Что такое JPEG

Описание: Формат файла JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная экспертная группа по фотографии, произносится “джейпег” ) был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений JPEG с большой глубиной цвета.

Самое большое отличие формата JPEG от других форматов состоит в том, что в JPEG используется алгоритм сжатия с потерями (а не алгоритм без потерь) информации. Алгоритм сжатия, который используется в формате JPEG, без потерь так сохраняет информацию об изображении, что распакованное изображение формата JPEG в точности соответствует оригиналу. При сжатии с потерями приносится в жертву часть информации об изображении, чтобы достичь большего коэффициента сжатия. Распакованное изображение JPEG редко соответствует оригиналу абсолютно точно, но очень часто эти различия столь незначительны, что их едва можно (если вообще можно) обнаружить.

Процесс сжатия изображения JPEG достаточно сложен и часто для достижения приемлемой производительности требует специальной аппаратуры. Вначале изображение разбивается на квадратные блоки со стороной размером 8 пикселов. Затем производится сжатие каждого блока в формат JPEG отдельно за три шага. На первом шаге сжатия в JPEG с помощью формулы дискретного косинусоидального преобразования фуры (DCT) производится преобразование блока 8х8 с информацией о пикселах в матрицу 8x8 амплитудных значений, отражающих различные частоты (скорости изменения цвета) в изображении.

На втором шаге сжатия в JPEG значения матрицы амплитуд делятся на значения матрицы квантования, которая смещена так, чтобы отфильтровать амплитуды, незначительно влияющие на общий вид изображения JPEG. На третьем шаге сжатия в JPEG и последнем шаге квантованная матрица амплитуд сжимается с использованием алгоритма сжатия без потерь.

Оперирует алгоритм областями 8х8, на которых яркость и цвет меняются сравнительно плавно. Вследствие этого, при разложении матрицы такой области в двойной ряд по косинусам значимыми оказываются только первые коэффициенты. Таким образом, сжатие в JPEG осуществляется за счет малой величины значений амплитуд высоких частот в реальных изображениях.

При сжатии методом JPEG потери информации происходят на втором шаге сжатия в JPEG процесса. Чем больше значения в матрице квантования, тем больше отбрасывается информации из изображения и тем более плотно сжимается изображение в формат JPEG. Компромисс состоит в том, что более высокие значения квантования приводят к худшему качеству изображения. При формировании изображения JPEG пользователь устанавливает показатель качества, величине которого "управляет" значениями матрицы квантования. Оптимальные показатели качества, обеспечивающие лучший баланс между коэффициентом сжатия и качеством изображения, различны для разных изображений и обычно могут быть найдены только методом проб и ошибок.

Коэффициент архивации в JPEG может изменяться в пределах от 2 до 200 раз. Как и у любого другого алгоритма сжатия с потерями, у JPEG свои особенности. Наиболее известны "эффект Гиббса" и дробление изображения на квадраты 8х8. Первый проявляется около резких границ предметов, образуя своеобразный "ореол". Он хорошо заметен, если, допустим, поверх фотографии сделать надпись цветом, сильно отличающимся от фона. Разбиение на квадраты происходит, когда задается слишком большой коэффициент архивации для данной конкретной картинки.

Не очень приятным свойством JPEG является также то, что нередко горизонтальные и вертикальные полосы на дисплее абсолютно не видны, и могут проявиться только при печати в виде муарового узора. Он возникает при наложении наклонного растра печати на полосы изображения. Из-за этих сюрпризов JPEG не рекомендуется активно использовать в полиграфии, задавая высокие коэффициенты. Однако при архивации изображений в формат JPEG, предназначенных для просмотра человеком, JPEG на данный момент незаменим.

Широкое применение JPEG сдерживается, пожалуй, лишь тем, что он оперирует 24-битными изображениями. Поэтому для того, чтобы с приемлемым качеством посмотреть картинку на обычном мониторе в 256-цветной палитре, требуется применение соответствующих алгоритмов и, следовательно, определенное время. В приложениях, ориентированных на придирчивого пользователя, таких, например, как игры, подобные задержки неприемлемы. Кроме того, если имеющиеся у вас изображения, допустим, в 8-битном формате GIF перевести в 24-битный JPEG, а потом обратно в GIF для просмотра, то потеря качества произойдет дважды при обоих преобразованиях. Тем не менее выигрыш в размерах архивов зачастую настолько велик (в 3-20 раз!) , а потери качества настолько малы, что хранение изображений в JPEG оказывается очень эффективным. JPEG сжатие реализовано в форматах JPG и TIFF Несколько слов необходимо сказать о модификациях этого алгоритма сжатия в формат JPEG. Хотя JPEG и является стандартом ISO, формат JPEG файлов не был зафиксирован. Пользуясь этим, производители используют свои, несовместимые между собой форматы, и, следовательно, могут изменить алгоритм. Так, внутренние таблицы алгоритма, рекомендованные ISO, заменяются ими на свои собственные.

Встречаются также варианты JPEG для специфических приложений.

Вот что такое JPEG.