JPEG XR - JPEG XR

JPEG XR

Расширение имени файла
Тип интернет-СМИ
Разработано	Microsoft , ITU-T , ISO / IEC
Первый выпуск	14 апреля 2009 г . ; 12 лет назад ( 2009-04-14 )
Последний релиз	01/2012 (ITU-T); Издание 2012 г. (ISO / IEC) (январь 2012 г . ; 9 лет назад ) ( 2012-01 )
Тип формата	Формат графического файла
Содержится	TIFF
Стандарт	Рек. МСЭ-Т. T.832 (01/2012), ИСО / МЭК 29199-2: 2012
Открытый формат ?	да
Веб-сайт	ITU-T T.832 (01/2012) , ISO / IEC 29199-2: 2012

JPEG XR ( расширенный диапазон JPEG ) - это стандарт сжатия изображений для фотографических изображений с непрерывным тоном , основанный на спецификациях HD Photo (ранее Windows Media Photo ), которые Microsoft изначально разработала и запатентовала. Он поддерживает сжатие как с потерями, так и без потерь и является предпочтительным форматом изображений для документов Ecma-388 Open XML Paper Specification .

Поддержка формата была сделана доступной в Adobe Flash Player 11.0, Adobe AIR 3.0, Sumatra PDF 2.1, Windows Imaging Component , .NET Framework 3.0, Windows Vista , Windows 7 , Windows 8 , Internet Explorer 9 , Internet Explorer 10 , Internet Explorer 11. , Бледная луна 27.2 . По состоянию на январь 2021 года по-прежнему не было камер, снимающих фотографии в формате JPEG XR (.JXR).

История

Microsoft впервые анонсировала Windows Media Photo на WinHEC 2006, а затем переименовала ее в HD Photo в ноябре того же года. В июле 2007 года Joint Photographic Experts Group и Microsoft объявили, что HD Photo рассматривается как стандарт JPEG, известный как JPEG XR . 16 марта 2009 года JPEG XR получил окончательное одобрение как Рекомендация ITU-T T.832, а начиная с апреля 2009 года он стал доступен в ITU-T в «предварительно опубликованной» форме. 19 июня 2009 года он прошел голосование по окончательному проекту международного стандарта ISO / IEC (FDIS), в результате чего было окончательно утверждено в качестве международного стандарта ISO / IEC 29199-2 . ITU-T обновил свою публикацию исправлением, утвержденным в декабре 2009 года, а ISO / IEC выпустил новое издание с аналогичными исправлениями 30 сентября 2010 года.

В 2010 году, после завершения спецификации кодирования изображений, ITU-T и ISO / IEC также опубликовали спецификацию формата движения (ITU-T T.833 | ISO / IEC 29199-3), набор для проверки соответствия (ITU-T T .834 | ISO / IEC 29199-4) и справочное программное обеспечение (ITU-T T.835 | ISO / IEC 29199-5) для JPEG XR. В 2011 году они опубликовали технический отчет с описанием архитектуры рабочего процесса для использования изображений JPEG XR в приложениях (ITU-T T.Sup2 | ISO / IEC TR 29199-1).

Описание

Возможности

JPEG XR - это формат файла изображения, который предлагает несколько ключевых улучшений по сравнению с JPEG , в том числе:

Лучшее сжатие

Формат файла JPEG XR поддерживает более высокие степени сжатия по сравнению с JPEG для кодирования изображения с эквивалентным качеством.

Сжатие без потерь

JPEG XR также поддерживает сжатие без потерь . Этапы обработки сигнала в JPEG XR одинаковы как для кодирования без потерь, так и для кодирования с потерями. Это упрощает поддержку режима без потерь и позволяет «обрезать» некоторые биты из изображения, сжатого без потерь, для получения изображения, сжатого с потерями.

Поддержка структуры плитки

Изображение, закодированное в формате JPEG XR, может быть сегментировано на мозаичные области. Данные для каждого региона можно декодировать отдельно. Это обеспечивает быстрый доступ к частям изображения без необходимости декодировать все изображение. Когда используется тип мозаичного изображения, называемый «мягким мозаичным покрытием», структура области мозаичного изображения может быть изменена без полного декодирования изображения и без внесения дополнительных искажений.

Поддержка большей точности цветопередачи

JPEG XR поддерживает широкий спектр цветовых представлений изображения в дополнение к стандартной кодировке YUV с 8 битами на выборку (формально YCbCr ) 4: 2: 0, которая обычно используется для исходного стандарта JPEG.

Для поддержки изображений, использующих цветовое пространство RGB , JPEG XR включает внутреннее преобразование в цветовое пространство YCoCg и поддерживает различные схемы упаковки представления цвета и глубины цвета. Их можно использовать с сопутствующим альфа-каналом и без него для маскировки формы и поддержки полупрозрачности, а некоторые из них имеют гораздо более высокую точность, чем то, что обычно используется для кодирования изображений. Они включают:

• Упаковка RGB с низкой битовой глубиной в 16 бит на пиксель с использованием 5 бит для каждого канала или 5 бит для красного и синего и 6 бит для зеленого
• 8 бит на компонент (иногда называемый истинным цветом ), упакованные в 24 или 32 бит на пиксель
• 10 бит на компонент в 32-битном упакованном представлении (один из нескольких вариантов представления цвета с более высокой точностью, известный как глубокий цвет )
• 16 бит на компонент в виде целых чисел, чисел с фиксированной запятой или чисел с плавающей запятой половинной точности, упакованных в 48 или 64 бита
• 32 бита на компонент в виде чисел с фиксированной запятой или чисел с плавающей запятой полной точности, упакованных в 96 или 128 бит (для которых кодирование без потерь не поддерживается из-за чрезмерно высокой точности)

JPEG XR также поддерживает 16-битную на компонент (64-битную на пиксель) целочисленную цветовую модель CMYK .

В JPEG XR также поддерживаются 16-битные и 32-битные кодировки компонентов цвета с фиксированной точкой. В таких кодировках наиболее значимые 4 бита каждого цветового канала обрабатываются как обеспечивающие дополнительный «запас» и «пространство для пальцев» за пределами диапазона значений, который представляет собой номинальный диапазон сигнала от черного к белому.

Кроме того, в JPEG XR поддерживаются 16-битные и 32-битные кодировки цветовых компонентов с плавающей запятой. В этих случаях изображение интерпретируется как данные с плавающей запятой, хотя все этапы кодирования и декодирования JPEG XR выполняются с использованием только целочисленных операций (для упрощения обработки сжатия).

Также поддерживается цветовой формат с плавающей запятой с общей экспонентой, известный как RGBE ( Radiance ), что обеспечивает более точное хранение изображений с высоким динамическим диапазоном (HDR) .

Помимо форматов RGB и CMYK, JPEG XR также поддерживает шкалу серого и многоканальное цветовое кодирование с произвольным количеством каналов.

Представления цвета в большинстве случаев преобразуются во внутреннее представление цвета. Преобразование полностью обратимо, поэтому этот шаг преобразования цвета не вносит искажений и, таким образом, могут поддерживаться режимы кодирования без потерь.

Поддержка карты прозрачности

Альфа - канал может присутствовать , чтобы представлять прозрачность, так что альфа - смешивание возможность наложения включена.

Модификация изображения в сжатой области

В JPEG XR полное декодирование изображения не требуется для преобразования изображения из кодирования без потерь в кодирование с потерями, снижения точности кодирования с потерями или уменьшения разрешения кодированного изображения.

Полное декодирование также не требуется для определенных операций редактирования, таких как кадрирование, горизонтальное или вертикальное отражение или кардинальное вращение.

Структура мозаики для доступа к областям изображения также может быть изменена без полного декодирования и без внесения искажений.

Поддержка метаданных

Файл изображения JPEG XR может дополнительно содержать встроенный цветовой профиль ICC для достижения согласованного представления цвета на нескольких устройствах.

Также поддерживаются форматы метаданных Exif и XMP .

Формат контейнера

Один формат файлового контейнера, который можно использовать для хранения данных изображения JPEG XR, указан в Приложении A стандарта JPEG XR. Это формат, подобный TIFF , использующий таблицу тегов каталога файлов изображений (IFD). Файл JPEG XR содержит данные изображения, дополнительные данные альфа-канала, метаданные, дополнительные метаданные XMP, хранящиеся как RDF / XML , и дополнительные метаданные Exif в тегах IFD. Данные изображения представляют собой непрерывный автономный блок данных. Дополнительный альфа-канал, если он присутствует, может быть сжат как отдельная запись изображения, что позволяет декодировать данные изображения независимо от данных прозрачности в приложениях, которые не поддерживают прозрачность. (В качестве альтернативы, JPEG XR также поддерживает "чередующийся" формат альфа-канала, в котором данные альфа-канала кодируются вместе с другими данными изображения в одном сжатом кодовом потоке.)

Будучи основанным на TIFF, этот формат наследует все ограничения формата TIFF, включая ограничение на размер файла 4 ГБ, которое, согласно спецификации HD Photo, «будет рассмотрено в будущем обновлении».

В комитете по JPEG была начата новая работа, позволяющая использовать кодирование изображений JPEG XR в формате хранения файлов JPX, что позволяет использовать протокол JPIP, который позволяет интерактивный просмотр сетевых изображений. Кроме того, в марте 2010 года спецификация Motion JPEG XR была утверждена в качестве стандарта ISO для сжатия движущихся изображений (видео).

Алгоритм сжатия

Сравнение JPEG 2000, JPEG XR и JPEG.

Дизайн JPEG XR концептуально очень похож на JPEG : исходное изображение необязательно преобразуется в цветовое пространство яркости-цветности , плоскости цветности необязательно субдискретируются , каждая плоскость делится на блоки фиксированного размера, блоки преобразуются в частотную область и частотные коэффициенты квантуются и энтропийно кодируются . Основные отличия заключаются в следующем:

• JPEG поддерживает битовую глубину 8 и 12 бит; JPEG XR поддерживает битовую глубину до 32 бит. JPEG XR также поддерживает сжатие без потерь и с потерями данных изображения с плавающей запятой (путем представления значений с плавающей запятой в формате, подобном IEEE 754 , и их кодирования, как если бы они были целыми числами) и изображений RGBE .
• JFIF и другие типичные методы кодирования изображений определяют линейное преобразование из RGB в YCbCr , которое на практике дает небольшие потери из-за ошибки округления . JPEG XR определяет преобразование цветового пространства без потерь, а именно YCoCg-R , заданное (для RGB) следующим образом:

${\ Displaystyle V = BR \,}$

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

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

• В то время как JPEG использует блоки 8 × 8 для преобразования частоты, JPEG XR в основном использует блочные преобразования 4 × 4. (Преобразования 2 × 4 и 2 × 2 также определены для особых случаев, включающих субдискретизацию цветности ; параметры кодера включают YUV_444, YUV_422, YUV_420 и монохромный Y_only.)
• В то время как JPEG использует один этап преобразования, JPEG XR применяет свое базовое преобразование 4 × 4 двухуровневым иерархическим образом в областях макроблоков 16 × 16 . Это придает преобразованию вейвлет- подобную иерархию с несколькими разрешениями и улучшает его возможности сжатия.
• ДКП , преобразование частоты используется JPEG, немного с потерей данных из - за ошибок округления. JPEG XR использует тип целочисленного преобразования, использующий схему подъема . Требуемое преобразование, называемое Photo Core Transform (PCT), похоже на DCT 4 × 4, но без потерь (в точности обратимо). Фактически, это конкретная реализация большего семейства двоичных преобразований без умножителей, называемых binDCT.
• JPEG XR допускает необязательный этап предварительной фильтрации с перекрытием, называемый преобразованием с перекрытием фотографий (POT), перед каждым из его этапов PCT основного преобразования 4 × 4. Фильтр работает с блоками 4 × 4, которые смещены на 2 выборки в каждом направлении от основных блоков преобразования 4 × 4. Его цель - улучшить возможности сжатия и уменьшить артефакты границ блоков при низких скоростях передачи данных. При высоких скоростях передачи данных, когда такие артефакты обычно не являются проблемой, предварительную фильтрацию можно не выполнять, чтобы сократить время кодирования и декодирования. Фильтрация перекрытия построена с использованием целочисленных операций по схеме подъема , так что она также без потерь. При соответствующем сочетании POT и PCT в JPEG-XR образуют преобразование с перекрытием.
• В JPEG DC-коэффициенты изображения блоков DCT предсказываются путем применения DC-предсказания из левого соседнего блока преобразования, и никакие другие коэффициенты не предсказываются. В JPEG XR блоки 4 × 4 сгруппированы в макроблоки по 16 × 16 отсчетов, а 16 коэффициентов DC из блоков 4 × 4 каждого макроблока проходят через другой уровень частотного преобразования, оставляя три типа коэффициентов для энтропийного кодирования. : коэффициенты постоянного тока макроблока (называемые постоянным током), коэффициенты переменного тока уровня макроблока (называемые «lowpass») и коэффициенты переменного тока нижнего уровня (называемые переменным током). Прогнозирование значений коэффициентов в блоках преобразования применяется к коэффициентам постоянного тока, а также к дополнительной строке или столбцу коэффициентов переменного тока.
• JPEG XR поддерживает кодирование изображения путем его разложения на более мелкие отдельные области прямоугольной мозаики . Каждую область тайла можно декодировать независимо от других областей изображения. Это обеспечивает быстрый доступ к пространственным областям изображений без декодирования всего изображения.
• Фаза энтропийного кодирования JPEG XR более адаптивна и сложна, чем JPEG, включая схему прогнозирования коэффициентов постоянного и переменного тока, адаптивное переупорядочение коэффициентов (в отличие от фиксированного зигзагообразного упорядочения JPEG) и форму адаптивного кодирования Хаффмана для самих коэффициентов.
• JPEG использует единый размер шага квантования для каждого компонента постоянного и переменного тока на цветовую плоскость изображения. JPEG XR позволяет выбирать размеры шагов квантования постоянного тока на основе области мозаичного изображения и позволяет изменять размеры шагов квантования нижних частот и переменного тока от макроблока к макроблоку.
• Поскольку все фазы кодирования, кроме квантования, не имеют потерь, JPEG XR не содержит потерь, когда все коэффициенты квантования равны 1. Это неверно для JPEG. JPEG определяет отдельный режим без потерь, в котором не используется DCT, но он не реализован в libjpeg и поэтому не поддерживается широко.

Спецификация битового потока HD Photo утверждает, что «HD Photo предлагает качество изображения, сопоставимое с JPEG-2000, с вычислительной мощностью и производительностью памяти, более близкой к JPEG», что «обеспечивает сжатое с потерями изображение лучшего качества восприятия, чем JPEG, при размере менее половины файла. size ", и что" изображения, сжатые без потерь ... обычно в 2,5 раза меньше, чем исходные несжатые данные ".

Программная поддержка

Эталонная программная реализация JPEG XR была опубликована как Рекомендация ITU-T T.835 и Международный стандарт ISO / IEC 29199-5.

Следующие известные программные продукты изначально поддерживают JPEG XR:

Следующее известное программное обеспечение поддерживает JPEG XR через подключаемый модуль :

Следующие API и программные платформы поддерживают JPEG XR и могут использоваться в другом программном обеспечении для предоставления поддержки JPEG XR конечным пользователям:

В видеоигре Rage 2011 года для сжатия текстур используется сжатие JPEG XR .

Лицензирование

Microsoft имеет патенты на технологию JPEG XR. Представитель Microsoft заявил в интервью в январе 2007 года, что для поощрения принятия и использования HD Photo спецификация предоставляется в рамках обещания Microsoft Open Specification Promise , в котором утверждается, что Microsoft разрешает реализацию спецификации бесплатно и не будет подавать иски по запатентованной технологии для ее реализации, как сообщается, заявил Джош Вайсберг, директор Microsoft Rich Media Group. С 15 августа 2010 года Microsoft сделала получившийся стандарт JPEG XR доступным в рамках своего Обещания сообщества .

В июле 2010 года эталонное программное обеспечение для реализации стандарта JPEG XR было опубликовано как Рекомендация ITU-T T.835 и Международный стандарт ISO / IEC 29199-5. Microsoft включила эти публикации в список спецификаций, охватываемых его Обещанием сообщества .

В апреле 2013 года Microsoft выпустила библиотеку JPEG XR с открытым исходным кодом по лицензии BSD . Это решило любые проблемы с лицензированием, связанные с реализацией библиотеки в программных пакетах, распространяемых по популярным лицензиям с открытым исходным кодом, таким как Стандартная общественная лицензия GNU , с которой ранее выпущенный «Комплект для переноса устройств HD Photo» был несовместим.

Смотрите также

• AVIF , формат сжатия от Google, Mozilla и других участников группы под названием Alliance for Open Media.
• JPEG , формат изображения, используемый для сжатия с потерями (JPEG XR с потерями сопоставим с ним.)
• JPEG 2000 , улучшение, предназначенное для замены JPEG комитетом JPEG с 2000 года.
• JPEG XS , формат для изображений и видео с очень низкой задержкой, более эффективный для потоковой передачи видео высокого качества
• JPEG XL - это бесплатный формат файлов растровой графики, который поддерживает сжатие как с потерями, так и без потерь. Он разработан, чтобы превзойти существующие растровые форматы и, таким образом, стать их универсальной заменой.
• PNG , формат сжатия без потерь, с которым JPEG XR без потерь сопоставим
• WebP , формат со сжатием с потерями или без потерь, предложенный Google в 2010 году.
• Лучшая переносимая графика , предложение Фабриса Беллара в 2014 году на основе HEVC
• HEIF , формат 2015 года, основанный на MPEG-H Part 12 (ISO / IEC 23008-12) и HEVC . Реализован Apple в качестве основы для формата одного изображения .HEIC на iPhone 7.

использованная литература

внешние ссылки

Ссылки на страницы публикаций по стандартизации

• Публикации МСЭ-Т
  • ITU-T T.Sup2 (03/2011) Архитектура системы JPEG XR
  • Рек. МСЭ-Т. T.832 (03/2009, обновлено 12/2009) Спецификация кодирования изображений JPEG XR
  • Рек. МСЭ-Т. T.833 (09/2010) Формат движения JPEG XR
  • Рек. МСЭ-Т. T.834 (01/2010) Тестирование на соответствие JPEG XR
  • Рек. МСЭ-Т. T.835 (01/2010) Справочное программное обеспечение JPEG XR
• Публикации ISO / IEC
  • ISO / IEC TR 29199-1: 2011 JPEG XR Системная архитектура
  • ISO / IEC 29199-2: 2010 Спецификация кодирования изображений JPEG XR
  • ISO / IEC 29199-3: 2010 Формат движения JPEG XR
  • ISO / IEC 29199-4: 2010 Тестирование на соответствие JPEG XR
  • ISO / IEC 29199-5: 2010 Эталонное программное обеспечение JPEG XR

Ссылки на информацию от Microsoft

• Блог Билла Кроу о цифровых изображениях и фотографии . Блоги MSDN .
• «Загрузить: спецификация HD Photo Feature 1.0» . Центр загрузки Майкрософт . Microsoft. 16 ноября 2006 года Архивировано из оригинального ( DOC ) 8 марта 2012 года . Проверено 19 марта 2012 года .
• «Загрузить: компонент Windows Imaging» . Центр загрузки Майкрософт . Microsoft. 23 ноября 2009 . Проверено 19 марта 2012 года .
• «Обзор кодека JPEG XR WIC» . 3 февраля 2012 . Проверено 19 марта 2012 года .
• «Плагин JPEG XR Photoshop и исходный код» . 11 апреля 2013 . Проверено 16 апреля 2013 года .
• «Плагин JPEG XR v1.1 для Photoshop (Windows)» . Microsoft Research . 7 июня 2013 г.

Ссылки на информацию от других

• Джорис Эверс (24 мая 2006 г.). «Microsoft демонстрирует конкурента JPEG» . CNET . Проверено 7 апреля 2016 года .
• Подкаст на этой неделе в СМИ о HD Photo с участием менеджера программы Microsoft HD Photo Билла Кроу.
• Сравнение WMP - JPEG 2000 , Лаборатория графики и медиа МГУ, август 2006 г.