JPEG, безусловно, является самым популярным форматом цифровых фотографий и изображений в мире. Подавляющее большинство фотографий хранятся и публикуются в этом формате, обычно с расширением файлов.jpg" />
В JPEG используется так называемое сжатие с потерями, то есть некоторые данные теряются при преобразовании из формата изображения с более высокой точностью, такого как RAW, DNG или TIFF. Сжатие было тщательно разработано с учетом того, как человеческий глаз воспринимает изображение, и пытается минимизировать видимую разницу, даже если данные потеряны, и именно это сделало его таким мощным и распространенным форматом.
Как JPEG сжимает фотографию?
JPEG использует технику дискретного косинусного преобразования для сжатия фотографий. Этот же метод сжатия используется во многих различных типах носителей, включая цифровые изображения, видео и аудио. Поскольку свет и звук существуют в природе в виде сигналов, логично, что использование частотного кодирования - лучший способ обработки данных такого типа.
Сжатие JPEG отдает предпочтение частотам, наиболее важным для человеческого глаза. Поскольку глаз менее чувствителен к высокочастотным изменениям, эти области сохраняют менее точное представление, и блок размером 8 на 8 пикселей используется для сегментации изображения на области со схожими цветами и яркостью.
Иногда информацию можно сжать без потерь, например, при использовании популярного формата ZIP для отправки архивных пакетов файлов через Интернет. Это может значительно уменьшить размер документов и других разреженных файлов, содержащих большой объем избыточных данных. С другой стороны, фотографии обычно плотно упакованы уникальной информацией, которую трудно разбить на повторяющиеся компоненты для сжатия без потерь.
Вот почему сжатие с потерями необходимо для получения файлов значительно меньшего размера. Хотя при распаковке приложения или документа никакие изменения не допускаются, визуальные изменения в изображении могут иметь незначительное заметное значение. В этом и заключается идея JPEG - уменьшить размер файла с минимальным влиянием на качество изображения при его использовании для обмена фотографиями для просмотра.
Почему JPEG так популярен?
Ранний Интернет был невероятно медленным по современным меркам. Изображения измерялись в килобайтах, а не мегабайтах. Ранние модемы коммутируемого доступа, используемые для Интернета, имели скорость передачи данных 56 килобит в секунду. Это означает, что для полной загрузки 10-мегабайтной фотографии в формате JPEG потребуется не менее 23 минут. Очевидно, что размеры изображения были очень ограничены, чтобы минимизировать размер файла и избежать нескольких минут ожидания, пока страница отобразит контент. Многие веб-страницы почти полностью основаны на тексте.
Скорость Интернета значительно возросла, но вместе с этим возросло и разрешение изображений, а также объем кода, необходимый для отображения современного веб-сайта. Добавьте к этому тот факт, что JPEG глубоко встроен в интернет-стандарты, и легко понять, почему десятилетия спустя он по-прежнему остается преобладающим форматом. Альтернативы существуют, и в ближайшем будущем JPEG может начать заменяться более эффективным форматом.
Сколько места экономит JPEG?
Объем пространства, сэкономленного при использовании изображений, сжатых в формате JPEG, вместо файлов RAW или TIFF, огромен, особенно если учесть скорость, с которой изображения загружаются в Интернет. Любое уменьшение размера файла и пропускной способности для одной фотографии может быть умножено на сотни миллионов, поскольку именно столько изображений ежедневно публикуется в социальных сетях. Даже при личном использовании JPEG может сократить объем используемой памяти на 90%.
Для одной 10-мегабайтной фотографии можно сэкономить 9 мегабайт места для хранения, загрузка будет быстрее и эффективнее, и, что наиболее важно, каждая загрузка выиграет от этого снижения энергопотребления и пропускной способности. Популярное изображение, просмотренное миллион раз, в совокупности сэкономит 9 терабайт трафика. Легко увидеть, как быстро это оказывает огромное влияние на Интернет.
Недостатки использования JPEG
Назначение изображения JPEG критически важно для определения того, подходит ли этот формат для использования или нет. Поскольку JPEG оптимизирован для сохранения фотографий, он имеет тенденцию сильнее сжимать высокочастотные данные. В природе один край имеет тенденцию сливаться с другим, и это справедливо даже для фотографий искусственных сооружений. Свет отражается, отражается и рассеивается до такой степени, что возникают градации, смягчающие края.
Для сравнения, изображения, созданные на компьютере, могут быть неестественно четкими с большим количеством мелких деталей. Страница текста является прекрасным примером. Использование сжатия JPEG для снимков экрана было бы плохой идеей, поскольку оно не сможет хорошо сжимать данные без добавления большого количества артефактов.
Хотя просмотр фотографии, сохраненной в формате JPEG, может быть идеальным, редактирование того же файла изображения может привести к заметным артефактам, которых не было в исходной фотографии. Хуже того, если изображение JPEG отредактировать и снова сохранить в формате JPEG, артефакты сжатия будут продолжать накапливаться, а пиксельные изображения и блочный шум станут совершенно очевидными.
Эта потеря качества изображения при каждом повторном сжатии изображения JPEG называется потерей цифрового поколения. Вот как это выглядит, когда JPEG поворачивается и сохраняется с потерями 0, 100, 200, 500, 900 и 2000 раз:
Чтобы свести к минимуму проблемы потери качества, изображения в идеале следует редактировать без потерь, прежде чем использовать сжатие JPEG на последнем этапе экспорта файла, готового к использованию в Интернете.
Наконец, изображения JPEG не поддерживают прозрачность. Хотя это не актуально для стандартной фотографии, это полезное дополнение при компоновке фотографий, а возможность сохранить фотографию с высококачественной маской или альфа-каналом очень полезна.
Альтернативы JPEG: JPEG 2000, HEIC и WebP
JPEG - это ведущий формат изображений в Интернете, и практически каждое современное устройство поддерживает сохранение и просмотр изображений в этой кодировке. Его эффективность была превзойдена несколько лет назад, но любому новому формату трудно получить достаточную поддержку, чтобы стать таким же широко распространенным, как JPEG. Ситуация постепенно меняется, и, возможно, вскоре JPEG станет форматом, которого следует избегать.
Каждый альтернативный формат, обсуждаемый в этом разделе, обеспечивает лучшее сжатие с тем же или более высоким качеством по сравнению с JPEG и позволяет включать прозрачность как часть изображения. В любом случае единственным недостатком является широкая поддержка.
WebP стал серьезным соперником доминированию JPEG. Хотя этот формат может показаться незнакомым, WebP был выпущен Google как формат с открытым исходным кодом в 2010 году. Предоставляя альтернативу и улучшение по сравнению с изображениями JPEG, GIF и PNG, WebP - это универсальный формат изображений, который, похоже, когда-нибудь заменит JPEG. как лучший выбор для Интернета и, возможно, даже для других целей. Фотография может быть сохранена в формате WebP с использованием сжатия с потерями или без потерь.
JPEG 2000 - это новый стандарт JPEG, который был разработан в 2000 году, как следует из названия. Он использует метод вейвлет-сжатия, который является более универсальным и может содержать несколько разрешений и различные отношения сигнал/шум. Эта изменчивость усложняет декодирование изображения в этом формате, и он не получил широкого распространения в качестве формата фотографии. До сих пор его основным применением был формат сжатого видео, известный как Motion JPEG.
Apple сделала HEIC основным форматом фотографий для iPhone в 2017 году с выпуском iOS 11, и каждое устройство Apple с обновленным программным обеспечением может сохранять и просматривать изображения в этом формате. Формат был разработан комитетом по стандартизации MPEG и не является эксклюзивной собственностью Apple, хотя большая часть ответственности за его успех лежит на производителе iPhone. Он обеспечивает более высокое качество, занимая при этом меньше места. Хотя использование HEIC возможно в Windows и Android, оно не так распространено. Фотографам, использующим компьютер Apple iPhone, iPad и/или Mac, для использования HEIC не нужно делать ничего особенного, что делает его простым выбором в качестве альтернативы JPEG.
Множество расширений файлов JPEG: это не просто.jpg
Файлы JPEG обычно имеют расширение.jpg, однако.jpg" />
Изображения JPEG также могут содержаться в файлах других типов, например в документах PDF и Word. Когда JPEG загружается в приложение для редактирования изображений, он декодируется для использования. При сохранении в другом формате обычно удаляется кодировка JPEG, и изображение будет повторно сжато или оставлено несжатым в зависимости от формата, в котором оно сохранено. При этом не удаляются автоматически любые артефакты, созданные при сжатии JPEG, и не восстанавливаются данные изображения, которые уже были потеряны.
Кто создал JPEG и почему?
JPEG был окончательно утвержден в качестве стандарта цифровых изображений Объединенной группой экспертов по фотографии в 1992 году. Этот объединенный комитет является частью более крупных международных организаций по стандартизации, ISO/IEC и ITU-T. Работа по стандартизации графики фотографического качества началась в 1983 году, и вскоре после этого JPEG стал хорошим кандидатом. Алгоритм сжатия DCT, лежащий в основе JPEG и многих других медиаформатов, был разработан Насиром Ахмедом, инженером-электриком и ученым-компьютерщиком.
Стандарт цифровых изображений JPEG был создан для использования в первых компьютерах, которые в то время были в основном текстовыми, а изображения имели очень ограниченное количество цветов и низкое разрешение. JPEG начал менять ситуацию, и его развитие было идеально рассчитано на развитие еще одной новой технологии, которая получила распространение в конце 1980-х годов. Преимущество сжатия изображений JPEG для размещения фотографий в Интернете неизмеримо, и оно также является отличным подспорьем для фотографии в целом, несмотря на свои недостатки.
Вывод
Формат JPEG в равной степени прекрасен и ужасен, и какая сторона имеет прецедент, во многом зависит от пользователя. При разумном использовании JPEG может предотвратить бесполезную трату ресурсов: как пространство для хранения, так и пропускная способность значительно выигрывают от использования сжатых изображений. Однако, если не принять меры предосторожности и неправильно использовать формат, полученные фотографии потеряют свою целостность. Тщательная доработка, выполненная на уровне пикселей или около него, может удалить артефакты JPEG, а искусственный интеллект может помочь в этом процессе, однако лучше всего использовать JPEG для архивирования и обмена в Интернете.
Оригинальные фотографии лучше всего хранить в формате более высокого качества, а для важных изображений следует использовать несжатый формат, поскольку он обеспечивает максимальную свободу использования этих фотографий различными способами в будущем.