15

Formaty, które nie chcą odejść – JPEG

Lata 80. były bardzo ważnym okresem dla kompresji plików oraz dla informatki. To wtedy narodził się pomysł na stworzenie pliku MP3, który pozwoliłby zachować muzykę na później. Wtedy też narodził się JPEG.

JPEG to jeden z najczęściej spotykanych typów plików, a rozszerzenia .jpg oraz .jpeg z pewnością znane są każdemu. I nic w tym dziwnego, skoro można się na nie natknąć praktycznie wszędzie – na PC, w internecie, w smartfonie, w aparacie fotograficznym.

Powstanie JPEG-a nie było kwestią chęci, a ówczesnych potrzeb

Początek lat 80. był okresem, gdy możliwości kopiowania i transmitowania cyfrowych treści były mocno ograniczone. Stanowiło to nie lada problem dla producentów sprzętu i przedstawicieli licznych branż, w tym telekomunikacyjnej. W 1982 roku uformowano grupę JPEG (Joint Photographic Experts Group), w skład której wchodzili eksperci z dziedziny kompresji obrazu z całego świata. Efekt ich prac pojawił się 10 lat później, bo w 18 września 1992 roku, gdy na rynek trafił format JPEG.

Popularność JPEG-a to nie przypadek, to konsekwencja przemyślanego działania

W czasie premiery, JPEG był jedynym międzynarodowy standardem kompresji obrazu opartym o darmowy model dystrybucji. Kolejną zaletę stanowiła jego wszechstronność i świetne dostosowanie zarówno dla sprzętu, jak i oprogramowania. Wisienką na torcie było coś, za co ceniony, a jednocześnie krytykowany jest Windows 10 – kompatybilność. Format JPEG doczekał się nowych iteracji – jak JPEG XT, który wyróżniał się wsparciem dla treści HDR oraz szerokiej przestrzeni barw – jednak zostały one stworzone w taki sposób, by urządzenia wspierające starszy standard bez problemu potrafiły je odczytać. Było to bardzo istotne z punktu widzenia producenta oraz konsumenta, gdyż rynek nie lubi częstych zmian na wielką skalę, czego dowodem jest niesłabnąca popularność tego formatu nawet dziś, 28 lat po jego powstaniu.

JPEG złożył piękne obietnice, choć nie wszystkie zdołał spełnić

Podczas gdy dobrych formatów do dzielenia się zdjęciami było jak na lekarstwo, JPEG kusił obietnicą zachowania wysokiej jakość obrazu przy relatywnie niewielkim rozmiarze pliku. W zamyśle, JPEG wykorzystuje algorytmy kompresji stratnej, których wpływ na jakość obrazka ma być niezauważalna dla oka, pomimo licznych kompromisów jakościowych.

Najważniejszy z nich dotyczy koloru. JPEG analizuje kolory na zdjęciu, upraszcza je i zmniejsza ich ilość, usuwając część kolorów, których brak pozwala znacząco zredukować rozmiar pliku bez zauważalnej degradacji jakości. Proces ten zazwyczaj jest niezauważalny dla oka, ponieważ nie jest ono wystarczająco wrażliwe na kolor. Wiedzę tę wykorzystuje się także w kompresji wideo, czego świetnym przykładem są treści oferowane przez grupę YIFY, które często zajmują zaledwie 1/10, a nawet 1/15 miejsca potrzebnego na zapisanie filmu z płyty Blu-Ray.

Lista zalet JPEG-a jest dość pokaźna, podobnie jak lista wad

Zalety:

  • format JPEG jest wspierany przez każdy komputer, tablet, smartfon, program, a nawet aplikację

JPEG istnieje od blisko 28 lat i wciąż cieszy się niesłabnącą popularnością, co przekłada się na szeroki asortyment kompatybilnych z nim urządzeń, jak: komputery, tablety, smartfony, drukarki. Z JPEG-iem świetnie radzi sobie również oprogramowanie. O ile nie każdy program jest w stanie obsłużyć pliki TIFF, o tyle każdy program do podglądu i edycji zdjęć wspiera pliki JPEG.

  • niski rozmiar pliku

Wykorzystywana w formacie JPEG kompresja kolorów pozwala znacząco zredukować rozmiar pliku bez zauważalnego wpływu na jakość obrazu. Zwłaszcza w przypadku zdjęć portretowych, czy fotografii natury.

  • proste w obsłudze ustawienia kompresji

JPEG oferuje proste i przejrzyste ustawienia kompresji, które w głównej mierze ograniczają się do zmiany jakości wyrażonej w % lub w skali 1-12.

Im silniejsza kompresja, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia widocznej degradacji jakości objawiającej się, np. występowaniem artefaktów i/ lub bandingu.

Wady:

  • brak wsparcia dla przezroczystości

Przezroczystość jest powszechnie stosowana przy projektowaniu log firm i serwisów, ikon aplikacji, elementów programów i innych typów grafik. Jej brak oraz wady kompresji sprawiają, że JPEG kiepsko sprawdza się w branży kreatywnej.

  • domyślnie JPEG wspiera 24-bitowy zapis koloru (8-bitów na pojedynczy kanał R, G, B)

Nowoczesne aparaty wspierają zapis kolorów z 10, 12, 14 lub 16-bitami na kanał, podczas gdy JPEG wspiera jedynie 8-bitów. Nie powinno to stanowić większego problemu podczas przeglądania zdjęć, jednak może mieć negatywny wpływ na edycję oraz pracę z kolorem.

  • stosowana metoda kompresji może powodować widoczną utratę jakości w postaci:

a) artefaktów

O ile JPEG sprawdza się w przypadku zdjęć i obrazków z gładkimi przejściami, o tyle gorzej radzi sobie z tekstem, logami, grafikami wektorowymi i rastrowymi oraz obiektami z wyraźnie zdefiniowanymi, ostrymi krawędziami, co objawia się widocznymi artefaktami w ich okolicach.

W przypadku JPEG-a występują widoczne zniekształcenia, które łatwo zauważyć w okolicach tekstu. W PNG taki problem nie występuje. Powodem takiej sytuacji jest kompresja stratna, która dzieli piksele na bloki (np. 8×8) i porównuje wartości sąsiadujących pikseli.

b) bandingu

JPEG pozwala na zapis podstawowych kolorów (czerwonego, zielonego, niebieskiego) z 8-bitową precyzją, co przekłada się na 256 odcieni każdego z nich i 16,7 mln kolorów łącznie. Edycja zdjęć, a w szczególności praca z kolorem są bardzo wymagające i w zależności od ilości i stopnia wprowadzonych zmian może pojawić się widoczny banding kolorów, co wynika z braku wartości dla części pikseli. Wyobraźcie sobie gumkę recepturkę. Im mocniej się ją rozciąga, tym cieńsza się staje, aż w końcu pęknie. Podobnie jest z bandingiem, jednak zamiast gumki recepturki są kolory, których nie można rozciągać w nieskończoność (przy 8-bitowym zapisie). Dobrze obrazuje to poniższy obrazek, wykazujący pewne podobieństwa do cebuli – składa się z warstw.

  • ograniczone możliwości edycji

Kompresja stratna dosięga również innych aspektów zdjęcia, co znacząco zmniejsza możliwości edycji (zmiana ekspozycji, efekt pseudo-HDR, praca z kolorem, redukcja szumów, wyostrzanie, itp.). W zależności od stopnia wprowadzonych zmian może pojawić się zauważalna degradacja jakości obrazu oraz artefakty.

JPEG doczekał się licznych następców, lecz żaden nie zdołał zrzucić go z podium

JPEG liczy sobie blisko 30 lat, a w świecie technologii nie ma miejsca na stagnację. Pliki .jpg oraz .jpeg otrzymały liczne rozszerzenia, a na rynku pojawiło się wiele innych formatów, choć żaden z nich nie zdołał przebić się do mainstreamu w takim stopniu, jak zrobił to JPEG. Warto jednak przyjrzeć się części z nich, np.

Rozszerzenia:

  • JPEG XL

JPEG XL to zaproponowane w 2017 roku rozszerzenie standardu JPEG, którego przeznaczeniem jest kompresja obrazków o wysokiej rozdzielczości (minimum 40 Mpx, stąd dopisek „XL” w nazwie), gdzie ma on pozwolić na uzyskanie lepszej kompresji danych niż JPEG (nawet o 60%), a nawet rzucić rękawicę formatowi HEIC.

  • JPEG XS

JPEG XS został zaprezentowany podczas targów CES 2019, które odbyły się w Las Vegas. Jest to bezstratny format przeznaczony do streamingu wysokiej jakości obrazu przy zachowaniu minimalnych opóźnień, dzięki czemu ma znaleźć zastosowanie w: rozwiązaniach VR (Virtual Reality), w pojazdach autonomicznych, dronach oraz podczas transmisji filmów czy streamingu gier.

  • JPEG XT

Wydane w 2015 roku rozszerzenie standardu JPEG, które celuje w wyeliminowanie niektórych jego niedogodności – wspiera zapis koloru z 16-bitami na kanał (zamiast standardowych 8-bitów), oferuje wsparcie dla techniki HDR oraz dla kanału alfa.

  • Mozjpeg

Opracowane w 2014 roku rozszerzenie standardu JPEG z Mozilla Reseach, którego celem było skrócenie czasu potrzebnego na wczytanie obrazków na stronach internetowych. Osiągnięcie celu było możliwe dzięki zastosowaniu bardziej zasobożernej w zasoby CPU kompresji danych, co pozwoliło zmniejszyć rozmiar pliku o około 10%. Mozjpeg zachowuje kompatybilność wsteczną z podstawowym JPEG-iem.

Następcy:

  • HEIC

W 2015 roku grupa MPEG (znana również z wprowadzenia formatu MP3) ogłosiła wydanie nowego formatu łączącego w sobie zalety powszechnie stosowanych plików JPEG, PNG oraz GIF, czyli: niski rozmiar pliku (nawet o 50% mniejsza waga względem JPEG-a), wsparcie dla przezroczystości i sekwencji obrazków (np. Live Photo z iPhone’a), a także zapis kolorów z 16-bitami na kanał.

Pomimo oczywistych zalet, HEIC nie jest tak powszechny jak JPEG i nie każdy gigant oferuje dla niego wsparcie. Apple wprowadziło go do swojego ekosystemu w 2017 roku wraz z premierą iPhone’ów 8, 8 Plus, X oraz systemu iOS 11. Wsparcie w wykonaniu Microsoftu jest oferowane za pomocą rozszerzeń, które można znaleźć i zakupić w Microsoft Store.

Rozszerzenia pliku: .heic, .heif

  • JPEG2000

JPEG2000 to nie kolejne rozszerzenie znanego JPEG-a, a nowy format o podobnej nazwie. Pojawił się w 2000 roku i pozwolił na skorzystanie z jednego z dwóch typów kompresji: stratnego lub bezstratnego. Co więcej, umożliwił wykorzystanie techniki HDR i zaoferował wsparcie dla szerokiej przestrzeni kolorów. Format ten nie przebił się do mainstreamu, a wiele programów i przeglądarek (nie licząc Safari) nie oferuje dla niego wsparcia. Swoją cegiełkę do rozwoju takiej sytuacji dołożył, m.in. Microsoft, który odmówił dodania wsparcia dla tego formatu w systemie Windows.

Rozszerzenia pliku: .jp2, .jpx, .jpm, .mj2

  • WebP

Opracowany przez firmę Google i wydany w 2010 roku format WebP miał być bezpośrednim konkurentem dla JPEG-a, a jednocześnie stanowić alternatywę dla formatów PNG oraz GIF. WebP oferuje dwa tryby kompresji: stratny i bezstratny. W pierwszym przypadku różnica rozmiaru waha się od 25 do 35% na korzyść rozwiązania od Google bez widocznych różnic w jakości obrazu. W drugim przypadku rozmiar pliku jest około 26% mniejszy niż przy zapisie PNG. WebP oferuje także rozwiązania znane z plików PNG oraz GIF, mianowicie, wsparcie dla przezroczystości oraz zapisu animacji. Obecnie często korzysta się z niego na stronach internetowych.

Rozszerzenia pliku: .webp

Mimo blisko 30 lat na karku, JPEG wciąż jest chętnie wspierany i rozwijany, więc pozostanie z nami jeszcze przez wiele lat

Nie jedna wiśnia zdążyła zakwitnąć od czasu wprowadzenia na rynek formatu JPEG i nie jedna jeszcze zakwitnie. JPEG jest stale rozwijany, a nowsze jego iteracje są kompatybilne ze starszymi wersjami standardu, dzięki czemu może on odpowiedzieć na potrzeby nowoczesnych urządzeń, jednocześnie nie porzucając tych starszych, które wsparcia dla nowszych wersji się nie doczekały.

 

Inne teksty z tej serii:

  1. Formaty, które nie chcą odejść – MP3