon, JL Mitchell, WB Pennebaker og Jorma J. Rissanen - Aritmetisk kode- og dekodingssystem
- US-patent 4 935 882 - 19. juni 1990 - WB Pennebaker og JL Mitchell - sannsynlighetstilpasning for aritmetiske programmerere
Mitsubishi Electric
- JP H02202267 ( 1021672 ) – 21. januar 1989 – Toshihiro Kimura, Shigenori Kino, Fumitaka Ono, Masayuki Yoshida – Kodesystem
- JP H03247123 ( 2-46275 ) - 26. februar 1990 - Fumitaka Ono, Tomohiro Kimura, Masayuki Yoshida og Shigenori Kino - Kodeutstyr og kodemetode

JPEG-spesifikasjonen nevner også tre andre IBM-patenter. Andre selskaper som er oppgitt som patentinnehavere inkluderer AT&T (to patenter) og Canon Inc. Fraværende på listen er US Patent 4 698 672, innlevert av Wen-Hsiung Chen og Daniel J. Klenke fra Compression Labs i oktober 1986. Patentet beskriver en DCT-basert Bildekomprimeringsalgoritme, som senere skulle forårsake kontrovers i 2002 (se patentkontrovers nedenfor) [2] . JPEG-spesifikasjonen siterte imidlertid to tidligere forskningsverk av Wen-Hsiung Chen, publisert i 1977 og 1984. [1]

Beskrivelse

Kjennetegn ved jpeg-formatet

JPEG spesifiserer bare hvordan et bilde kan transformeres til en sekvens av byte , men ikke hvordan det kan innkapsles i et filformat. De to aspektene forveksles ofte og begrepet "jpeg" brukes som et synonym for "fil som inneholder et komprimert bilde med jpeg".

JPEG-standarden definerer to grunnleggende komprimeringsmetoder, den ene basert på bruken av den diskrete cosinustransformasjonen (DCT - Discrete Cosine Transformì ) med " lossy compression " det vil si med tap av informasjon , den andre på bruken av en metode som er prediktiv med " lossless " " komprimering, dvs. uten tap av informasjon [3] .

Den grunnleggende " lossy " JPEG-algoritmen kalles "baseline"; i tillegg er valgfrie utvidelser av "lossy"-metoden definert for hierarkisk og progressiv komprimering.

De vanligste filtypene for filer som bruker JPEG-komprimering er .jpgog .jpeg, .jpeog brukes også .jfif. .jifJPEG-data kan også være innebygd i andre filtyper: TIFF-kodede filer bygger ofte inn et JPEG-bilde som en forhåndsvisning av hovedbildet eller inneholder direkte JPEG-komprimerte bilder; MP3-filer kan inneholde en JPEG-omslagsfil i ID3v2-taggen.

Filutvidelser komprimert med jpeg

Den vanligste filtypen for filer som inneholder bilder i dette formatet er .jpg, men .jpeg, .jfif, .JPG, .JPE brukes også.

Filer som inneholder JPG-komprimerte bilder kan være forskjellige, selv om de har samme utvidelse . En fil som heter ".jpg" kan faktisk struktureres både som JFIF / jpeg ( JPEG File Interchange Format , det standardiserte formatet laget av Independent JPEG Group som spesifiserer hvordan man produserer en passende fil for lagring av en JPEG-strøm på en datamaskin), eller som Exif/jpeg ( utskiftbart bildefilformat , et IKKE standardisert, men veldig populært format laget av produsenter av digitalkameraer).

I tillegg finnes det andre JPEG-baserte filformater, for eksempel JPEG Network Graphics (JNG), mens atter andre noen ganger kan inneholde jpeg-strømmer ( TIFF ).

Bitmap til JPEG-bildekonvertering

I hovedsak opererer JPEG i 4 grunnleggende trinn for å transformere et punktgrafikkbilde til en JPEG og omvendt.

Disse trinnene er:

Bildet, sett på som en matrise med generiske NxN-dimensjoner, er delt inn i blokker på 8x8 piksler (hvis datablokkene var større, ville behandlingen vært for tung og treg; hvis mindre, ville de ikke inneholde nok informasjon). For hver blokk er det følgende utdypninger i rekkefølge:

Representasjon i frekvensområdet ved DCT ( diskret cosinustransformasjon ) hvis den opererer i tapsmodus , bruk av prediktorer i tapsfri modus .
Kvantisering utført ved hjelp av egnede matriser, som vanligvis gir større vekt til koeffisientene av lavere orden (som representerer de lave romlige frekvensene), siden de på grunn av egenskapene til DCT er viktigere for bildesynteseformål, i hvor mye det menneskelige synssystemet oppfatter bedre de lave romlige frekvensene enn de høye frekvensene.
Entropisk koding og eliminering av statistiske redundanser gjennom RLE-koding og Huffman-koder ; den kontinuerlige komponenten til DCT, derimot, er kodet i DPCM ( Differential pulse-code modulation ).

Kompresjonsfaktoren som kan oppnås bestemmes i hovedsak av en skaleringsparameter for kvantiseringsmatrisene. Jo mindre denne parameteren er, jo dårligere er kvaliteten. En kompresjonsfaktor på 15:1 kan oppnås uten å synlig endre bildekvaliteten.

Eksempel på et bilde komprimert med standardalgoritmen ved forskjellige kvaliteter:

Som du kan se, oppnås det beste forholdet kvalitet/størrelse med en verdi på rundt 90%. Det er også umiddelbart observerbart hvordan, ettersom komprimeringsnivået øker, artefakter fremstår mer og mer tydelige fra et visuelt synspunkt. Blant disse er det mest typiske for JPEG-formatet (som for alle DCT-baserte formater) kryssklipping, eller "blokkering"; i tillegg til det er det fenomener med "ringing" ( Gibbs-fenomen ) og "uskarphet", eller "uskarphet".

Bruk

JPEG er den mest populære algoritmen for lagring av bilder. Det er også veldig vanlig på World Wide Web .

Det er imidlertid ikke egnet for geometriske tegninger, strektegninger og ensfargede bilder, tekst eller ikoner, bruksområder som Portable Network Graphics (PNG) og Graphics Interchange Format (GIF) er mer vanlig å bruke.

Den har ikke muligheten til å generere animerte bilder

Andre "tap" komprimeringsformater

Nye tapsmetoder, spesielt de som er basert på DWT (Discrete Wavelet Transform), garanterer bedre resultater i noen tilfeller.

JPEG-komiteen opprettet en ny wavelet-basert standard, JPEG 2000 , med utsikter til å erstatte JPEG-standarden over tid.

Merknader

^ a b c DCT-Historie_Hvordan jeg kom opp med den diskrete kosinustransformasjonen | Datakomprimering | Anvendt matematikk | 30-dagers gratis prøveversjon , på Scribd . Hentet 18. mai 2020 .
^ Robert Lemos, Finne patentsannhet i JPEG-påstand , på CNET . Hentet 18. mai 2020 .
^ Lysbilder av Electronic Image Processing II-kurset ved Universitetet i Trieste ( PDF ), på www2.units.it . Hentet 3. mars 2017 (Arkiveret fra originalen 4. mars 2017) .