Как работает формат JPEG – преимущества и недостатки метода сжатия

Россия+7 (910) 990-43-11
Обновлено: 2022-04-14

JPEG расшифровывается как Joint Photographic Experts Group (Объединенная группа экспертов по фотографии).

JPEG – это тип сжатия цифровых изображений. Кроме того, он известен как формат изображений, но это совершенно неверно, потому что JPEG – это метод сжатия изображений, он используется для многих форматов файлов, таких как EPS, PDF и даже файлы TIFF.

Этот метод сжатия изображений разработан «Объединенной группой экспертов по фотографии», поэтому он называется JPEG. Это сжатие использует алгоритм сжатия с потерями, так что некоторая информация удаляется из изображения при сжатии. Стандарт JPEG работает путем усреднения цветовых вариаций и отбрасывания информации, которую человеческий глаз не может увидеть.

Эмблема метода сжатия Jpeg

Как работает сжатие JPEG

JPEG сжимается в полноцветные изображения или изображения в градациях серого. В случае цветных изображений RGB преобразуется в цветовое пространство яркости или цветности.

Сжатие JPEG работает путем определения похожих цветовых областей внутри изображения и преобразования их в фактически один и тот же цветовой код. JPEG использует метод DCT (дискретное косинусное преобразование) для сжатия и преобразования.

Шаги сжатия JPEG:

  1. Необработанное изображение сначала преобразуется в другую цветовую модель, которая отделяет цвет пикселя от его яркости.
  2. Изображение разделяется на небольшие блоки размером 8×8, каждый блок называется пикселем.
  3. Затем RGB преобразуется в Y-Cb-Cr, JPEG использует модель Y-Cb-Cr вместо RGB.
  4. После этого DCT применяется к каждому блоку пикселей и преобразует изображение из пространственной области в частотную область.

    Формула, по которой работает метод DCT:

    Формула метода DCT для сжатия JPEG

  5. Затем создаётся результирующее изображение, так как человеческий глаз не может видеть высокую частоту, поэтому для создания применяется низкое квантование.
  6. После квантования выполняется зигзагообразное сканирование этих квантованных блоков 8×8 для группировки низкочастотных коэффициентов.
  7. Затем коэффициенты кодируются с помощью алгоритма кодирования длины серии и Хаффмана, чтобы получить окончательное изображение.

Немного истории JPEG

В 1982 году ISO (Международная организация по стандартизации) сформировала Группу экспертов по фотографии для исследования способов передачи видео и неподвижных изображений по каналам передачи данных.

Три года спустя CCITT сформировал группу для работы над техникой сжатия изображений. Затем, в 1987 году, две группы объединились и создали ещё одну группу под названием Объединенная группа экспертов по фотографии (JPEG). Затем все они работали над новым стандартом, который использует сжатие данных для уменьшения размера графического файла.

В 1992 году был создан JPEG, а последняя версия выпущена в 1994 году.

Характеристики формата JPEG

  • Основные характеристики JPEG заключаются в том, что он использует метод сжатия с потерями, поэтому размер изображения меньше.
  • Стандарт JPEG работает путём усреднения цветовых вариаций и отбрасывания информации, которую человеческий глаз не может видеть, чтобы уменьшить размер изображения. Для этого используется сжатие с потерями.
  • JPEG имеет улучшенный способ сжатия файла, который автоматически просматривает файл и выбирает лучший способ его сжатия.
  • JPEG состоит из нескольких отдельных частей:
    • JPEG-ISO/IEC 10918-1: определяет основную технологию кодирования JPEG и включает варианты кодирования фотографических изображений.
    • JPEG-ISO/IEC 10918-2: в этой части есть несколько правил тестирования программного обеспечения.
    • JPEG-ISO/IEC 10918-3: эта часть определяет набор расширений технологий кодирования части 1, включая формат файла обмена неподвижными изображениями (SPIFF).
    • JPEG-ISO/IEC 10918-4: эта часть посвящена регистрации файлов с расширениями JPEG.
    • JPEG-ISO/IEC 10918-5: это формат файла, известный как формат обмена файлами JPEG (JFIF).
  • JPEG может работать с несколькими файлами, то есть работать с несколькими изображениями одновременно.

Преимущества JPEG

  • Он имеет очень хорошую степень сжатия, приемлемое качество изображения, а также имеет хорошую скорость передачи.
  • Стандарт JPEG поддерживает 24-битный цвет до 16 миллионов цветов, поэтому разрешение на максимальном уровне превосходно.
  • Файлы JPEG очень маленькие по размеру, но в зависимости от размера качество сохраняется. Таким образом, мы можем сэкономить место на диске при сохранении файлов JPEG, не влияя на качество изображения.
  • Время обработки изображения намного меньше, чем в других стандартах изображения.
  • Подходит для полноцветных реалистичных изображений с большим количеством цветовых и контрастных переходов.
  • JPEG совместим со всеми компьютерами, мобильными устройствами, фотоаппаратами, а также фоторедакторами.
  • Пользователь может самостоятельно выбрать соотношение качества изображения в формате JPEG.
  • Для печати любого изображения не требуется редактирование, файлы JPEG можно распечатывать непосредственно с камер без редактирования.

Недостатки JPEG

  • Изображение может потерять важные детали из-за сжатия с потерями, то есть изображение разбивается на блоки 8×8, после чего большая часть информации отбрасывается.
  • JPEG не является гибким, потому что JPEG не эффективен для изображений, содержащих текст, чёткие линии или края. JPEG хорош для портретов и фотографий природы.
  • Качество изображения снижается после сжатия JPEG, особенно для текстовых изображений. Для других изображений это не так сильно влияет, если мы не видим детали изображения.
  • Стандарт JPEG не поддерживает непрозрачность или прозрачность, в большинстве случаев прозрачная часть любого изображения рассматривается как белая область.
  • JPEG не работает с черно-белыми и движущимися изображениями.
  • Изображения JPEG имеют меньшую глубину цвета, чем изображения других форматов.
  • Многослойное изображение в формате JPEG не поддерживается.

5.0/1