JPEG — definīcija, saspiešana un failu paplašinājumi (.jpg, .jpeg)

Uzzini JPEG definīciju, saspiešanas principus un populārākos failu paplašinājumus (.jpg, .jpeg). Padomi kvalitātes izvēlei un vietas taupīšanai attēlos.

JPEG faila formāts skaitļošanas tehnikā ir plaši izplatīts formāts, ko izmanto digitālo attēlu saspiešanai. Saspiešanas pakāpi var mainīt: ja attēls ir augstas kvalitātes, tas aizņem lielu glabāšanas apjomu; ja attēls ir zemas kvalitātes, tas aizņem maz vietas. JPEG ir ļoti izplatīts globālajā tīmeklī. Vārds JPEG ir saīsinājums no Joint Photographic Experts Group, kas izstrādāja šo standartu, un pamatstandarts tika publicēts 1992. gadā. JPEG failu paplašinājumi ir .jpg, .jpeg, .jpe un citi.

Kas ir JPEG un kāpēc to izmanto

JPEG ir galvenokārt paredzēts fotogrāfijām un attēliem ar daudz tonālu pārslēgšanos (gradientiem). Tas izmanto zaudējošu (lossy) saspiešanas metodi, kas samazina faila izmēru, izmetot daļu informācijas, kas cilvēka acij parasti nav pamanāma. Tas padara JPEG ērtu tīmekļa vietnēm, e-pastam un foto glabāšanai, kur prioritāte ir līdzsvars starp kvalitāti un faila izmēru.

Kā darbojas JPEG saspiešana — galvenie soļi

• Krāsu pārveide: parasti RGB attēls tiek pārvērsts YCbCr formātā, kur spilgtuma (luminances) un krāsas (chrominance) informācija tiek atdalīta.
• Hroma samazināšana (chroma subsampling): krāsu komponentes parasti tiek parauglotas retāk (piem., 4:2:0 vai 4:2:2), jo cilvēks jutīgāk uztver spilgtuma nekā krāsu detaļas.
• Diskrētā kosinusa transformācija (DCT): attēls tiek sadalīts 8x8 bloku matricās, kuru pikseli vērtības pārvērš frekvenču komponentēs ar DCT.
• Kvantēšana: DCT koeficienti tiek kvantēti (noapaļoti), kas ir galvenais zaudējošās saspiešanas avots. Kvantēšanas pakāpe nosaka kvalitātes zaudējumus un faila lielumu.
• Kodēšana: pēc kvantēšanas koeficienti tiek efektīvi kodēti (piem., Huffman vai aritmētiskā kodēšana), lai iegūtu gala JPEG failu.

Saspiešanas iestatījumi un kvalitāte

Daudz programmu piedāvā kvalitātes slīdni (parasti 0–100). Zemāki skaitļi rada mazākus failus, bet redzamas artefaktus (blokveida efekts, halo ap asumiem). Augstāki skaitļi saglabā vairāk detaļu, bet faila izmērs ir lielāks. Parastais kompromiss tīmeklim ir kvalitāte ap 70–85, atkarībā no attēla satura.

Formāti un varianti

• Basiskā (Baseline) JPEG: visplašāk atbalstītais variants, ko izstrādā lielākā daļa programmu.
• Progressive JPEG: failā dati saglabāti vairākos skatos, attēls sākotnēji parādās izplūdis un pakāpeniski kļūst detalizētāks — noderīgs tīmeklim, lai lietotājs ātri redz priekšskatījumu.
• Lossless JPEG: pastāv arī bezzaudējuma varianti (JPEG-LS, JPEG 2000 ir atsevišķa tehnoloģija), taču tie nav tik universāli kā standarta DCT-bāzētais JPEG.

Metadati un EXIF

JPEG faili bieži satur EXIF datus — kameras iestatījumus, uzņemšanas laiku, GPS koordinātas un citu informāciju. Šos datus var saglabāt vai izdzēst atkarībā no privātuma un faila apjoma apsvērumiem.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības: laba fotogrāfiju saspiešana, plaša atbalsta platformu un pārlūku līmenī, iespēja mainīt saspiešanas līmeni.
• Trūkumi: zaudējoša kompresija var radīt redzamas kļūdas (artefaktus), slikti piemērots attēliem ar plaknām krāsām, tekstiem vai grafiku — šādās situācijās labāk der PNG vai SVG.

Alternatīvas

Ja nepieciešama labāka kompresija vai bezzaudējuma kvalitāte, jāapsver mūsdienīgākas alternatīvas: WebP, AVIF, HEIF/HEIC (labāka efektivitāte, bet dažreiz ierobežota saderība) vai PNG (bezzaudējuma grafikai un attēliem ar plaknām krāsām).

Kur lietot JPEG un praktiski padomi

• Izmantojiet JPEG fotogrāfijām un attēliem ar daudz krāsu pāreju.
• Saglabājot attēlu vairākkārt, ņemiet vērā, ka atkārtota saglabāšana ar zaudējošu kompresiju pakāpeniski samazina kvalitāti.
• Ja nepieciešama rediģēšana, strādājiet ar oriģinālu bezzaudējuma failu (piem., TIFF vai RAW), un gala rezultātu eksportējiet uz JPEG tikai publicēšanai.
• Tīmeklim parasti izvēlas kvalitāti 70–85, lai samazinātu ielādes laiku, vienlaikus saglabājot pieņemamu izskatu.

JPEG joprojām ir viens no populārākajiem formātiem fotogrāfiju glabāšanai un publicēšanai. Izvēle starp JPEG un citiem formātiem jābalsta uz attēla tipu, vēlamo kvalitāti un nepieciešamo faila izmēru.

Kā tas darbojas

YP_b P_r

Pirmā ievērojamākā JPEG saspiešanas īpašība ir veids, kādā tiek saglabāta katra pikseļa krāsa. Katram attēla pikselim tiek piešķirti 3 baiti, lai noteiktu tā krāsu. Visiem trim baitiem var būt jebkura vērtība no 0 līdz 255, un katra iespējamā trīs baitu kombinācija apzīmē citu krāsu. Lielākajā daļā failu formātu krāsu definēšanai izmanto RGB formātu. RGB apzīmē sarkanzaļo, zaļo, zilo. Tā nosaukums ir šāds, jo pirmais no trim baitiem norāda, cik daudz sarkanās krāsas ir pikseļa krāsā. Otrais baits norāda, cik daudz zaļās krāsas ir dotajā krāsā, un trešais baits norāda, cik daudz zilās krāsas ir dotajā piketā. Jo augstāka ir pirmā baita vērtība, jo sarkanāks izskatās pikseļa attēls.

Arī JPEG izmanto trīs baitus katram pikselim, taču tas izmanto YP_b P_r (pazīstams arī kā YC_b C_r ) formātu. Šeit pirmais baits norāda, cik spilgts ir pikselis. Otrais baits norāda, cik zils ir pikselis. Trešais baits norāda, cik sarkans ir pikselis. Izmantojot šo krāsu formātu, spilgtums tiek saglabāts atsevišķi no krāsas. Tas ir noderīgi, jo mēs gatavojamies saspiest attēlu. Tā kā cilvēka acs labāk redz spilgtumu nekā krāsu, mēs varam piemērot lielāku kompresiju krāsu baitiem (P_b - baits un P_r - baits). Tā kā mēs labāk redzam spilgtumu, mēs izmantojam mazāku saspiešanu Y baitam, lai attēls pēc saspiešanas izskatītos labāk.

Tā kā attēli visbiežāk tiek saglabāti RGB formātā, pirmais JPEG saspiešanas solis parasti ir pareizi mainīt RGB formātu uz YP_b P_r formātu.

Diskrētā kosinusa transformācija

JPEG attēla attēlošanai izmanto kosinusa funkcijas. Tāpēc mēs nedaudz pastāstīsim par kosinusa funkcijām. Lūk, kā varētu izskatīties kosinusa funkcija:

Lai kosinusa funkcija atveidotu pikseļa krāsu, mēs sakām, ka, jo augstāka ir kosinusa funkcijas vērtība, jo spilgtāks ir piksele. Ja mums būtu pikseļu kopa, kas ir gaiši-tumši-gaiši, mēs varētu izmantot iepriekš minēto funkciju, lai tos definētu.

Funkcijai varētu būt arī augstāka frekvence. Piemēram, šādi:

Taču šeit ir interesanti. Mēs varam izveidot arī dažādas funkcijas, ņemot vidējo vērtību no dažādām kosinusa funkcijām. Lūk, kā tas izskatītos, ja mēs ņemtu vidējo vērtību no divām iepriekš minētajām funkcijām:

JPEG formātā DCT tiek piemērota blokiem, kas sastāv no 8 × 8 pikseļiem.

Kvantitatīvs novērtējums

Līdz šim, saspiežot attēlu, nav zaudēta nekāda informācija. Šajā posmā mēs filtrējam informāciju. Šā iemesla dēļ šis ir solis, kas pazemina attēla kvalitāti. Katram 8 × 8 pikseļu blokam kosinusa funkcijas ar augstām frekvencēm tiek iestatītas uz 0. Tas nozīmē, ka tās vairs nevar ietekmēt attēla izskatu, kad tas tiek dekompresēts.

Daudzas vērtības tagad būs 0, kas nozīmē, ka to var ļoti viegli saspiest. Tas tiek darīts, izmantojot Hafmena kodēšanu. Hafmena kodēšana ir pēdējais JPEG saspiešanas posms. Tas ir arī vienīgais solis, kurā dati tiek faktiski saspiesti.

cos(x)


cos(2x)


(cos(x) + cos(2x)) / 2

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir JPEG failu formāts?

J: Kā var mainīt saspiešanas pakāpi?

J: Kas notiek, ja attēlam ir augsta kvalitāte?

J.: Kur parasti ir sastopams JPEG faila formāts?

J.: Ko apzīmē vārds "JPEG"?

J.: Kādi ir daži izplatīti JPEG failu paplašinājumi?

Meklēt pēc burta