Microsoft anunció por primera vez Windows Media Photo en WinHEC 2006, [10] y luego le cambió el nombre a HD Photo en noviembre de ese año. En julio de 2007, el Joint Photographic Experts Group y Microsoft anunciaron que se estaba considerando HD Photo 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 UIT-T T.832 y, a partir de abril de 2009, estuvo disponible en el UIT-T en forma "prepublicada". [1] El 19 de junio de 2009, aprobó la votación del Borrador Final de Norma Internacional (FDIS) de ISO/IEC, lo que resultó en la aprobación final como Norma Internacional ISO/IEC 29199-2 . [13] [14] El 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, el UIT-T y la ISO/IEC también publicaron una especificación de formato de movimiento (ITU-T T.833 | ISO/IEC 29199-3), un conjunto de pruebas de conformidad (ITU-T T. .834 | ISO/IEC 29199-4) y software de referencia (ITU-T T.835 | ISO/IEC 29199-5) para JPEG XR. En 2011, publicaron un informe técnico que describe la arquitectura de flujo de trabajo para el uso de imágenes JPEG XR en aplicaciones (ITU-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 , que incluyen: [16]
Mejor compresión
El formato de archivo JPEG XR admite relaciones de compresión más altas en comparación con JPEG para codificar una imagen con una calidad equivalente.
Compresión sin perdidas
JPEG XR también admite compresión sin pérdidas . Los pasos de procesamiento de señales en JPEG XR son los mismos para la codificación sin pérdidas y con pérdidas. Esto hace que el modo sin pérdidas sea fácil de soportar y permite "recortar" algunos bits de una imagen comprimida sin pérdidas para producir una imagen comprimida con pérdidas.
Soporte de estructura de teja
Una imagen codificada JPEG XR se puede segmentar en regiones de mosaicos . 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 del mosaico se puede cambiar sin decodificar completamente la imagen y sin introducir distorsión adicional.
Soporte para una mayor precisión del color
JPEG XR admite una amplia variedad de representaciones de color de imagen además de la codificación convencional YUV (formalmente YCbCr ) 4:2:0 de 8 bits por muestra que se utiliza normalmente 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 empaquetado de representación de color y profundidad de bits. Estos se pueden utilizar con y sin un canal alfa adjunto 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. Incluyen:
Empaquetados de RGB de baja profundidad de bits en 16 bits por píxel usando 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 coma fija o números de coma flotante de media precisión empaquetados en 48 o 64 bits
32 bits por componente como números de coma fija o números de coma flotante de máxima precisión empaquetados en 96 o 128 bits (para los cuales no se admite la codificación sin pérdidas debido a la precisión excesivamente alta)
JPEG XR también admite codificaciones de componentes de color de punto fijo de 16 y 32 bits. En tales codificaciones, los 4 bits más significativos de cada canal de color se tratan como si proporcionaran "espacio superior" y "espacio de punta" adicional más allá del rango de valores que representa el rango nominal de señal de negro a blanco.
Además, JPEG XR admite 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 todos los pasos de codificación y decodificación JPEG XR se realizan utilizando únicamente operaciones con números enteros (para simplificar el procesamiento de compresión).
Además de los formatos RGB y CMYK, JPEG XR también admite codificaciones de color en escala de grises y multicanal con un número arbitrario de canales.
Las representaciones de color, en la mayoría de los casos, 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 haber un canal alfa presente para representar la transparencia, de modo que la capacidad de superposición de fusión alfa esté habilitada.
Modificación de imagen de dominio comprimido
En JPEG XR, la decodificación completa de la imagen es innecesaria para convertir una imagen de una codificación sin pérdidas a una codificación con pérdidas, reducir la fidelidad de una codificación con pérdidas o reducir la resolución de la imagen codificada.
La decodificación completa tampoco es necesaria para determinadas operaciones de edición, como recortar, invertir horizontal o verticalmente o rotar cardinales .
La estructura de mosaicos para acceder a regiones de la imagen también se puede cambiar sin decodificar completamente y sin introducir distorsión.
Soporte de metadatos
Un archivo de imagen JPEG XR puede contener opcionalmente un perfil de color ICC integrado 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 imágenes JPEG XR. Es un formato similar a TIFF que utiliza una tabla de etiquetas de directorio de archivos de imágenes (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 la imagen son un fragmento de datos contiguo e independiente. El canal alfa opcional, si está presente, se puede comprimir como un registro de imagen separado, lo que permite decodificar los datos de la imagen independientemente de los datos de transparencia en aplicaciones que no admiten transparencia. (Como alternativa, 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 la imagen en un único flujo codificado 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 futura actualización". [18]
Se ha iniciado un nuevo trabajo en el comité JPEG para permitir el uso de codificación de imágenes JPEG XR dentro del formato de almacenamiento de archivos JPX, permitiendo el uso del protocolo JPIP, que permite la navegación 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 (vídeo).
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 la frecuencia, y los coeficientes de frecuencia se cuantifican y codifican entropía . Las principales diferencias incluyen las siguientes:
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 sin pérdida y con pérdida de datos de imágenes de punto flotante (representando los valores de punto flotante en un formato similar a IEEE 754 y codificándolos 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 produce ligeras pérdidas debido al error de redondeo . JPEG XR especifica una transformación del espacio de color sin pérdidas, concretamente YCoCg-R , [21] [22] dada (para RGB) por: [23]
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 de codificador incluyen YUV_444, YUV_422, YUV_420 y un Y_only monocromo) .
Mientras que JPEG utiliza una única etapa de transformación, JPEG XR aplica su transformación central de 4 × 4 de forma jerárquica de dos niveles dentro de regiones de macrobloques de 16 × 16 . Esto le da a la transformación una jerarquía de resolución múltiple similar a una wavelet y mejora su capacidad de compresión.
La DCT , la transformación de frecuencia utilizada por JPEG, tiene ligeras pérdidas debido a un error de redondeo. JPEG XR utiliza un tipo de transformación de números enteros que emplea un esquema de elevación . [25] La transformación requerida, llamada Photo Core Transform (PCT), se asemeja a una DCT 4 × 4 pero no tiene pérdidas (exactamente invertible). De hecho, es una realización particular de una familia más grande de transformaciones sin multiplicador compatibles con binarios llamada binDCT. [26]
JPEG XR permite un paso de prefiltrado de superposición opcional, llamado Transformación de superposición de fotografías (POT), antes de cada una de sus etapas PCT de transformación central de 4 × 4. [25] El filtro opera en bloques de 4 × 4 que están compensados por 2 muestras en cada dirección de los bloques de transformación de núcleo de 4 × 4. Su propósito es mejorar la capacidad de compresión y reducir los artefactos en los límites de los bloques a velocidades de bits bajas. A velocidades de bits altas, donde estos artefactos no suelen ser un problema, se puede omitir el filtrado previo para reducir el tiempo de codificación y decodificación. El filtrado de superposición se construye utilizando operaciones con números enteros siguiendo un esquema de elevación , de modo que tampoco tenga pérdidas. Cuando se combinan adecuadamente, POT y PCT en JPEG-XR forman una transformación superpuesta . [27]
En JPEG, los coeficientes DC de la imagen de los bloques DCT se predicen aplicando la predicción DC del bloque de transformación vecino izquierdo, y no se predicen otros coeficientes. En JPEG XR, los bloques de 4 × 4 se agrupan en macrobloques de 16 × 16 muestras, y los 16 coeficientes DC de los bloques de 4 × 4 de cada macrobloque se pasan a través de otro nivel de transformación de frecuencia, dejando tres tipos de coeficientes para codificar por entropía. : los coeficientes DC de macrobloque (llamados DC), los coeficientes AC de nivel de macrobloque (llamados "paso bajo") y los coeficientes AC de nivel inferior (llamados AC). La predicción de los valores de los coeficientes a través de los bloques de transformación se aplica a los coeficientes DC y también a una fila o columna adicional de coeficientes AC.
JPEG XR admite la codificación de una imagen descomponiéndola en regiones de área de mosaico rectangulares individuales más pequeñas . Cada área del mosaico se puede decodificar independientemente de las otras 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 Huffman adaptativa para los coeficientes mismos.
JPEG utiliza un único tamaño de paso de cuantificación por componente CC/CA por plano de color por imagen. JPEG XR permite una selección de tamaños de pasos de cuantificación de CC según la región del mosaico , y permite que los tamaños de pasos de cuantificación de paso bajo y CA varíen de un macrobloque a otro.
Debido a que todas las fases de codificación, excepto la cuantificación, no tienen pérdidas, JPEG XR no tiene pérdidas cuando todos los coeficientes de cuantificación son iguales a 1. Esto no es cierto para JPEG. JPEG define un modo sin pérdidas separado que no utiliza 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 con pérdidas de mejor calidad perceptiva que JPEG en menos de la mitad del archivo". tamaño", y que "las imágenes comprimidas sin pérdidas... suelen ser 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 ITU-T T.835 y Norma Internacional ISO/IEC 29199-5.
Los siguientes productos de software destacados admiten de forma nativa JPEG XR:
El siguiente software destacado admite 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]
Una vez que la imagen sale de su contenedor .jxr original, no existe ningún software para remuxar nuevamente a .jxr (jxrencapp.exe de jxrlib corrompe el archivo, y los otros softwares en esta lista, cuando es posible exportarlos en .jxr, corrompen el archivo). también).
Licencia
Microsoft tiene patentes sobre la tecnología en 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 la presentará. demandas sobre la tecnología patentada para su implementación, [41] como habría afirmado 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 Estándar Internacional ISO/IEC 29199-5. Microsoft incluyó estas publicaciones en la lista de especificaciones cubiertas por su Community Promise . [42]
En abril de 2013, Microsoft lanzó jxrlib, una biblioteca JPEG XR de código abierto bajo licencia BSD . [43] [44] Esto resolvió cualquier problema de licencia con la biblioteca que se implementaba en paquetes de software distribuidos bajo licencias populares de código abierto como la Licencia Pública General GNU , con la cual el "Kit de portabilidad de dispositivos de fotografía HD" lanzado anteriormente [45] era incompatible. .
Ver 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 la compresión con pérdida (JPEG XR con pérdida es comparable con él).
JPEG 2000 , una mejora destinada a sustituir al JPEG por el comité JPEG a partir del año 2000
JPEG XS , formato para imagen y vídeo con muy baja latencia, más eficiente para streaming de vídeo 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 ráster existentes y así convertirse en su reemplazo universal.
PNG , un formato para compresión sin pérdidas, con el que JPEG XR sin pérdidas es comparable
WebP , un formato con compresión con pérdida o sin pérdida, propuesto por Google en 2010
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.
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enlaces externos
Enlaces a páginas de publicaciones de normalización
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Enlaces a información de Microsoft
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