Formatul JPEG

Formatul JPEG

Pe langa o rata inalta de comprimare avem nevoie si de pastrarea calitatii informatiilor originale. JPEG imbina cele doua deziderate intr-un mod eficient. In ziua de astazi auzim tot mai des despre necesitatea transmiterii imaginilor la distanta, despre compact discuri si calitatea imaginilor stocate pe acestea, despre integrarea dintre tehnologia informatica si televiziune. Dar poate ar fi bine sa spunem ca in spatele acestor realitati tehnologice stau anumite specificatii legate de formatul datelor ce circula de la emitator la receptor. Practic aici este locul in care putem aminti despre existenta acestui format grafic, foarte eficient, numit JPEG. Intrand in domeniul tehnic vom spune ca este un format grafic care comprima imaginile de tip bitmap. Un dezavantaj major in acest caz este faptul ca respectiv comprimarea si decomprimarea se executa destul de incet. La ora actuala, formatul JPEG este inclus in standardele internationale in vederea implementarii sale la nivel hard (este vorba despre cipuri care sa realizeze comprimarea si decomprimarea fara a mai fi nevoie de un soft specializat in acest sens). La ora actuala, formatul este acceptat ca atare de toate softurile care se doresc a fi ajutatoare in domeniul prelucrarii imaginilor, pe majoritatea platformelor.

Sa ne facem intelesi de la inceput, JPEG este un standard ce defineste o familie de tehnici de compresie si nu este neaparat un format fix - ca in cazul BMP sau PCX. Din obisnuinta am folosit in unele fraze sintagma "formatul JPEG'. Imaginile JPEG pot fi incapsulate in multe moduri - cele mai folosite sunt JFIF si JPEG-TIFF. Subformatul JFIF este prescurtarea expresiei JPEG File Interchange Format si a fost creat de catre Eric Hamilton de la C-Cube Microsystems. JPEG-TIFF se bazeaza, in mare parte, pe specificatiile formatului TIFF 6.0. Aici vorbim despre faptul ca, indiferent de schema folosita, JPEG comprima imaginea rezultand anumite pierderi - deci imaginea reconstruita nu va fi totdeauna identica cu originalul (acest lucru nu trebuie inteles neaparat in sensul rau dupa cum se va vedea in continuare).

Utilizand o schema de compresie a imaginilor digitale diferita cu mult de cele utilizate in mod curent, JPEG nu necesita reconstruirea imaginii originale, bit cu bit. Se intampla de multe ori ca imaginea reconstruita, prin decodificarea informatiilor stocate in fisierul de format JPEG, sa fie o reprezentare mai buna a fotografiei originale decat in cazul in care se foloseste o schema de compresie fara pierderi.

In ciuda adancimii mari de culoare (16 milioane de culori) imaginile scanate cu JPEG pot fi stocate pe harddisk, ocupand putin spatiu. Acest lucru este posibil datorita unei comprimari a datelor bine pusa la punct, care micsoreaza dimensiunile fisierului la minim. Fisierele JPEG pot fi recunoscute dupa extensia .JPG.

Acest format suporta 16,7 milioane de culori si este recomandat in special pentru imagini fotografice. Compresia interna JPEG, spre deosebire de GIF, se face cu pierdere de calitate. In functie de setarile pe care le faceti, pierderea de calitate este mai mult sau mai putin vizibila ochiului uman. Odata ce scadeti calitatea imaginii si o salvati, datele pierdute nu mai pot fi recuperate pentru a reface originalul.

JPEG este un mecanism standardizat de compresie a imaginilor cu tonuri continue (de exemplu fotografii), color sau in tonuri de gri, dezvoltat de experti fotografi.

In mod nesurprinzator, acest format este cel mai bun pentru imaginea de tip fotografic. Nu functioneaza foarte bine (in termenii comprimarii de dimensiune de fisier) cu imagini unde culorile contrasteaza in mod deosebit una cu cealalta, sau unde avem spatii largi, plate de aceeasi culoare. De fapt, cateodata este nevoie de voalarea unei imagini inainte de a o salva in format JPEG - nu suficient pentru a degrada calitatea imaginii, dar suficient pentru a lasa compresia JPEG sa-si faca treaba putin mai usor.
JPEG-urile nu sunt folosite la fel de des ca si GIF-urile, dar daca se doreste obtinerea unei atmosfere subtile, atunci este nevoie de imagini fotografice ca tema principala.

Compresia JPEG este una cu pierderi - in functie de setarea de compresie aleasa, va incadra unele din informatiile vizuale pentru a reduce dimenisinea fisierului. Unele imagini vor arata bine cu o compresie JPEG 'agresiva', dar vor pastra intotdeauna o copie suplimentara a imaginii originale. JPEG-urile  sunt fisiere care nu pot fi animate.

Orice JPEG poate fi salvat ca Progressive JPEG. Acesta este foarte similar cu GIF-ul intretesut. Ca si in cazul GIF-ului, este afisata o imagine la o calitate scazuta si dupa mai multe treceri calitatea se imbunatateste. Unele unelte de prelucrare grafica permit specificarea numarului de pasi in care se afiseaza imaginea, descarcarea completa a fisierului.

Formatul JPEG foloseste pentru comprimare transformarea cosinus discreta (DCT). In spatele acestui sistem se ascunde o transformata Fourier, care schimba dispersia pixelilor intr-o dispersie de frecventa si de amplitudine. Suprafetelor mari si uniforme de imagine li se atribuie participatii de frecventa mici, in schimb detaliile fine primesc participatii de frecventa mai mari. Comprimarea apare ca urmare a faptului ca parti de imagine cu participatii de frecventa mai mari capata o pondere mai mica, iar amplitudinile lor vor fi egale cu zero.

Bineinteles ca la comprimare se pierd unele date de imagine, insa algoritmul de compresie utilizat verifica in permanenta ca la decomprimare imaginea sa nu sufere o pierdere a calitatii. La comprimare, fiecare imagine este divizata in blocuri de 8x8 puncte de imagine. Pentru inceput, fiecare bloc trebuie sa suporte o transformare cosinus. Scopul acesteia este de a cuprinde modificarea de culoare de la un bloc la altul. In etapa a doua, algoritmul verifica daca diferentele de culoare dintre blocuri sunt vizibile cu ochiul liber. Diferentele dintre blocurile vecine care nu sunt observabile cu ochiul liber sunt ignorate.

Formatul JPEG este un format grafic cu pierderi, fiind conceput sa exploateze cunoscutele limite ale ochiului uman: schimbarile mici de culoare sunt percepute cu o acuratete mai scazuta decat modificarile de stralucire. Imaginile JPEG sunt destinate a fi privite de oameni si nu analizate intr-o maniera computerizata.

O proprietate folositoare este aceea ca formatul JPEG suporta mai multe grade de pierdere (reducere), in functie de parametrii de compresare utilizati. Un alt aspect important se refera la faptul ca decodoarele JPEG pot folosi aproximari (cu un grad mai ridicat de inexactitate) in vederea accelerarii procesului de decodificare a imaginii. JPEG permite stocarea informatiilor de culoare pe 24 biti/pixel (16 milioane de culori), utilizand metode LZ/Hufmann de compresie grafica.

JPEG poate opera in mai multe moduri. Modul secvential cu pierderi are urmatoarele faze, sofisticate:

Pregatirea blocului de intrare

Transformarea cosinusoidala discreta

Cuantificarea

Codificarea functie de lungime

Codificarea statica a iesirii

Sunt definite mai multe formate bazate pe JPEG:

■ JFIF (JPEG File Interchange Format)

■ TIFF/JPEG, o extensie a formatului TIFF

Tehnicile JPEG se regasesc si in cadrul standardului video MPEG (Motion Picture Experts Group). Deoarece filmele contin atat imagini cat si sunet, MPEG le comprima pe ambele. Exista mai multe familii de standarde MPEG:

► MPEG-1 (care poate fi transmis prin retea la distante modeste, fiind folosit pentru memorarea filmelor pe CD-ROM in formate CD-I si CD-Video) si

► MPEG-2 (pentru conferinte de rezolutie medie).