JPEG XR

JPEG XR (JPEG расширенный диапазон ) - это стандарт сжатия неподвижных изображений и формат файла для непрерывных тонов фотографических изображений, основанных на технологии, изначально разработанной и запатентованной Microsoft под названием HD Photo (ранее Windows Media Photo ) Он поддерживает как сжатие с потерями, так и сжатие без потерь и является предпочтительным форматом изображения для документов Ecma-388 Open XML Paper Specification.

Поддержка для формата доступен 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, Pale Moon 27.2. По состоянию на август 2014 года по-прежнему не было камер, снимающих фотографии в формате JPEG XR (.JXR).

Содержание

• 1 История
• 2 Описание
  • 2.1 Возможности
  • 2.2 Формат контейнера
  • 2.3 Алгоритм сжатия
• 3 Поддержка программного обеспечения
• 4 Лицензирование
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

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 находится на рассмотрении, чтобы стать стандартом JPEG, известным как JPEG XR . 16 марта 2009 г. JPEG XR получил окончательное одобрение как ITU-T Рекомендация T.832, а начиная с апреля 2009 г. он стал доступен в ITU-T в "предварительно опубликованных" "форма. 19 июня 2009 года он прошел голосование по окончательному проекту международного стандарта ISO / IEC (FDIS), в результате чего было окончательно утверждено как международный стандарт 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 тестов на соответствие (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 изображения, сжатого без потерь, для получения изображения, сжатого с потерями.

Поддержка структуры мозаики

Изображение в кодировке JPEG XR может быть сегментированным в области плитки. 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 цвета

JPEG XR поддерживает широкий спектр цветовых представлений изображения в дополнение к традиционному 8-битному на выборку YUV (формально YCbCr ) 4: 2: 0 кодировка, которая обычно используется для исходного стандарта JPEG.

Для поддержки изображений, использующих цветовое пространство RGB, JPEG XR включает внутреннее преобразование в цветовое пространство YCoCg, а также 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. К ним относятся:

• Пакеты 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 называется истинный цвет ), упакованный в 24 или 32 бита на пиксель
• 10 бит на компонент в 32-битном упакованном представлении (одна из нескольких разновидностей представления цвета с более высокой точностью, известная как глубокий цвет )
• 16 битов 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 как числа с фиксированной запятой или полные числа прецизионные числа с плавающей запятой, упакованные в 96 или 128 бит (для которых кодирование без потерь не поддерживается из-за чрезмерно высокой точности)

JPEG XR также поддерживает 16-битное на компонент (64-битное на пиксельное) целое число CMYK-цвет модель.

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

Кроме того, 16-битный и 32-битный компонент цвета с плавающей запятой кодировки поддерживаются в JPEG XR. 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).

Известный цветовой формат с плавающей запятой с общей экспонентой так как RGBE (Radiance ) также поддерживается, обеспечивая более точное хранение изображений с расширенным динамическим диапазоном (HDR).

Помимо форматов RGB и CMYK, JPEG XR также поддерживает оттенки серого и много- канальные цветовые кодировки с произвольным количеством каналов.

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

Поддержка карты прозрачности

альфа-канал может

Модификация изображения в сжатой области

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

Полное декодирование также не требуется для некоторых операций редактирования, таких как кадрирование, горизонтальное или вертикальное отражение или кардинал вращения.

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

Поддержка метаданных

Файл изображения JPEG XR может дополнительно содержат встроенный цветовой профиль ICC для достижения минусов постоянное цветовое представление на нескольких устройствах.

Форматы метаданных Exif и XMP также поддерживаются.

Формат контейнера

Один файл формат контейнера, который может использоваться для хранения данных изображения JPEG XR, как указано в Приложении A стандарта JPEG XR. Это формат типа TIFF, использующий таблицу тегов (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 ограничений формата TIFF, включая ограничение на размер файла 4 ГБ, которое, согласно спецификации HD Photo, «будет рассмотрено в будущем обновлении».

В комитете JPEG была начата новая работа по обеспечению использование кодирования 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

JPEG XR дизайн концептуально очень похож на JPEG : исходное изображение необязательно преобразовано в цветовое пространство яркость-цветность, плоскости цветности необязательно субдискретизированы, каждая плоскость разделена в блоки фиксированного размера, блоки преобразуются в частотную область, а частотные коэффициенты квантуются и кодируются энтропийным кодом. 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 RGBE изображения.
• JFIF и другие типичные методы кодирования изображений определяют линейное преобразование из RGB в YCbCr, что 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:

$V\; =\; B\; -\; R\; \{\backslash \; displaystyle\; V\; =\; BR\; \backslash ,\}$

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

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

• В то время как JPEG использует блоки 8 × 8 для преобразования частоты, JPEG XR в основном использует преобразования блоков 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 На одном этапе преобразования JPEG XR применяет свое базовое преобразование 4 × 4 двухуровневым иерархическим образом в областях макроблоков 16 × 16. Это дает преобразованию вейвлет -подобную иерархию с несколькими разрешениями и улучшает его возможности сжатия.
• DCT, частотное преобразование, используемое JPEG, немного с потерями, потому что ошибки округления. JPEG XR использует тип целочисленного преобразования с использованием схемы подъема. Требуемое преобразование, называемое Photo Core Transform (PCT), похоже на DCT 4 × 4, но является без потерь (точно обратимым). Фактически, это конкретная реализация большего семейства удобных для двоичного кода преобразований без умножителей, называемых binDCT.
• JPEG XR допускает необязательный этап предварительной фильтрации с перекрытием, называемый преобразованием перекрытия фотографий (POT), перед каждым 4 × 4 основных этапов преобразования PCT. 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 границы блока при низких скоростях передачи данных. При высоких скоростях передачи данных, когда такие артефакты обычно не являются проблемой, предварительную фильтрацию можно опустить, чтобы сократить время кодирования и декодирования. Фильтрация с перекрытием строится с использованием целочисленных операций по схеме подъема, так что она также без потерь. При надлежащем объединении 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 нет другие коэффициенты прогнозируются. 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 меньшие отдельные области прямоугольной области мозаики. Каждая область тайла может быть декодирована 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 Фиксированный зигзагообразный порядок JPEG), и форма адаптивного кодирования Хаффмана для самих коэффициентов.
• JPEG использует единый размер шага квантования для каждого компонента DC / AC для каждой цветовой плоскости для изображения. JPEG XR позволяет выбирать размеры шагов квантования постоянного тока на основе области мозаики 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 не относится к JPEG. JPEG определяет отдельный режим без потерь, в котором не используется DCT, но он не реализован в libjpeg и поэтому не поддерживается широко.

В спецификации битового потока HD Photo утверждается, что «HD Photo предлагает качество изображения, сопоставимое с JPEG-2000 с вычислительной мощностью и производительностью памяти, более сопоставимой с JPEG », что он« обеспечивает сжатое изображение с потерями лучшего качества восприятия, чем JPEG, при размере файла менее половины », и что« сжатые изображения без потерь … Обычно в 2,5 раза меньше, чем исходные несжатые данные ».

Поддержка программного обеспечения

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 Plug-in :

Следующие API и программные платформы поддерживают JPEG XR и могут использоваться в другом программном обеспечении для предоставления Поддержка JPEG XR для конечных пользователей:

Видеоигра 2011 года Rage использует сжатие JPEG XR для сжатия своих текстур.

Лицензирование

Microsoft имеет патенты на технологию JPEG XR. Представитель Microsoft заявил в интервью в январе 2007 года, что в целях поощрения внедрения и использования HD Photo спецификация предоставляется в рамках Microsoft Open Specification Promise, в котором утверждается, что Microsoft разрешает реализацию спецификации для бесплатно и не будет подавать иски по запатентованной технологии для ее реализации, как якобы заявил Джош Вайсберг, директор Microsoft Rich Media Group. По состоянию на 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 Рекомендации ITU-T T.835 и Международный стандарт ISO / IEC 29199-5. Microsoft включила эти публикации в список спецификаций, охватываемых своим Обещанием сообщества.

. В апреле 2013 года Microsoft выпустила библиотеку JPEG XR с открытым исходным кодом под лицензией BSD. Это решило любые проблемы с лицензированием, связанные с реализацией библиотеки в программных пакетах, распространяемых под популярными лицензиями с открытым исходным кодом, такими как Стандартная общественная лицензия GNU, с которой ранее выпущенный «Комплект для переноса фотоустройств HD Photo» был несовместим.

См. Также

• JPEG, формат изображения, используемый для сжатия с потерями (JPEG XR с потерями сопоставим с ним.)
• JPEG 2000, усовершенствование, предназначенное для замены JPEG на Комитет по JPEG с 2000 года
• JPEG XS, формат для изображений и видео с очень низкой задержкой, более эффективный для потоковой передачи видео высокого качества
• PNG, формат для сжатия без потерь, которым является JPEG XR без потерь сопоставимо с
• WebP, форматом со сжатием с потерями или без потерь, предложенным Google в 2010 г.
• Better Portable Graphics, предложением Фабриса Белларда в 2014 году на основе HEVC
• HEIF, формата 2015 года, основанного на MPEG-H Part 12 (ISO / IEC 23008-12) и HEVC. Реализован Apple в качестве основы для своего формата одиночного изображения.HEIC на iPhone 7.
• AV1, формат сжатия, разрабатываемый Google, Mozilla и другими в группе под названием Alliance for Open Media

Ссылки

Внешние ссылки

Ссылки на страницы публикаций по стандартизации

• Публикации ITU-T
  • 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. T.835 (01/2010) Справочное программное обеспечение JPEG XR
• Публикации ISO / IEC
  • ISO / IEC TR 29199-1: 2011 JPEG XR Архитектура системы
  • ISO / IEC 29199-2: 2010 Кодирование изображений JPEG XR Спецификация
  • ISO / IEC 29199-3: 2010 JPEG XR Motion Format
  • ISO / IEC 29199-4: 2010 Тестирование на соответствие JPEG XR
  • ISO / IEC 29199-5: 2010 Справочное программное обеспечение JPEG XR

Ссылки к информации из блога Microsoft

• Билла Кроу о цифровых изображениях и фотографии. Блоги MSDN.
• «Загрузить: HD Photo Feature Spec 1.0». Центр загрузки Microsoft. Microsoft. 16 ноября 2006 г. Архивировано с исходного (DOC ) 8 марта 2012 г. Получено 19 марта 2012 г.
• «Загрузить: Windows Imaging Component». Центр загрузки Microsoft. Microsoft. 23 ноября 2009 г. Дата обращения 19 марта 2012 г.
• «Обзор кодека JPEG XR WIC». 3 февраля 2012 г. Дата обращения 19 марта 2012 г.
• «Плагин JPEG XR Photoshop и исходный код». 11 апреля 2013 г. Получено 16 апреля 2013 г.
• «Подключаемый модуль JPEG XR v1.1 для Photoshop (Windows)». Исследования Microsoft. 7 июня 2013 г.

Ссылки на информацию от других

• Джорис Эверс (24 мая 2006 г.). «Microsoft демонстрирует конкурента JPEG». CNET. Проверено 7 апреля 2016 г.
• 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.