JPEG-XR

Formato de archivo de imagen comprimida

JPEG XR ^[4] ( JPEG rango extendido ^[5] ) es un estándar de compresión de imágenes para imágenes fotográficas de tono continuo , basado en las especificaciones HD Photo (anteriormente Windows Media Photo ) que Microsoft desarrolló y patentó originalmente. ^[6] Admite compresión con pérdida y sin pérdida, y es el formato de imagen preferido para los documentos de especificación de papel XML abierto Ecma-388 .

El soporte para el formato se puso a disposición en 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. ^{[7] [8] [9]} En enero de 2021, todavía no había cámaras que tomaran fotografías en el formato JPEG XR (.JXR).

Historia

Microsoft anunció por primera vez Windows Media Photo en WinHEC 2006, ^[10] y luego lo renombró como HD Photo en noviembre de ese año. En julio de 2007, el Joint Photographic Experts Group y Microsoft anunciaron que HD Photo estaba bajo consideración para convertirse en un estándar JPEG conocido como JPEG XR . ^{[11] [12]} El 16 de marzo de 2009, JPEG XR recibió la aprobación final como Recomendación ITU-T T.832 y a partir de abril de 2009, estuvo disponible en la ITU-T en forma "prepublicada". ^[1] El 19 de junio de 2009, pasó una votación del Borrador Final de Norma Internacional (FDIS) ISO/IEC, lo que resultó en la aprobación final como Norma Internacional ISO/IEC 29199-2 . ^{[13] [14]} La UIT-T actualizó su publicación con un corrigendum aprobado en diciembre de 2009, ^[1] e ISO/IEC publicó una nueva edición con correcciones similares el 30 de septiembre de 2010. ^[15]

En 2010, tras completar la especificación de codificación de imágenes, la UIT-T y la ISO/IEC también publicaron una especificación de formato de movimiento (UIT-T T.833 | ISO/IEC 29199-3), un conjunto de pruebas de conformidad (UIT-T T.834 | ISO/IEC 29199-4) y un software de referencia (UIT-T T.835 | ISO/IEC 29199-5) para JPEG XR. En 2011, publicaron un informe técnico que describe la arquitectura del flujo de trabajo para el uso de imágenes JPEG XR en aplicaciones (UIT-T T.Sup2 | ISO/IEC TR 29199-1).

Descripción

Capacidades

JPEG XR es un formato de archivo de imagen que ofrece varias mejoras clave con respecto a JPEG , entre ellas: ^[16]

Mejor compresión

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

Compresión sin pérdida

JPEG XR también admite la compresión sin pérdida . Los pasos de procesamiento de señales en JPEG XR son los mismos para la codificación con y sin pérdida. Esto hace que el modo sin pérdida sea fácil de admitir y permite el "recorte" de algunos bits de una imagen comprimida sin pérdida para producir una imagen comprimida con pérdida.

Soporte de estructura de mosaico

Una imagen codificada en formato JPEG XR se puede segmentar en regiones de mosaico . Los datos de cada región se pueden decodificar por separado. Esto permite un acceso rápido a partes de una imagen sin necesidad de decodificar la imagen completa. Cuando se utiliza un tipo de mosaico denominado "mosaico suave", la estructuración de la región de mosaico se puede cambiar sin decodificar completamente la imagen y sin introducir distorsión adicional.

Soporte para mayor precisión de color

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

Para admitir imágenes que utilizan un espacio de color RGB , JPEG XR incluye una conversión interna al espacio de color YCoCg y admite una variedad de esquemas de empaquetamiento de representación de color y profundidad de bits. Estos se pueden usar con y sin un canal alfa que los acompañe para enmascarar formas y admitir semitransparencia, y algunos de ellos tienen una precisión mucho mayor que la que se ha utilizado habitualmente para la codificación de imágenes. Entre ellos se 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 varias variedades de representación de color de mayor precisión conocida como color profundo )

• 16 bits por componente como números enteros, números de punto fijo o números de punto flotante de media precisión 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 pérdida debido a la precisión excesivamente alta)

JPEG XR también admite un modelo de color CMYK entero de 16 bits por componente (64 bits por píxel) . ^[17]

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 consideran como si proporcionaran "margen de maniobra" y "margen de desnivel" adicionales más allá del rango de valores que representa el rango nominal de la señal de negro a blanco.

Además, en JPEG XR se admiten 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 de color en escala de grises y multicanal con una cantidad arbitraria de canales.

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

Soporte de mapas de transparencia

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

Modificación de imágenes de dominio comprimido

En JPEG XR, no es necesaria la decodificación completa de la imagen para convertir una imagen de una codificación sin pérdida a una codificación con pérdida, lo que reduce la fidelidad de una codificación con pérdida o reduce la resolución de la imagen codificada.

La decodificación completa también es innecesaria para ciertas operaciones de edición, como recorte, giros horizontales o verticales o rotaciones cardinales .

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

Compatibilidad con metadatos

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

También se admiten los formatos de metadatos Exif y XMP .

Formato de contenedor

En el Anexo A del estándar JPEG XR se especifica un formato de contenedor de archivos que se puede utilizar para almacenar datos de imagen JPEG XR. Es un formato similar a TIFF que utiliza una tabla de etiquetas de directorio de archivos de imagen (IFD). Un archivo JPEG XR contiene datos de imagen, datos de canal alfa opcionales, metadatos, metadatos XMP opcionales almacenados como RDF/XML y metadatos Exif opcionales , en etiquetas IFD. Los datos de imagen son un fragmento de datos autónomo y contiguo. El canal alfa opcional, si está presente, se puede comprimir como un registro de imagen independiente, lo que permite la decodificación de 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 "intercalado" 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 actualización futura". ^[18]

En el comité JPEG se ha iniciado un nuevo trabajo 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). ^[19]

Algoritmo de compresión

Comparación entre JPEG 2000, JPEG XR y JPEG

El diseño de JPEG XR ^{[1] [20]} es conceptualmente muy similar a JPEG : la imagen de origen se convierte opcionalmente a un espacio de color luma-chroma , los planos de croma se submuestrean opcionalmente , cada plano se divide en bloques de tamaño fijo, los bloques se transforman en el dominio de frecuencia y los coeficientes de frecuencia se cuantifican y codifican por entropía . Las principales diferencias incluyen lo siguiente:

• JPEG admite profundidades de bits de 8 y 12 bits; JPEG XR admite profundidades de bits de hasta 32 bits. JPEG XR también admite la compresión con y sin pérdida de datos de imágenes de punto flotante (al representar los valores de punto flotante en un formato similar al IEEE 754 y codificarlos 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 tiene una ligera pérdida debido al error de redondeo . JPEG XR especifica una transformación de espacio de color sin pérdida, a saber, YCoCg-R , ^{[21] [22]} dada (para RGB) por: ^[23]

${\displaystyle V=B-R\,}$

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

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

• Mientras que JPEG utiliza bloques de 8 × 8 para su transformación de frecuencia, JPEG XR utiliza principalmente transformaciones de bloques de 4 × 4. (Las transformaciones 2 × 4 y 2 × 2 también se definen para casos especiales que involucran submuestreo de croma ; las opciones del codificador incluyen YUV_444, YUV_422, YUV_420 y un Y_only monocromático). ^[24]
• Mientras que JPEG utiliza una única etapa de transformación, JPEG XR aplica su transformación de núcleo 4 × 4 de manera jerárquica de dos niveles dentro de regiones de macrobloques de 16 × 16. Esto le otorga a la transformación una jerarquía de múltiples resoluciones similar a la de wavelets y mejora su capacidad de compresión.
• La DCT , la transformación de frecuencia utilizada por JPEG, tiene una ligera pérdida debido al error de redondeo. JPEG XR utiliza un tipo de transformación de enteros que emplea un esquema de elevación . ^[25] La transformación requerida, llamada Photo Core Transform (PCT), se parece a una DCT 4 × 4 pero no tiene pérdidas (es exactamente invertible). De hecho, es una realización particular de una familia más grande de transformaciones sin multiplicadores compatibles con binarios llamada binDCT. ^[26]
• JPEG XR permite un paso de prefiltrado de superposición opcional, llamado Photo Overlap Transform (POT), antes de cada una de sus etapas PCT de transformación de núcleo 4 × 4. ^[25] El filtro opera en bloques 4 × 4 que están desplazados por 2 muestras en cada dirección desde los bloques de transformación de núcleo 4 × 4. Su propósito es mejorar la capacidad de compresión y reducir los artefactos de límite de bloque a bajas tasas de bits. A altas tasas de bits, donde dichos artefactos normalmente no son un problema, el prefiltrado se puede omitir para reducir el tiempo de codificación y decodificación. El filtrado de superposición se construye utilizando operaciones de números enteros siguiendo un esquema de elevación , de modo que también es sin pérdidas. Cuando se combinan adecuadamente, el POT y el PCT en JPEG-XR forman una transformación superpuesta . ^[27]
• En JPEG, los coeficientes de CC de la imagen de los bloques DCT se predicen aplicando la predicción de CC del bloque de transformación vecino izquierdo, y no se predicen otros coeficientes. En JPEG XR, los bloques 4 × 4 se agrupan en macrobloques de 16 × 16 muestras, y los 16 coeficientes de CC de los bloques 4 × 4 de cada macrobloque pasan a través de otro nivel de transformación de frecuencia, lo que deja tres tipos de coeficientes para codificar por entropía: los coeficientes de CC del macrobloque (llamados CC), los coeficientes de CA a nivel de macrobloque (llamados "paso bajo") y los coeficientes de CA de nivel inferior (llamados CA). La predicción de los valores de los coeficientes en los bloques de transformación se aplica a los coeficientes de CC y también a una fila o columna adicional de coeficientes de CA.
• JPEG XR permite codificar una imagen descomponiéndola en regiones de mosaicos rectangulares individuales más pequeñas . Cada área de mosaico se puede decodificar independientemente de las demás áreas de la imagen. Esto permite un acceso rápido a áreas espaciales de imágenes sin decodificar la imagen completa.
• La fase de codificación de entropía de JPEG XR es más adaptativa y compleja que la de JPEG, e implica un esquema de predicción de coeficientes de CC y CA, reordenamiento de coeficientes adaptativo (en contraste con el ordenamiento en zigzag fijo de JPEG) y una forma de codificación de Huffman adaptativa para los coeficientes mismos.
• JPEG utiliza un único tamaño de paso de cuantificación por componente DC/AC por plano de color por imagen. JPEG XR permite una selección de tamaños de paso de cuantificación DC en función de la región de mosaico , y permite que los tamaños de paso de cuantificación AC y de paso bajo varíen de un macrobloque a otro.
• Dado que todas las fases de codificación, excepto la cuantificación, son sin pérdida, JPEG XR es sin pérdida cuando todos los coeficientes de cuantificación son iguales a 1. Esto no es así en el caso de JPEG. JPEG define un modo sin pérdida independiente que no utiliza la DCT, pero libjpeg no lo implementa y, por lo tanto, no es ampliamente compatible.

La especificación de 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 comparable a JPEG", que "ofrece una imagen comprimida sin pérdida de mejor calidad perceptiva que JPEG con menos de la mitad del tamaño de archivo", y que "las imágenes comprimidas sin pérdida... son típicamente 2,5 veces más pequeñas que los datos originales sin comprimir".

Soporte de software

Se ha publicado una implementación de software de referencia de JPEG XR como Recomendación UIT-T T.835 y Norma Internacional ISO/IEC 29199-5.

Los siguientes productos de software notables admiten de forma nativa JPEG XR:

Los siguientes programas notables admiten JPEG XR a través de un complemento :

Las siguientes API y marcos de software admiten JPEG XR y pueden usarse en otro software para brindar compatibilidad con JPEG XR a los usuarios finales:

El videojuego Rage de 2011 emplea compresión JPEG XR para comprimir sus texturas . ^[40]

.jxr son imágenes creadas para capturas de pantalla hdr por [ xbox gamebar , nvidia shadowplay , obs , special k].

una vez que la imagen está fuera de su contenedor .jxr original, no existe ningún software para remuxarlo nuevamente a .jxr (jxrencapp.exe de jxrlib corrompe el archivo, y las otras API en esta lista, cuando es posible exportar en .jxr, también corrompen el archivo).

Licencias

Microsoft tiene patentes sobre la tecnología JPEG XR. Un representante de Microsoft declaró en una entrevista de enero de 2007 que, para fomentar la adopción y el uso de HD Photo, la especificación está disponible bajo la Promesa de Especificación Abierta de Microsoft , que afirma que Microsoft permite la implementación de la especificación de forma gratuita y no presentará demandas sobre la tecnología patentada para su implementación, ^[41] como lo afirmó Josh Weisberg, director del Rich Media Group de Microsoft. A partir del 15 de agosto de 2010, Microsoft puso a disposición el estándar JPEG XR resultante bajo su Promesa Comunitaria . ^[42]

En julio de 2010, se publicó el software de referencia para implementar el estándar JPEG XR como Recomendación ITU-T T.835 y la Norma Internacional ISO/IEC 29199-5. Microsoft incluyó estas publicaciones en la lista de especificaciones cubiertas por su Promesa Comunitaria . ^[42]

En abril de 2013, Microsoft lanzó jxrlib, una biblioteca JPEG XR de código abierto bajo la licencia BSD . ^{[43] [44]} Esto resolvió cualquier problema de licencia con la biblioteca que se implementa en paquetes de software distribuidos bajo licencias de código abierto populares como la Licencia Pública General de GNU , con la que el "HD Photo Device Porting Kit" ^[45] lanzado anteriormente era incompatible.

Véase también

• AVIF , un formato de compresión de Google, Mozilla y otros en un grupo llamado Alliance for Open Media ^[46]
• JPEG , un formato de imagen utilizado para compresión con pérdida (JPEG XR con pérdida es comparable con él).
• JPEG 2000 , una mejora que el comité JPEG pretendía sustituir al JPEG a partir de 2000
• JPEG XS , formato para imágenes y vídeos con muy baja latencia, más eficiente para la transmisión de vídeos de alta calidad
• JPEG XL es un formato de archivo de gráficos rasterizados libre de regalías que admite compresión con y sin pérdida. Está diseñado para superar a los formatos rasterizados existentes y, por lo tanto, convertirse en su reemplazo universal.
• PNG , un formato de compresión sin pérdida, con el que JPEG XR sin pérdida es comparable
• WebP , un formato con compresión con o sin pérdida, propuesto por Google en 2010
• Better Portable Graphics , una propuesta de Fabrice Bellard en 2014 basada en HEVC
• HEIF , un formato de 2015 basado en MPEG-H Parte 12 (ISO/IEC 23008-12) y HEVC . Implementado por Apple como base para su formato de imagen única .HEIC en el iPhone 7.

Referencias

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Enlaces externos

Enlaces a páginas de publicaciones sobre normalización

• Publicaciones de la UIT-T
  • Arquitectura del sistema JPEG XR de la ITU-T T.Sup2 (03/2011)
  • ITU-T Rec. T.832 (03/2009, actualizada 12/2009) Especificación de codificación de imágenes JPEG XR
  • Rec. UIT-T T.833 (09/2010) Formato de movimiento JPEG XR
  • Pruebas de conformidad con JPEG XR Rec. UIT-T T.834 (01/2010)
  • Rec. UIT-T T.835 (01/2010) Software de referencia para JPEG XR
• Publicaciones ISO/IEC
  • ISO/IEC TR 29199-1: 2011 Arquitectura del sistema JPEG XR
  • ISO/IEC 29199-2: 2010 Especificación de codificación de imágenes JPEG XR
  • ISO/IEC 29199-3: Formato de movimiento JPEG XR 2010
  • Prueba de conformidad con la norma ISO/IEC 29199-4: 2010 JPEG XR
  • Software de referencia JPEG XR según ISO/IEC 29199-5: 2010

Enlaces a información de Microsoft

• Blog de fotografía e imágenes digitales de Bill Crow. Blogs de MSDN .
• "Descargar: HD Photo Feature Spec 1.0". Centro de descargas de Microsoft . Microsoft. 16 de noviembre de 2006. Archivado desde el original ( DOC ) el 8 de marzo de 2012 . Consultado el 19 de marzo de 2012 .
• "Descargar: Componente de creación de imágenes de Windows". Centro de descargas de Microsoft . Microsoft. 23 de noviembre de 2009. Consultado el 19 de marzo de 2012 .
• "Descripción general del códec JPEG XR WIC". 3 de febrero de 2012. Consultado el 19 de marzo de 2012 .
• "Complemento y código fuente de Photoshop para JPEG XR". 11 de abril de 2013. Consultado el 16 de abril de 2013 .
• "Complemento JPEG XR v1.1 para Photoshop (Windows)". Microsoft Research . 7 de junio de 2013.

Enlaces a información de otros

• Joris Evers (24 de mayo de 2006). "Microsoft muestra su rival en JPEG". CNET . Consultado el 7 de abril de 2016 .
• Podcast de esta semana en los medios sobre HD Photo, con la participación del gerente del programa HD Photo de Microsoft, Bill Crow.
• Comparación WMP – JPEG 2000, Laboratorio de Gráficos y Medios de la Universidad Estatal de Moscú, agosto de 2006.