JPEG - Képfájl formátum
Mi az a JPEG fájl?
A JPEG egy olyan képformátum, amelyet veszteséges tömörítési módszerrel mentenek el. A kimeneti kép a tömörítés eredményeként kompromisszumot jelent a tárhely mérete és a képminőség között. A felhasználók beállíthatják a tömörítési szintet a kívánt minőségi szint eléréséhez, ugyanakkor csökkenthetik a tárhely méretét. A képminőséget elhanyagolható mértékben befolyásolja, ha 10:1-es tömörítést alkalmaznak a képen. Minél nagyobb a tömörítési érték, annál nagyobb a képminőség romlása.
Fájlformátum specifikációi
A JPEG képfájlformátumot a Joint Photography Experts Group szabványosította, és innen ered a JPEG név. A formátum a fényképfelvételek internetes tárolása és továbbítása volt. Szinte minden operációs rendszer rendelkezik olyan megjelenítőkkel, amelyek támogatják a JPEG képek megjelenítését, amelyeket gyakran JPG kiterjesztéssel is tárolnak. Még a webböngészők is támogatják a JPEG képek megjelenítését. Mielőtt belemennénk a JPEG fájlformátum specifikációiba, meg kell említeni a JPEG létrehozásához szükséges lépések általános folyamatát.
JPEG tömörítési lépések
Átalakítás: A színes képeket a rendszer RGB-ből fénysűrűség/chrominancia képpé alakítja (a szem a fénysűrűségre érzékeny, nem a színárnyalatra, így a színárnyalati rész sok adatot veszíthet, és így erősen tömöríthető.
Lefelé mintavétel: A lefelé irányuló mintavétel a színes komponensre, nem pedig a fénysűrűség komponensre történik. Így a kép mérete csökken, mivel az ‘y’ komponenst nem érintik meg, és nincs észrevehető képminőség romlás.
Rendezés csoportokba: Az egyes színösszetevők képpontjai 8×2 pixeles csoportokba vannak rendezve, amelyeket „adategységeknek” neveznek, ha a sorok vagy oszlopok száma nem 8 többszöröse, az alsó sor és a jobb szélső oszlopok duplikálva vannak.
Diszkrét koszinusz-transzformáció: Diszkrét koszinusz-transzformációt (DCT) alkalmazunk minden adategységre, hogy létrehozzuk a transzformált komponensek 8×8-as térképét. A DCT bizonyos információvesztéssel jár a számítógépes aritmetika korlátozott pontossága miatt. Ez azt jelenti, hogy a térkép nélkül is csökken a képminőség, de általában kicsi.
Kvantálás: Az adategységben lévő 64 transzformált komponens mindegyikét elosztják egy külön számmal, amelyet „kvantálási együtthatónak (QC)” neveznek, majd egész számra kerekítik. Itt az információ helyrehozhatatlanul elveszik, a nagy minőségellenőrzés pedig több veszteséget okoz. Általánosságban elmondható, hogy a legtöbb JPEG eszköz lehetővé teszi a JPEG szabvány által javasolt minőségellenőrzési táblázatok használatát.
Kódolás: Az egyes adategységek 64 kvantált transzformált együtthatója (amelyek most egész számok) az RLE és a Huffman kódolás kombinációjával vannak kódolva.
Fejléc hozzáadása: Az utolsó lépés hozzáadja a fejlécet és az összes használt JPEG-paramétert, és kiadja az eredményt.
A JPEG dekóder a lépéseket fordított sorrendben használja az eredeti kép létrehozásához a tömörített képből.
Fájlszerkezet
A JPEG kép szegmensek sorozataként jelenik meg, ahol minden szegmens egy markerrel kezdődik. Minden marker 0xFF bájttal kezdődik, majd ezt követi a marker flag, amely a marker típusát jelzi. A marker által követett hasznos teher markertípusonként eltérő. A leggyakoribb JPEG markertípusok az alábbiak:
| Rövid név | Bájtok | Payload | Név | Megjegyzések |
|---|---|---|---|---|
| SOI | 0xFF, 0xD8 | nincs | Kép eleje | |
| S0F0 | 0xFF, 0xC0 | változó méretű | Keret eleje | |
| S0F2 | 0xFF, 0xC2 | változó méretű | Kere indítása | |
| DHT | 0xFF, 0xC4 | változó méret | Huffman-táblázatok meghatározása | |
| DQT | 0xFF, 0xDB | változó méret | Kvantálási táblázat(ok) meghatározása | |
| DRI | 0xFF, 0xDD | 4 bájt | Újraindítási intervallum meghatározása | |
| SOS | 0xFF, 0xDA | változó méretű | Szkennelés kezdete | |
| RSTn | 0xFF, 0xD//n//(/hu//n//#0..7) | nincs | Újraindítás | |
| APPn | 0xFF, 0xE//n// | változó méret | Alkalmazásfüggő | |
| COM | 0xFF, 0xFE | változó méretű | Megjegyzés | |
| EOI | 0xFF, 0xD9 | nincs | Kép vége |
Az entrópiakódolt adatokon belül minden 0xFF bájt után a kódoló egy 0x00 bájtot szúr be a következő bájt elé, így nem jelenik meg jelölő ott, ahol egyiket sem szánják, megelőzve ezzel a keretezési hibákat. A dekódolóknak ki kell hagyniuk ezt a 0x00 bájtot. Ezt a byte-töltés technikát (lásd a JPEG specifikáció F.1.2.3. szakaszát) csak az entrópiakódolt adatokra alkalmazzák, a hasznos adatok jelölőire nem. . Megjegyzendő azonban, hogy az entrópiakódolt adatoknak van néhány saját markere; konkrétan a Reset markerek (0xD0 – 0xD7), amelyek az entrópiakódolt adatok független darabjainak elkülönítésére szolgálnak, hogy lehetővé tegyék a párhuzamos dekódolást, és a kódolók szabadon beilleszthetik ezeket az alaphelyzetbe állítási jelzőket rendszeres időközönként (bár nem minden kódoló teszi ezt).