Формат файлов JPEG¶
JPEG (Joint Photographic Experts Group) — растровый формат сжатия изображений с потерями, один из наиболее распространённых форматов хранения цифровых фотографий и фотографических изображений в компьютерах и интернете. Расширение файлов — .jpg или .jpeg. Стандарт формата опубликован в 1992 году (ISO/IEC 10918-1), разработан одноимённой рабочей группой экспертов по кодированию изображений.
¶История
Разработка формата началась в 1986 году, когда Объединённый комитет по фотоэкспертным группам (Joint Photographic Experts Group) приступил к созданию стандарта сжатия изображений. В 1992 году стандарт JPEG был официально утверждён организацией ISO/IEC. Формат быстро получил широкое распространение благодаря соотношению качества изображения и степени сжатия: файлы JPEG в 10–20 раз меньше исходных несжатых данных при визуально приемлемом качестве.
В 1994 году была принята версия JPEG/JFIF (JPEG File Interchange Format), определяющая формат контейнера для хранения сжатых данных вместе с метаданными — разрешением, цветовым профилем и информацией о создателе. Именно JFIF стал де-факто стандартом для файлов с расширением .jpg.
¶Принцип работы
JPEG использует сжатие с потерями, основанное на нескольких алгоритмах:
- Цветовое преобразование. Исходное изображение в RGB-пространстве преобразуется в модель YCbCr, где Y — яркость, а Cb и Cr — цветовые компоненты. Человеческий глаз менее чувствителен к деталям цвета, чем к яркости, поэтому цветовые компоненты могут сжиматься сильнее.
- Дискретное косинусное преобразование (DCT). Изображение разбивается на блоки 8×8 пикселей, каждый блок преобразуется в частотное представление.
- Квантизация. Коэффициенты DCT делятся на значения из таблицы квантования, при этом высокочастотные компоненты (мелкие детали) округляются сильнее. Именно на этом этапе происходит основная потеря данных — необратимая.
- Энтропийное кодирование. Результат квантования кодируется методами Хаффмана или арифметического кодирования.
Поскольку данные теряются при квантизации, повторное сжатие файла JPEG приводит к дальнейшему ухудшению качества (так называемое поколенческое деградирование).
¶Характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тип | Растровый формат |
| Сжатие | С потерями (lossy) |
| Максимальное разрешение | 65 535 × 65 535 пикселей |
| Глубина цвета | 8 бит на компонент (24 бит на пиксель) |
| Цветовые модели | Grayscale, RGB, YCbCr, CMYK |
| Расширения файлов | .jpg, .jpeg, .jpe, .jfif |
Степень сжатия регулируется параметром качества (обычно от 1 до 100). Значение 75–85 обеспечивает хорошее визуальное качество при сжатии в 10–15 раз. Значения выше 95 дают незначительное улучшение при резком росте размера файла.
¶Ограничения
JPEG не поддерживает:
- Прозрачность — в отличие от форматов PNG и GIF;
- Слойное редактирование — файл является плоским растровым изображением;
- Безпотерное сжатие — стандарт JPEG не предполагает режима lossless, хотя в 1990-х годах были предложены расширения (JPEG-LS, JPEG 2000 Lossless).
Формат плохо подходит для изображений с резкими контурами, текстом, графикой и небольшим количеством цветов — на таких изображениях артефакты сжатия заметны особенно сильно. Для графики и текста предпочтительнее PNG.
¶Применение
JPEG является основным форматом для хранения фотографий в цифровых камерах и смартфонах. Большинство цифровых камер записывают изображения именно в JPEG, хотя многие поддерживают и формат RAW. В интернете JPEG занимает подавляющую долю изображений на веб-страницах.
В России и в мире JPEG поддерживается всеми без исключения графическими редакторами, браузерами и операционными системами. Стандарт широко используется в полиграфии, телевидении, медицинской визуализации и документообороте.
¶Развитие стандарта
На основе оригинального JPEG были разработаны расширенные версии:
- JPEG 2000 (2000 год, ISO/IEC 15444) — использует вейвлет-преобразование, поддерживает как сжатие с потерями, так и без потерь, а также сжатие по областям интереса. Не получил массового распространения из-за сложности и отсутствия поддержки в браузерах.
- JPEG XR — формат Microsoft, поддерживающий расширенный динамический диапазон.
- JPEG XL (2021) — современный формат, превосходящий JPEG по эффективности сжатия и поддерживающий прозрачность и анимацию.
Несмотряя на появление более продвинутых форматов, оригинальный JPEG сохраняет позицию наиболее распространённого формата изображений в мире.
¶Источники
- ISO/IEC 10918-1: «Digital compression and coding of continuous-tone still images»
- Уоллес, Г. «The JPEG Still Picture Compression Standard» (IEEE, 1992)
- Руководство по форматам изображений, W3C
- Пеннеbaker, У., Митчелл, Дж. «JPEG Still Image Data Compression Standard» (Van Nostrand Reinhold, 1993)