JPEG XR

JPEG XR es un formato de archivo de imagen que ofrece varias mejoras clave con respecto a JPEG , entre ellas: ^{[ 18 ]}

Mejor compresión

El formato de archivo JPEG XR admite índices de compresión más altos en comparación con JPEG para codificar una imagen con una calidad equivalente.

Compresión sin pérdidas

JPEG XR también admite compresión sin pérdidas . Los pasos de procesamiento de señal en JPEG XR son los mismos tanto para la codificación sin pérdidas como para la codificación con pérdidas. Esto simplifica la compatibilidad con el modo sin pérdidas y permite recortar algunos bits de una imagen comprimida sin pérdidas para producir una imagen comprimida con pérdidas.

Soporte de la estructura de baldosas

Una imagen codificada en JPEG XR se puede segmentar en regiones de mosaico . Los datos de cada región se pueden decodificar por separado. Esto permite acceder rápidamente a partes de una imagen sin necesidad de decodificarla por completo. Cuando se utiliza un tipo de teselado denominado "teselado suave", la estructura de las regiones de mosaico se puede modificar sin decodificar completamente la imagen y sin introducir distorsiones adicionales.

Compatibilidad con una mayor precisión de color.

JPEG XR admite una amplia variedad de representaciones de color de imagen, además de la codificación convencional YUV de 8 bits por muestra (anteriormente YCbCr ) 4:2:0 que se utiliza normalmente para el estándar JPEG original.

Para admitir imágenes que utilizan el espacio de color RGB , JPEG XR incluye una conversión interna al espacio de color YCoCg y admite una variedad de esquemas de empaquetado de representación de color y profundidad de bits. Estos se pueden usar con o sin un canal alfa para el enmascaramiento de formas y la compatibilidad con la semitransparencia, y algunos de ellos tienen una precisión mucho mayor que la que se ha utilizado habitualmente para la codificación de imágenes. Estos incluyen:

• Empaquetamientos de RGB de baja profundidad de bits en 16 bits por píxel, utilizando 5 bits para cada canal o 5 bits para rojo y azul y 6 bits para verde.

• 8 bits por componente (a veces llamado color verdadero ) empaquetados en 24 o 32 bits por píxel

• 10 bits por componente en una representación empaquetada de 32 bits (una de las varias variedades de representación de color de mayor precisión conocidas como color profundo ).

• 16 bits por componente como enteros, números de punto fijo o números de punto flotante de precisión media empaquetados en 48 o 64 bits.

• 32 bits por componente como números de punto fijo o números de punto flotante de precisión completa empaquetados en 96 o 128 bits (para los cuales no se admite la codificación sin pérdidas debido a la precisión excesivamente alta).

JPEG XR también admite el modelo de color CMYK entero de 16 bits por componente (64 bits por píxel) . ^{[ 19 ]}

JPEG XR también admite codificaciones de componentes de color de punto fijo de 16 y 32 bits. En dichas codificaciones, los 4 bits más significativos de cada canal de color se tratan para proporcionar un margen adicional, más allá del rango de valores que representa el rango nominal de señal de blanco a negro.

Además, JPEG XR admite codificaciones de componentes de color de punto flotante de 16 y 32 bits. En estos casos, la imagen se interpreta como datos de punto flotante, aunque los pasos de codificación y decodificación de JPEG XR se realizan utilizando únicamente operaciones con números enteros (para simplificar el proceso de compresión).

También se admite el formato de color de punto flotante de exponente compartido conocido como RGBE ( Radiance ), lo que permite un almacenamiento más fiel de imágenes de alto rango dinámico (HDR) .

Además de los formatos RGB y CMYK, JPEG XR también admite codificaciones en escala de grises y en color multicanal con un número arbitrario de canales.

En la mayoría de los casos, las representaciones de color se transforman en una representación de color interna. Esta transformación es completamente reversible, por lo que este paso no introduce distorsión y, por lo tanto, se pueden admitir modos de codificación sin pérdida.

Soporte para mapas de transparencia

Puede estar presente un canal alfa para representar la transparencia, de modo que se habilite la capacidad de superposición de mezcla alfa.

modificación de imágenes en el dominio comprimido

En JPEG XR, no es necesario decodificar completamente la imagen para convertirla de una codificación sin pérdidas a una con pérdidas, reducir la fidelidad de una codificación con pérdidas o reducir la resolución de la imagen codificada.

La decodificación completa tampoco es necesaria para ciertas operaciones de edición, como el recorte, los giros horizontales o verticales o las rotaciones cardinales .

La estructura de mosaicos para acceder a las regiones de la imagen también se puede cambiar sin decodificación completa y sin introducir distorsión.

Soporte de metadatos

Un archivo de imagen JPEG XR puede contener opcionalmente un perfil de color ICC integrado , para lograr una representación de color uniforme en múltiples dispositivos.

También se admiten los formatos de metadatos Exif y XMP .

En el Anexo A del estándar JPEG XR se especifica un formato de contenedor de archivos que puede utilizarse para almacenar datos de imagen JPEG XR. Se trata de un formato similar a TIFF que utiliza una tabla de etiquetas del Directorio de Archivos de Imagen (IFD). Un archivo JPEG XR contiene datos de imagen, datos opcionales del canal alfa, metadatos, metadatos XMP opcionales almacenados como RDF/XML y metadatos Exif opcionales , en etiquetas IFD. Los datos de imagen constituyen un bloque de datos contiguo y autónomo. El canal alfa opcional, si está presente, puede comprimirse como un registro de imagen independiente, lo que permite decodificar los datos de imagen independientemente de los datos de transparencia en aplicaciones que no admiten transparencia. (Alternativamente, JPEG XR también admite un formato de canal alfa "entrelazado" en el que los datos del canal alfa se codifican junto con los demás datos de imagen en un único flujo de código comprimido).

Al estar basado en TIFF, este formato hereda todas las limitaciones del formato TIFF, incluido el límite de tamaño de archivo de 4 GB, que según la especificación HD Photo "se abordará en una futura actualización". ^{[ 20 ]}

Se ha iniciado un nuevo trabajo en el comité JPEG para permitir el uso de la codificación de imágenes JPEG XR dentro del formato de almacenamiento de archivos JPX, lo que permite el uso del protocolo JPIP, que permite la exploración interactiva de imágenes en red. ^{[ 13 ]} Además, en marzo de 2010 se aprobó una especificación Motion JPEG XR como estándar ISO para la compresión de movimiento (video). ^{[ 21 ]}

El diseño de JPEG XR ^{[ 1 ] [ 22 ]} es conceptualmente muy similar a JPEG : la imagen de origen se convierte opcionalmente a un espacio de color de luminancia-cromía , los planos de croma se submuestrean opcionalmente , cada plano se divide en bloques de tamaño fijo, los bloques se transforman al dominio de la frecuencia y los coeficientes de frecuencia se cuantifican y codifican mediante entropía . Las principales diferencias incluyen las siguientes:

• JPEG admite profundidades de bits de 8 y 12 bits; JPEG XR admite profundidades de bits de hasta 32 bits. JPEG XR también admite compresión con y sin pérdida de datos de imagen de punto flotante (representando los valores de punto flotante en un formato similar a IEEE 754 y codificándolos como si fueran números enteros) e imágenes RGBE .
• JFIF y otras prácticas típicas de codificación de imágenes especifican una transformación lineal de RGB a YCbCr , que en la práctica es ligeramente con pérdidas debido al error de redondeo . JPEG XR especifica una transformación de espacio de color sin pérdidas, a saber, YCoCg-R , ^{[ 23 ] [ 24 ]} dada (para RGB) por: ^{[ 25 ]}

${\displaystyle V=BR\,}$

${\displaystyle U=GR-\left\lceil {\frac {V}{2}}\right\rceil }$

${\displaystyle Y=G-\left\lceil {\frac {U}{2}}\right\rceil }$

• Mientras que JPEG utiliza bloques de 8 × 8 para su transformación de frecuencia, JPEG XR utiliza principalmente transformaciones de bloques de 4 × 4. (También se definen transformaciones de 2 × 4 y 2 × 2 para casos especiales que implican submuestreo de croma ; las opciones del codificador incluyen YUV_444, YUV_422, YUV_420 y un Y_only monocromo). ^{[ 26 ]}
• Mientras que JPEG utiliza una única etapa de transformación, JPEG XR aplica su transformación central de 4 × 4 de forma jerárquica en dos niveles dentro de regiones de macrobloques de 16 × 16. Esto confiere a la transformación una jerarquía multirresolución similar a la de las ondículas y mejora su capacidad de compresión.
• La DCT , la transformación de frecuencia utilizada por JPEG, es ligeramente permisiva debido al error de redondeo. JPEG XR utiliza un tipo de transformación entera que emplea un esquema de elevación . ^{[ 27 ]} La ​​transformación requerida, denominada Photo Core Transform (PCT), se asemeja a una DCT de 4 × 4, pero es sin pérdidas (exactamente invertible). De hecho, es una realización particular de una familia más amplia de transformaciones sin multiplicadores compatibles con binarios, denominadas binDCT. ^{[ 28 ]}
• JPEG XR permite un paso de prefiltrado de superposición opcional, denominado Transformación de Superposición Fotográfica (POT), antes de cada una de sus etapas de transformación central PCT de 4 × 4. ^{[ 27 ]} El filtro opera sobre bloques de 4 × 4 que están desplazados 2 muestras en cada dirección con respecto a los bloques de transformación central de 4 × 4. Su propósito es mejorar la capacidad de compresión y reducir los artefactos de borde de bloque a bajas tasas de bits. A altas tasas de bits, donde dichos artefactos generalmente no son un problema, el prefiltrado puede omitirse para reducir el tiempo de codificación y decodificación. El filtrado de superposición se construye utilizando operaciones enteras siguiendo un esquema de elevación , por lo que también es sin pérdidas. Cuando se combinan adecuadamente, la POT y la PCT en JPEG-XR forman una transformación superpuesta . ^{[ 29 ]}
• En JPEG, los coeficientes de CC de los bloques DCT se predicen aplicando la predicción de CC del bloque de transformación del vecino izquierdo, sin predecir ningún otro coeficiente. En JPEG XR, los bloques de 4 × 4 se agrupan en macrobloques de 16 × 16 muestras, y los 16 coeficientes de CC de los bloques de 4 × 4 de cada macrobloque se procesan mediante una transformación de frecuencia adicional, lo que da como resultado tres tipos de coeficientes que se codifican mediante entropía: los coeficientes de CC del macrobloque (denominados CC), los coeficientes de CA del macrobloque (denominados "paso bajo") y los coeficientes de CA de nivel inferior (denominados CA). La predicción de los valores de los coeficientes en todos los bloques de transformación se aplica tanto a los coeficientes de CC como a una fila o columna adicional de coeficientes de CA.
• JPEG XR admite la codificación de una imagen mediante su descomposición en regiones rectangulares más pequeñas . Cada región se puede decodificar de forma independiente de las demás. Esto permite un acceso rápido a áreas específicas de la imagen sin necesidad de decodificarla por completo.
• La fase de codificación entrópica de JPEG XR es más adaptativa y compleja que la de JPEG, e implica un esquema de predicción de coeficientes de CC y CA, una reordenación adaptativa de coeficientes (a diferencia del orden fijo en zigzag de JPEG) y una forma de codificación Huffman adaptativa para los propios coeficientes.
• JPEG utiliza un único tamaño de paso de cuantificación por componente CC/CA por plano de color por imagen. JPEG XR permite seleccionar tamaños de paso de cuantificación de CC por región de mosaico , y permite que los tamaños de paso de cuantificación de paso bajo y CA varíen de un macrobloque a otro.
• Dado que todas las fases de codificación, excepto la cuantización, son sin pérdida, JPEG XR es sin pérdida cuando todos los coeficientes de cuantización son iguales a 1. Esto no ocurre con JPEG. JPEG define un modo sin pérdida independiente que no utiliza la DCT, pero no está implementado por libjpeg y, por lo tanto, no cuenta con un amplio soporte.

La especificación del flujo de bits de HD Photo afirma que "HD Photo ofrece una calidad de imagen comparable a JPEG-2000 con un rendimiento computacional y de memoria más similar al de JPEG", que "ofrece una imagen comprimida con pérdida de mejor calidad perceptiva que JPEG con menos de la mitad del tamaño del archivo" y que "las imágenes comprimidas sin pérdida... suelen ser 2,5 veces más pequeñas que los datos originales sin comprimir".