JPEG: format stiskanja digitalnih slik — definicija, razširitve, uporaba

V računalništvu je datotečni format JPEG datotečni format, ki se uporablja za stiskanje digitalnih slik. Količino stiskanja je mogoče spreminjati. Če je slika visoke kakovosti, bo zavzela veliko prostora za shranjevanje. Če je slika nizke kakovosti, bo zasedla majhno količino prostora za shranjevanje. Datotečni format JPEG je pogosto prisoten na svetovnem spletu. Beseda JPEG je kratica za Joint Photographic Experts Group, ki je ustvarila ta format. Razširitve datotek JPEG vključujejo .jpg, .jpeg, .jpe in druge.

Kaj je JPEG in kako deluje

JPEG je standardiziran format za stiskanje barvnih fotografij in drugih slik z zapletenimi barvnimi prehodi. Gre za izgubo podatkov (lossy) stiskanje: algoritem zmanjša podrobnosti, ki jih človeško oko manj zazna, da doseže znatno manjšo velikost datoteke. Ključni koraki pri standardnem JPEG-stiskanju vključujejo:

• pretvorbo barv v barvni prostor YCbCr (loči svetlobnost od barvnih komponent),
• deli slike na 8×8 blokov in uporabo diskretne kosinusne transformacije (DCT) za vsak blok,
• kvantizacijo DCT-koeficientov (glavni korak izgube kakovosti),
• kodiranje preostalih vrednosti (npr. z RLE in Huffmanovim kodiranjem).

Parametri in različice

• Nastavljiva kakovost: Pri shranjevanju lahko izberemo stopnjo stiskanja (kvaliteto). Višja kvaliteta pomeni manj izgube in večjo datoteko; nižja kvaliteta manjšo datoteko, a s vidnimi artefakti (blokanje, izguba detajlov).
• Baseline in progressive: Baseline JPEG je osnovna različica, ki se naloži vrstico po vrstici. Progressive JPEG naloži sliko v več prehodih (prvi prikaz je nizko ločljiv, nato se postopoma izboljša) — to je uporabno pri počasnih povezavah.
• Chroma subsampling: Zmanjšanje ločljivosti barvnih komponent (npr. 4:2:0) zmanjša velikost, ker človeško oko manj natančno zaznava barvne spremembe kot svetlost.

Prednosti in slabosti

• Prednosti: široka podpora, majhne datoteke primerne za splet in e-pošto, dobra kakovost pri fotografijah pri zmernem stiskanju.
• Slabosti: izguba podatkov pri vsakem zapisu (ponovna shranjevanja zmanjšujejo kakovost), slabo primeren za grafike s črtami, besedilom ali prosojnimi ozadji, kjer so iskane ostre robne detajle.

Kdaj uporabiti JPEG in kdaj druge formate

• Uporabite JPEG za fotografije in kompleksne barvne slike, kjer je pomembna majhna velikost in zmerna izguba kakovosti je sprejemljiva.
• Za logotipe, grafike z besedilom, slike z več plastmi ali potrebe po prosojnosti raje uporabite PNG ali SVG.
• Za višjo kakovost pri enakovrednih velikostih ali boljše stiskanje lahko razmislite o sodobnih formatih, kot so WebP ali HEIF, vendar ti niso vedno univerzalno podprti kot JPEG.

Metapodatki in barvni profili

JPEG datoteke pogosto vsebujejo EXIF metapodatke (informacije o napravi, nastavitvah fotoaparata, datumu, GPS lokaciji ipd.). Prav tako je priporočljivo v spletu uporabljati barvni profil sRGB za bolj dosledno prikazovanje barv na različnih napravah.

Priporočila za praktično uporabo

• Shranite originalno (ne stisnjeno) sliko, če načrtujete nadaljnjo obdelavo. Pretirano ponovno shranjevanje JPEG datotek slabša kvaliteto.
• Prihranek prostora: pri spletnem objavljanju pogosto zadostuje kakovost med 70–85 (odvisno od orodja), kar ohrani vidno kakovost in zmanjša velikost.
• Uporabite progressive JPEG za počasne povezave ali ko želite, da obiskovalci takoj dobijo grobi predogled slike.
• Če potrebujete prosojnost, uporabite druge formate, ker JPEG ne podpira alfa-kanala.

JPEG ostaja ena najpogosteje uporabljenih oblik za digitalne fotografije in spletne slike zaradi ravnovesja med kakovostjo in velikostjo datoteke ter široke združljivosti z brskalniki, editorji in napravami.

Kako deluje

YP_b P_r

Prva pomembna stvar pri stiskanju JPEG je način shranjevanja barve vsake pike. Vsaki piksli slike so dodeljeni 3 bajti, ki določajo njeno barvo. Vsi trije bajti imajo lahko katero koli vrednost od 0 do 255, vsaka možna kombinacija treh bajtov pa pomeni drugo barvo. V večini formatov datotek se za opredelitev barve uporablja format RGB. RGB je kratica za rdeče zeleno modro. Tako se imenuje zato, ker prvi od treh bajtov pove, koliko rdeče barve je v barvi piksla. Drugi bajt pove, koliko je v barvi zelene, tretji bajt pa, koliko je v barvi modre. Večja kot je vrednost prvega bajta, bolj rdeča je videti piksel.

Tudi JPEG uporablja po tri bajte za vsak piksel, vendar uporablja format YP_b P_r (znan tudi kot YC_b C_r ). Pri tem nam prvi bajt pove, kako svetla je piksla. Drugi bajt nam pove, kako moder je piksel. Tretji bajt nam pove, kako rdeč je piksel. V tem barvnem formatu je poleg barve shranjena tudi svetlost. To je koristno, ker bomo sliko stisnili. Ker človeško oko bolje vidi svetlost kot barvo, lahko barvne bajte (bajt P_b in bajt P_r ) bolj stisnemo. Ker bolje vidimo svetlost, uporabimo manjše stiskanje pri bajtu Y, da bo slika po stiskanju videti bolje.

Ker so slike najpogosteje shranjene v formatu RGB, je prvi korak stiskanja JPEG običajno pravilna sprememba formata RGB v format YP_b P . _r

Diskretna kosinusna transformacija

JPEG za predstavitev slike uporablja kosinusne funkcije. Zato bomo govorili o kosinusnih funkcijah. Tako je lahko videti kosinusna funkcija:

Če želimo, da kosinusna funkcija predstavlja barvo piksla, rečemo, da večja kot je vrednost kosinusne funkcije, svetlejši je piksel. Če bi imeli nabor pikslov, ki se spreminjajo v svetlo-temno-svetlo, bi lahko za njihovo opredelitev uporabili zgornjo funkcijo.

Funkcija ima lahko tudi višjo frekvenco. Kot je ta:

Tu pa postane zanimivo. Različne funkcije lahko ustvarimo tudi tako, da vzamemo povprečje različnih kosinusnih funkcij. Tukaj je prikazano, kako bi bilo videti, če bi vzeli povprečje zgornjih dveh funkcij:

V zapisu JPEG se DCT uporablja za bloke 8 × 8 slikovnih pik.

Kvantifikacija

Pri stiskanju slike doslej ni bila izgubljena nobena informacija. V tem koraku filtriramo informacije. Zato je to korak, ki zmanjšuje kakovost slike. Za vsak blok 8 × 8 slikovnih pik so kosinusne funkcije z visokimi frekvencami nastavljene na 0. To pomeni, da te ne morejo več vplivati na videz slike, ko jo dekompresiramo.

Veliko vrednosti bo zdaj enakih 0, kar pomeni, da se lahko zelo enostavno stisne. Za to se uporablja Huffmanovo kodiranje. Huffmanovo kodiranje je zadnji korak stiskanja JPEG. To je tudi edini korak, v katerem se podatki dejansko stisnejo.

cos(x)


cos(2x)


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

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je format datoteke JPEG?

V: Kako je mogoče spremeniti stopnjo stiskanja?

V: Kaj se zgodi, če ima slika visoko kakovost?

V: Kje se pogosto uporablja format datotek JPEG?

V: Kaj pomeni beseda "JPEG"?

V: Katere so pogoste razširitve datotek JPEG?

Išči po črki