Формат JPEG

История стандартного JPEG

Работа над стандартом началась в апреле 1983 года в организации ISO(posibiri.ru). В 1986 году по инициативе ISO и CCITT была создана группа экспертов под названием Joint Photographic Experts Group (англ. Combined Photographic Experts Group)(karatu.ru), которая объединила усилия различных независимых групп.

Стандарт под названием ISO / IEC IS 10918-1 | Рекомендация ITU-T T.81 была опубликована в двух частях в 1991 году(venaavstrijafoto.ru) и определяла базовый режим последовательного сжатия с потерями, основанный на дискретном косинусном преобразовании (DCT) и его различных расширениях:

Режим прогрессивного сжатия(proizvodstvo-rus.ru), также основанный на DCT, предназначен для отображения изображений во время передачи данных(suzdal-go.ru). Эффект плавного повышения резкости изображения особенно хорошо виден при использовании быстрого декомпрессора и медленной передачи данных(dar-detstva.ru). Этот режим приобрел популярность с развитием Интернета(spets-apple.ru).

Иерархический режим, позволяющий сохранить одно и то же изображение в одном файле(startss.ru) как последовательность кадров с разным разрешением. Последующие кадры кодируются как отличия от предыдущих кадров с более низким разрешением(svkredit.ru), а не как отдельные изображения, что уменьшает размер файла(turizmy.net). Этот режим не определяет, какой метод сжатия следует использовать(delphidieselsystems.com ). Иерархический режим позволяет быстро просматривать изображения без трудоемкой декомпрессии изображений с высоким разрешением(rubania.ru), что применимо, например, в цифровой фотографии.

Описанные методы сжатия с потерями позволяют получить высокое сжатие изображения, порядка 20: 1, за счет некоторой потери деталей, обычно незаметной.

Опубликованный стандарт JPEG не описывал точную реализацию алгоритмов сжатия, в результате было создано множество решений, различающихся даже такими деталями, как шкала качества изображения(kanekt.ru). Одновременно с коммерческими, частично запатентованными реализациями стали появляться решения, распространяемые по другим лицензиям( graandbloom.com ). Особо примечательной была работа группы, известной как Independent JPEG Group (IJG), кульминацией которой стал выпуск библиотек сжатия и декомпрессии JPEG в качестве бесплатного программного обеспечения по лицензии, аналогичной лицензии BSD.

Стандарт JPEG также не указывал точный формат графических файлов, были определены только основы, известные как формат обмена JPEG. В результате, самые популярное был формат JFIF (JPEG File Interchange Format), введенный C-куб Microsystems, которая является расширением стандарта и использует «JPEG» или «JPG» расширение, и поэтому часто неправильно идентифицированный со стандартом JPEG. Другой популярный формат файлов, в котором используется стандарт JPEG - это TIFF.

В 1993 году было разработано расширение стандарта JPEG для сжатия без потерь с использованием совершенно другого метода, чем существующие методы с потерями. Это расширение не поддерживается библиотеками IJG и никогда не получало более широкого распространения.

В 1995 году под названием ISO / IEC IS 10918-3 | В Рекомендации МСЭ-Т T.84 опубликована третья часть стандарта, содержащая дальнейшие усовершенствования для улучшения качества изображения с той же степенью сжатия. К ним относятся:

переменное квантование (угловое переменное квантование) включает разные уровни детализации в различных частях изображения;

выборочное уточнение позволяет продолжить прогрессивную декомпрессию или выполнить декомпрессию из кадра с более высоким разрешением только для фрагментов изображения, содержащих наибольшее количество деталей;

разделение на тайлы (тайлинг), что позволяет собирать изображение из кусочков разного размера, разрешения, степени сжатия или даже цветовой палитры.

Кроме того, стандартный формат файла под названием SPIFF ( формат файла обмена неподвижными изображениями ) был определен для замены JFIF как обратно совместимого. Бесплатные библиотеки IJG не поддерживают расширения, включенные в эту часть стандарта.

Критика отсутствия в стандарте хороших методов сжатия без потерь, которые подходили бы для записи изображения высочайшего качества или для сжатия различий между кадрами в иерархическом режиме, способствовала началу работы над следующим расширением стандарта. Комитет JPEG рассмотрел различные алгоритмы и выбрал последовательный алгоритм LOCO-I (низкая сложность, контекстно-зависимый алгоритм сжатия изображений без потерь), разработанный HP Labs в 1996 году, в качестве основы для еще одного расширения стандарта. Стандарт был опубликован в 1999 г. в документе ISO / IEC IS 14495-1 | ITU-T T.87, а метод сжатия известен как JPEG-LS. Этот метод дает сжатие 2: 1 и не очень широко используется. Стандарт также описывает (низкий) режим с потерями для метода JPEG-LS.

В то же время велась работа по модификации методов с потерями, которая должна была устранить недостатки используемого до сих пор алгоритма DCT. В качестве преемника был выбран алгоритм дискретного вейвлет-преобразования, который позволил комбинировать сжатие с потерями и без потерь и использовать ранее определенные расширения в одном методе. Определенный таким образом стандарт получил название JPEG 2000 и был объявлен в 2000 году в документе ISO / IEC 15444-1: 2000