Schemat metody kompresji JPG

 

Metoda JPG służy do kompresji barwnych obrazów fotograficznych. Można przy jej pomocy kompresować także obrazy czarno-białe, jednak efektywność (tj. proporcja wielkości w KB obrazu oryginalnego do skompresowanego) jest wówczas znacznie gorsza, np. 25-krotna dla kolorowych i odpowiednio 10-krotna dla czarno-białych.

Jest to metoda zniekształcająca częściowo kompresowany obraz ("z ubytkiem jakości"), jednak te zniekształcenia ujawniają się na ogół dopiero przy b. wysokim stopniu kompresji (lub przy kompresji wielokrotnej).

Stopień kompresji

Wpływ na jakość
3 x niezauważalny
10-20 x dostrzegalny w szczegółach
100 x wyraźny

Kompresja obrazów "niefotograficznych" - diagramów, liternictwa itp. wypada źle. Deformacje obrazu wprowadzane przez metodę JPG są szczególnie łatwo dostrzegalne np. w pobliżu prostych krawędzi oddzielających obszary płaskiego koloru. 

 

 

Najważniejszą cechą metody JPG jest wykorzystanie fizjologicznych własności ludzkiego oka, mianowicie różnicy we wrażliwości oka na zmiany jasności (duża) i zmiany koloru (słaba).

Zamiast reprezentacji kolorów w skali RGB, posługujemy się reprezentacją HSB, Hue-Saturation-Brightness:

 

Przykład: Wrażliwość oka na podobne, procentowe zmiany H, S i B

 

 

 

Schemat metody JPG

  1. Zamiana obrazu na reprezentację HSB.
  2. Uśrednianie w składowych H i S (B bez zmian):

     

  3. Podział obrazu na bloki 8x8 pikselków w każdej ze składowych H, S, B oddzielnie i obliczenie dla każdego z nich transformaty trygonometrycznej; odrzucenie wyższych częstotliwości.
  4. "Kwantowanie" amplitud:

     

    Współczynniki kwantowania są to liczby poziomów na jakie dzielimy amplitudy z danego zakresu częstotliwości. Im większy współczynnik kwantowania tym większa dokładność z jaką kodowana jest amplituda (czyli mniejsze straty jakości). Z reguły niskim częstotliwościom odpowiadają większe wartości współczynników kwantowania, zaś wysokim - mniejsze. Ponadto używa się różnych współczynników dla kanałów H i S oraz dla B   (przykład).
  5. Strategie dobierania współczynników kwantyzacji są na ogół utajnione przez firmy. Od ich doboru istotnie zależy jakość obrazów. Standardowe ustawienia nie są dobre w "skrajnych" warunkach: gdy wymagany jest b. duży stopień kompresji lub szczególnie wysoka jakość. 
  6. Zbiór skwantowanych transformat i dane o współczynnikach kwantyzacji (potrzebne do odtworzenia obrazu - obliczenia transformat odwrotnych w procesie dekompresji) zapamiętuje się kompresując je dodatkowo metodą Huffmana. 
  7. Ciekawa modyfikacja metody JPG to tzw. metoda progresywna. Skompresowane dane są w niej zapisane w taki sposób, że możliwe jest częściowe odtworzenie obrazu na podstawie tylko początkowego fragmentu danych - najpierw niskie częstotliwości, a następnie  wyższe podlegają stopniowo dekompresji. Zastosowanie: przy transmisji dużego pliku JPG przez Internet użytkownik ma możliwość wstępnego podglądu przesyłanego obrazu zanim transmisja dobiegnie końca.
     
    Obrazek kodowany progresywnie