JPEG-формат

Статьи JPEG-формат

JPEG-формат
JPEG на сегодняшний день является наиболее употребляемым форматом сохранения изображения за счет того, что обладает наиболее максимальными параметрами сжатия. Рассмотрим, какие именно технологии приводят к этому.
Весь процесс состоит из нескольких этапов. Первый — это преобразование картинки из параметров RGB в YUV, которое основано на яркости и цветности. В дальнейшем все будет проходить именно в этом пространстве, которое и позволяет получить максимальное сжатие.
Чем принципиально YUV отличается от RGB? Тем, что оно гораздо ближе к «естественному» представлению человека о цветопередаче. Y-компонент — это яркость, которая во многом влияет на качество картинки. По сути, именно это и есть само изображение, только черно-белое, а U и V — это информация о цвете и его интенсивности, благодаря которым Y окрашивается.
После преобразования из одного пространства в другое картинка разбивается на участки размером 8х8 пикселей. С каждым из них происходит дискретное косинус-преобразование (ДКП), выполняется сбор информации о каждом из блоков — из каких цветов он состоит, частота их появления.
Человеческий глаз в первую очередь воспринимает именно яркость, то есть Y-компонент, а лишь затем собственно цвет элемента. Весь секрет этого явления в чисто физиологических особенностях строения нашего глаза — зрачок, улавливая изображение, в первую очередь фокусирует его на глазное дно, где его обрабатывают палочки-сенсоры и колбочки. Первые определяют яркость поступившего сигнала, а вторые — его цветовое наполнение. Так вот, палочек гораздо больше, чем колбочек, а к тому же они и более чувствительны. Потому-то нам так важен свет для того, чтобы видеть объект, и потому ночью мы оказываемся практически беспомощны. Также следует заметить, что человеческий глаз более чувствителен к нижней части спектра, чем к верхней. В формате JPEG эта особенность учтена.
Анализ информации о цветовых характеристиках восьмипиксельных участков позволяет уже на этом этапе опустить некоторую информацию. Цвета из верхнего спектра, которые не воспринимаются человеком, исключаются. То же самое происходит и с яркостным наполнением. Говоря проще, JPEG убирает почти половину яркости и 3/4 цветовых данных, что абсолютно не сказывается на восприятии картинки, хотя на самом деле там работают сложные схемы и градации.
В зависимости от необходимого размера сжатия может исключаться различное количество исключаемых данных. Максимальное сжатие приводит к тому, что некоторые блоки полностью удаляются, оставляя лишь серый цвет. При более высоком качестве изображения в файле остается информация об исходных параметрах каждого из блоков. То есть, JPEG не сохраняет информацию о каждой точке отдельно, а запоминает примерные данные для блока. В научной терминологии это выглядит следующим образом — JPEG использует для сохранения ряды Фурье, а при больших степенях сжатия просто отбрасывает члены ряда высшего порядка. При каждом воспроизведении картинки на мониторе компьютер заново производит синтез.
Одно существенное замечание — если рисунок сохранен в формате JPEG, то его восстановление в точечных форматах абсолютно до последнего пикселя уже невозможно. Поэтому лучше не увлекаться пересжатием изображений в JPEG.
Данные о цветовых и яркостных характеристиках записываются таким образом, что они воспроизводятся по сравнению с соседними блоками. Как результат, каждый блок записывается рядом чисел, что весьма близко к алгоритму Хоффмана, который используют архиваторы. Поэтому не старайтесь сжимать файлы JPEG еще больше, ведь они уже сжаты, в итоге вы можете получить такое явление, что архив будет больше изначального файла по размеру.
В итоге 1536 бит (или 192 байта), которые изначально описывали информацию о блоке изображения, будут заменены считанными битами, которые будут описывать его яркость и цветовые данные.