¿Qué es?
Significa "Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía". JPEG es una imagen popular formato de archivo. Es
comúnmente usado por cámaras digitales para almacenar fotos.
Este formato se caracteriza principalmente por ser abierto, los derechos de autor son libres y puede ser
usado o implementado en un programa, sin necesidad de pagar por derechos de autor.
Inicios
La especificación JPEG original publicada en 1992 implementa los procesos de varios documentos de
investigación y patentes anteriores Citados por el CCITT (ahora UIT - T) y el Grupo Conjunto de expertos
fotográficos.
El formato JPEG o JPG nace como una respuesta a las limitaciones de otros formatos, es utilizado como
extensión predeterminada por las cámaras digitales debido a que permite comprimirlas sin necesidad de bajar
su calidad en la resolución y nos libera el espacio.
¿Cómo se almacena?
El formato oficial, conocido como Formato de Intercambio JPEG (JIF), es poco usado debido a la dificultad de
implementar codificadores y decodificadores que se apeguen completamente al estándar.
Otros formatos han surgido para solucionar esta situación, principalmente el Formato de Intercambio de
Archivos JPEG (JFIF) y el Formato de Archivo de Imagen Intercambiable (Exif) haciendo uso de los marcadores
de aplicación (APP0 y APP1, respectivamente), para declarar metadatos.
Las extensiones más comunes para archivos que usan compresión JPEG son .jpg (inicialmente para Windows) y
.jpeg (inicialmente Linux y MacOS). Otras extensiones son .jif, .jfif y .jpe.
Caracteristicas
- El archivo en sí de una imagen JPEG consiste de una serie de segmentos. Cada segmento comienza con un marcador, denotado por el byte inicial 0xFF, un byte que determina el tipo de segmento y otros dos bytes opcionales para la longitud de los datos insertados en el segmento.
- Soporta un tamaño máximo de 65.535 x 65.535 píxeles.
- Reduce el tamaño de una imagen en un 50-75% (debido a la compresión con pérdida) cuando se guarda.
¿Cómo surgió?
El estándar JPEG fue desarrollado por el comité del Grupo Colectivo de Expertos Fotográficos (con la misma abreviación, JPEG), que es un esfuerzo conjunto entre la Organización Internacional de Estandarización (ISO) y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC).
Versiones
- JPEG: La primera norma JPEG fue emitida en 1992 por ISO
- JPEG-LS: Es una adición de 1993 al estándar JPEG para permitir la compresión sin pérdida.
- JPEG 2000: Sistema de codificación de imágenes creado por el Grupo Mixto de Expertos Fotográficos en 2000 que fue diseñado para ser mejor que el estándar JPEG ya existente.
¿Cómo funciona la compresion del JPEG?
Su uso ha proliferado tanto porque consigue reducir el tamaño de la imagen sin compresión 10 veces, sin que notemos demasiado que la calidad se ha visto mermada, y esto se logra gracias a la aplicación en el algoritmo de compresión del conocimiento que tenemos del funcionamiento del ojo.Algoritmo
El algoritmo de compresión JPEG, es un algoritmo de compresión con pérdida, esto quiere decir que pierde información y, por tanto, calidad de imagen, pero, gracias a cómo aprovecha los defectos del ojo humano, no nos damos cuenta de la pérdida. Sus pasos son:- Se parte de una imagen donde cada píxel o punto de la imagen está formado por una intensidad de rojo, otra de verde y otra de azul
- Coge los canales de color y les quita resolución o, dicho de otra forma, les hace un submuestreo, Esto es algo así como pixelar la imagen .
- lo podemos configurar en los programas de retoque fotográfico al guardar una imagen JPG. Suele aparecer algo como "4:2:2", "4:2:0" o "4:4:4“ donde…
- Se dividen todos los canales en cuadrados de 8x8 píxeles y se les aplica por separado los siguientes pasos del algoritmo de compresión.
- Transformada: se hace algo llamado transformada discreta bidimensional del coseno y cuantificación perceptual. Visualmente lo que le hace a la imagen es suavizar las variaciones bruscas de brillo y de color
- Por último, se aplica un algoritmo de compresión sin perdida de información, llamado algoritmo de Huffman.
Serie de Fourier
La Serie de Fourier es una herramienta matemática que nos permite obtener información de una función determinada mediante una transformación (donde entenderemos por “transformación” al proceso que reduce la complejidad de una ecuación).Procesamiento
- Dada una imagen en escala de grises lo primero que realizamos es una partición de la misma en bloques de 8 × 8 pixeles.
- Para mostrar la matemática detrás del formato JPEG vamos a trabajar con el bloque de tamaño 8×8 correspondiente al bloque.
- Mostramos la matriz 8 × 8 que representa la intensidad de grises de la imagen anterior con valores entre 0 (negro) y 255 (blanco)
Un ejemplo de la matriz resultante:
Transformación
El formato de compresión estándar de imagen JPEG utiliza la transformada del coseno discreta dada por la matriz C siguiente. Igualmente esta transformación se puede por medio de una serie de Fourier.
En este caso la matriz resultante al aplicarle la transformada DT C queda:
Imagen original vs transformada
Cuantificación
El proceso de cuantificación consiste en dividir cada entrada de la matriz U por los elementos de la siguiente matriz de cuantificación Q.
Imagen cuantificada vs transformada
Codificación
El último paso en el proceso JPEG es codificar la imagen transformada y cuantificada. El estándar de compresión JPEG usa una versión avanzada del código de Huffman, siguiendo un recorrido en zig-zag en la matriz para obtener una lista con los ceros acumulados al final
La lista para esta matriz es:
