JPEG
e l'acronimo di
J
oint
P
hotographic
E
xperts
G
roup, un comitato di esperti
ISO
/
CCITT
che ha definito il primo
standard
internazionale di
compressione
dell'
immagine digitale
a tono continuo, sia a
livelli di grigio
sia a
colori
.
La stessa combinazione di caratteri indica anche il diffusissimo algoritmo di
compressione a perdita di informazioni
, che e disponibile in
formato aperto
e a implementazione libera. Si noti tuttavia che parlare di "
file
in formato jpg" e concettualmente errato, in quanto non esiste un "formato di file jpg": il file
contenitore
puo essere di vario tipo (exif, jfif, tiff), ed e solo l'immagine
contenuta
ad essere effettivamente in formato jpg. Si tratta dello stesso ordine di concetti relativo ad esempio ai file video
avi
o
mkv
, che possono contenere file compressi con una moltitudine di algoritmi estremamente vari.
JPEG e divenuto il piu diffuso standard di compressione delle immagini
fotografiche
.
La specifica JPEG originale pubblicata nel 1992 implementa i processi di vari precedenti documenti di ricerca e brevetti citati dal
CCITT
(ora ITU-T) e dal Joint
Photographic Experts Group
.
[1]
La base principale per l'algoritmo di compressione con perdita di dati di JPEG e la trasformata discreta di coseno (DCT), proposta per la prima volta da Nasir Ahmed come tecnica di compressione delle immagini nel 1972. Ahmed ha sviluppato un algoritmo DCT pratico con T. Natarajan della Kansas State University e KR Rao della University of
Texas
nel 1973.
[1]
Il loro documento fondamentale del 1974 e citato nelle specifiche JPEG, insieme a diversi articoli di ricerca successivi che hanno ulteriormente lavorato su DCT, tra cui un articolo del 1977 di Wen-Hsiung Chen, CH Smith e SC Fralick che descriveva un veloce algoritmo DCT, nonche un articolo del 1978 di NJ Narasinha e SC Fralick, e un articolo del 1984 di BG Lee. La specifica cita anche un articolo del 1984 di Wen-Hsiung Chen e WK Pratt come influenza sul suo algoritmo di
quantizzazione
, e l'articolo del 1952 di David A. Huffman per il suo algoritmo di codifica Huffman.
La specifica JPEG cita brevetti di diverse aziende. I seguenti brevetti hanno fornito le basi per il suo algoritmo di
codifica aritmetica
.
- IBM
- Brevetto USA 4.652.856
- 4 febbraio 1986 - Kottappuram MA Mohiuddin e Jorma J. Rissanen - Codice aritmetico multi-alfabeto senza moltiplicazione
- Brevetto USA 4.905.297
- 27 febbraio 1990 - G. Langdon, JL Mitchell, WB Pennebaker e Jorma J. Rissanen - Sistema di codifica e decodifica aritmetica
- Brevetto USA 4.935.882
- 19 giugno 1990 - WB Pennebaker e JL Mitchell - Adattamento della probabilita per programmatori aritmetici
- Mitsubishi Electric
- JP H02202267
(
1021672
) - 21 gennaio 1989 - Toshihiro Kimura, Shigenori Kino, Fumitaka Ono, Masayuki Yoshida - Sistema di codifica
- JP H03247123
(
2-46275
) - 26 febbraio 1990 - Fumitaka Ono, Tomohiro Kimura, Masayuki Yoshida e Shigenori Kino - Apparecchi di codifica e metodo di codifica
La specifica JPEG cita anche altri tre brevetti di IBM. Altre societa citate come titolari di brevetti includono
AT&T
(due brevetti) e Canon Inc. Assente dall'elenco e il brevetto USA 4.698.672, depositato da Wen-Hsiung Chen e Daniel J. Klenke di Compression Labs nell'ottobre 1986. Il brevetto descrive un Algoritmo di compressione delle immagini basato su DCT, che sarebbe poi causa di polemiche nel 2002 (vedi
polemiche sui brevetti di
seguito)
[2]
. Tuttavia, la specifica JPEG citava due precedenti lavori di ricerca di Wen-Hsiung Chen, pubblicati nel 1977 e nel 1984.
[1]
JPEG specifica solamente come una immagine possa essere trasformata in una sequenza di
byte
, ma non come questa possa essere incapsulata in un formato di file. I due aspetti sono spesso confusi ed il termine "jpeg" viene utilizzato come sinonimo di "file contenente un'immagine compressa con jpeg".
Lo standard JPEG definisce due metodi di compressione di base, uno basato sull'uso della
trasformata discreta del coseno
(DCT-
Discrete Cosine Transformi
) con "
compressione di tipo lossy
" cioe con perdita di
informazione
, l'altro sull'uso di un metodo predittivo con compressione di tipo "
lossless
" cioe senza perdita di informazione
[3]
.
Il video supplementare mostra l'effetto dell'aumento continuo della compressione JPEG da Q = 100 a Q = 1 e quindi della riduzione della compressione JPEG fino a Q = 100 per una TAC addominale. La gamma continua di valori Q mostrati nel video e simile a cio che i soggetti hanno visto nell'esperimento psicometrico 1 (vedi Risultati), ma nell'esperimento reale, lo spettatore e stato in grado di controllare attivamente il processo di scorrimento attraverso la pila di immagini. Cioe una Compressione JPEG variata in modo continuo (tra Q = 100 e Q = 1) per una
TAC addominale
L'
algoritmo
base del JPEG di tipo "lossy" viene detto "baseline"; inoltre sono state definite delle estensioni opzionali del metodo "lossy" per la compressione di tipo gerarchico e progressivo.
Le estensioni di file piu comuni per i file che utilizzano la compressione JPEG sono
.jpg
e
.jpeg
, tuttavia
.jpe
,
.jfif
e
.jif
sono anche utilizzate. E anche possibile che i dati JPEG vengano incorporati in altri tipi di file: i file codificati TIFF spesso incorporano un'immagine JPEG come anteprima dell'immagine principale o contengono direttamente immagini compresse con JPEG; i file MP3 possono contenere un file JPEG di copertina nel tag ID3v2.
Essenzialmente il JPEG opera in 4 passi fondamentali per trasformare un'
immagine bitmap
in una JPEG e viceversa.
Tali passi sono:
L'immagine, vista come matrice di dimensioni NxN generiche, viene suddivisa in blocchetti di 8x8 pixel (se i blocchi di dati fossero di dimensioni piu grandi, l'elaborazione risulterebbe troppo pesante e lenta; se piu piccoli, non conterrebbero sufficiente informazione). Per ogni blocchetto si hanno le seguenti elaborazioni in sequenza:
- Rappresentazione in
ambito frequenziale
tramite DCT (
trasformata discreta del coseno
) se opera in
modalita lossy
, uso dei predittori in
modalita lossless
.
- Quantizzazione
effettuata tramite opportune matrici, che, di solito, danno maggior peso ai coefficienti di ordine piu basso (che rappresentano le basse frequenze spaziali), in quanto, per le proprieta della DCT, sono piu importanti ai fini della sintesi dell'immagine, in quanto il sistema visivo umano percepisce meglio le basse frequenze spaziali rispetto alle alte frequenze.
- Codifica entropica
ed eliminazione delle ridondanze di tipo statistico tramite
codifica RLE
e
codici di Huffman
; la componente continua della DCT, invece, e codificata in
DPCM
(
Differential pulse-code modulation
).
Il
fattore di compressione
che si puo raggiungere e determinato essenzialmente da un parametro di scalature per le matrici di quantizzazione. Tanto piu piccolo e questo parametro, tanto peggiore e la qualita. Si puo ottenere un fattore di compressione 15:1 senza alterare visibilmente la qualita dell'immagine.
Esempio di immagine compressa con l'algoritmo standard a diverse qualita:
 JPEG qualita 10% - 3,2 KB
|
 JPEG qualita 50% - 6,7 KB
|
 JPEG qualita 90% - 30,2 KB
|
 JPEG qualita 100% - 87,7 KB
|
Immagine compressa in jpeg, in cui e possibile vedere la graduale variazione di qualita grafica con l'aumento della compressione (da sinistra a destra)
Come si puo notare, il miglior rapporto qualita/dimensione si ha con valore intorno al 90%. E inoltre immediatamente osservabile come, all'aumentare del livello di compressione, compaiano
artefatti
sempre piu evidenti dal punto di vista visivo. Tra questi, il piu tipico per il formato JPEG (come per tutti i formati che si basano sulla DCT) e la quadrettatura, o "blocking"; oltre ad esso si verificano fenomeni di "ringing" (
fenomeno di Gibbs
) e "blurring", o "blur" (sfocatura).
JPEG e l'algoritmo piu diffuso per la memorizzazione di fotografie. E inoltre molto comune su
World Wide Web
.
Non e invece adatto per disegni geometrici, immagini al tratto e a colori uniformi, testo o icone, impieghi per i quali sono di impiego piu comune i formati
Portable Network Graphics
(PNG) e
Graphics Interchange Format
(GIF).
Non possiede la possibilita di generare immagini animate
Nuovi metodi lossy, in particolare quelli basati sulle DWT (Discrete
Wavelet
Transform), garantiscono migliori risultati in alcuni casi.
Il comitato JPEG ha creato un nuovo standard basato su wavelet,
JPEG 2000
, con la prospettiva di sostituire nel tempo lo standard JPEG.
- (
EN
)
Sito ufficiale
, su
jpeg.org
.
- JPEG
, su
Treccani.it ? Enciclopedie on line
,
Istituto dell'Enciclopedia Italiana
.
- JPEG
, in
Lessico del XXI secolo
,
Istituto dell'Enciclopedia Italiana
, 2012-2013.
- (
EN
)
JPEG
, su
Enciclopedia Britannica
, Encyclopædia Britannica, Inc.
- (
EN
)
JPEG
, in
Free On-line Dictionary of Computing
, Denis Howe.
Disponibile con licenza
GFDL
- (
EN
)
Formato file JFIF
(
PDF
), su
w3.org
.