Convertir JPEGs a JXLs

JPEG, que significa Grupo Conjunto de Expertos Fotográficos, es un método de compresión con pérdida comúnmente utilizado para imágenes digitales, particularmente para aquellas imágenes producidas por fotografía digital. El grado de compresión se puede ajustar, lo que permite una compensación seleccionable entre el tamaño de almacenamiento y la calidad de la imagen. JPEG normalmente logra una compresión de 10:1 con poca pérdida perceptible en la calidad de la imagen.

El algoritmo de compresión JPEG es el núcleo del estándar JPEG. El proceso comienza con una imagen digital que se convierte de su espacio de color RGB típico a un espacio de color diferente conocido como YCbCr. El espacio de color YCbCr separa la imagen en luminancia (Y), que representa los niveles de brillo, y crominancia (Cb y Cr), que representan la información de color. Esta separación es beneficiosa porque el ojo humano es más sensible a las variaciones de brillo que de color, lo que permite que la compresión aproveche esto al comprimir la información de color más que la luminancia.

Una vez que la imagen está en el espacio de color YCbCr, el siguiente paso en el proceso de compresión JPEG es reducir la resolución de los canales de crominancia. La reducción de resolución reduce la resolución de la información de crominancia, lo que normalmente no afecta significativamente la calidad percibida de la imagen, debido a la menor sensibilidad del ojo humano a los detalles de color. Este paso es opcional y se puede ajustar según el equilibrio deseado entre la calidad de la imagen y el tamaño del archivo.

Después de la reducción de resolución, la imagen se divide en bloques, normalmente de 8x8 píxeles de tamaño. Luego, cada bloque se procesa por separado. El primer paso en el procesamiento de cada bloque es aplicar la Transformada Discreta del Coseno (DCT). La DCT es una operación matemática que transforma los datos del dominio espacial (los valores de los píxeles) en el dominio de la frecuencia. El resultado es una matriz de coeficientes de frecuencia que representan los datos del bloque de imagen en términos de sus componentes de frecuencia espacial.

Los coeficientes de frecuencia resultantes de la DCT se cuantifican. La cuantificación es el proceso de mapear un gran conjunto de valores de entrada a un conjunto más pequeño; en el caso de JPEG, esto significa reducir la precisión de los coeficientes de frecuencia. Aquí es donde ocurre la parte con pérdida de la compresión, ya que se descarta parte de la información de la imagen. El paso de cuantificación está controlado por una tabla de cuantificación, que determina cuánta compresión se aplica a cada componente de frecuencia. Las tablas de cuantificación se pueden ajustar para favorecer una mayor calidad de imagen (menos compresión) o un tamaño de archivo más pequeño (más compresión).

Después de la cuantificación, los coeficientes se organizan en un orden en zigzag, comenzando desde la esquina superior izquierda y siguiendo un patrón que prioriza los componentes de frecuencia más baja sobre los de frecuencia más alta. Esto se debe a que los componentes de frecuencia más baja (que representan las partes más uniformes de la imagen) son más importantes para la apariencia general que los componentes de frecuencia más alta (que representan los detalles y bordes más finos).

El siguiente paso en el proceso de compresión JPEG es la codificación de entropía, que es un método de compresión sin pérdida. La forma más común de codificación de entropía utilizada en JPEG es la codificación de Huffman, aunque la codificación aritmética también es una opción. La codificación de Huffman funciona asignando códigos más cortos a ocurrencias más frecuentes y códigos más largos a ocurrencias menos frecuentes. Dado que el orden en zigzag tiende a agrupar coeficientes de frecuencia similares, aumenta la eficiencia de la codificación de Huffman.

Una vez que se completa la codificación de entropía, los datos comprimidos se almacenan en un formato de archivo que cumple con el estándar JPEG. Este formato de archivo incluye un encabezado que contiene información sobre la imagen, como sus dimensiones y las tablas de cuantificación utilizadas, seguido de los datos de imagen codificados por Huffman. El formato de archivo también admite la inclusión de metadatos, como datos EXIF, que pueden contener información sobre la configuración de la cámara utilizada para tomar la fotografía, la fecha y hora en que se tomó y otros detalles relevantes.

Cuando se abre una imagen JPEG, el proceso de descompresión esencialmente invierte los pasos de compresión. Los datos codificados por Huffman se decodifican, los coeficientes de frecuencia cuantificados se des-cuantifican utilizando las mismas tablas de cuantificación que se utilizaron durante la compresión, y la Transformada Discreta del Coseno Inversa (IDCT) se aplica a cada bloque para convertir los datos del dominio de frecuencia de nuevo en valores de píxeles del dominio espacial.

Los procesos de des-cuantificación e IDCT introducen algunos errores debido a la naturaleza con pérdida de la compresión, por lo que JPEG no es ideal para imágenes que se someterán a múltiples ediciones y re-guardados. Cada vez que se guarda una imagen JPEG, vuelve a pasar por el proceso de compresión y se pierde información adicional de la imagen. Esto puede provocar una degradación notable en la calidad de la imagen con el tiempo, un fenómeno conocido como "pérdida de generación".

A pesar de la naturaleza con pérdida de la compresión JPEG, sigue siendo un formato de imagen popular debido a su flexibilidad y eficiencia. Las imágenes JPEG pueden ser muy pequeñas en tamaño de archivo, lo que las hace ideales para su uso en la web, donde el ancho de banda y los tiempos de carga son consideraciones importantes. Además, el estándar JPEG incluye un modo progresivo, que permite codificar una imagen de tal manera que se pueda decodificar en múltiples pasadas, cada pasada mejora la resolución de la imagen. Esto es particularmente útil para imágenes web, ya que permite mostrar rápidamente una versión de baja calidad de la imagen, y la calidad mejora a medida que se descargan más datos.

JPEG también tiene algunas limitaciones y no siempre es la mejor opción para todos los tipos de imágenes. Por ejemplo, no es adecuado para imágenes con bordes afilados o texto de alto contraste, ya que la compresión puede crear artefactos notables alrededor de estas áreas. Además, JPEG no admite transparencia, que es una característica proporcionada por otros formatos como PNG y GIF.

Para abordar algunas de las limitaciones del estándar JPEG original, se han desarrollado nuevos formatos, como JPEG 2000 y JPEG XR. Estos formatos ofrecen una eficiencia de compresión mejorada, soporte para profundidades de bits más altas y características adicionales como transparencia y compresión sin pérdida. Sin embargo, aún no han alcanzado el mismo nivel de adopción generalizada que el formato JPEG original.

En conclusión, el formato de imagen JPEG es un equilibrio complejo de matemáticas, psicología visual humana e informática. Su uso generalizado es un testimonio de su eficacia para reducir el tamaño de los archivos manteniendo un nivel de calidad de imagen aceptable para la mayoría de las aplicaciones. Comprender los aspectos técnicos de JPEG puede ayudar a los usuarios a tomar decisiones informadas sobre cuándo utilizar este formato y cómo optimizar sus imágenes para el equilibrio de calidad y tamaño de archivo que mejor se adapte a sus necesidades.

El formato de imagen JPEG XL (JXL) es un estándar de codificación de imágenes de próxima generación que tiene como objetivo superar las capacidades de los formatos existentes como JPEG, PNG y GIF al proporcionar una eficiencia de compresión, calidad y características superiores. Es el resultado de un esfuerzo de colaboración del comité Joint Photographic Experts Group (JPEG), que ha sido fundamental en el desarrollo de estándares de compresión de imágenes. JPEG XL está diseñado para ser un formato de imagen universal que puede manejar una amplia gama de casos de uso, desde fotografía profesional hasta gráficos web.

Uno de los objetivos principales de JPEG XL es proporcionar una compresión de imágenes de alta calidad que pueda reducir significativamente el tamaño de los archivos sin comprometer la calidad visual. Esto se logra mediante una combinación de técnicas de compresión avanzadas y un marco de codificación moderno. El formato utiliza un enfoque modular, lo que le permite incorporar varias operaciones de procesamiento de imágenes, como conversiones de espacio de color, mapeo de tonos y cambio de tamaño receptivo, directamente en la canalización de compresión.

JPEG XL se basa en los cimientos de dos códecs de imagen anteriores: PIK de Google y FUIF (Free Universal Image Format) de Cloudinary. Estos códecs introdujeron varias innovaciones en la compresión de imágenes, que se han refinado e integrado aún más en JPEG XL. El formato está diseñado para ser libre de regalías, lo que lo convierte en una opción atractiva tanto para desarrolladores de software como para creadores de contenido que requieren una solución rentable para el almacenamiento y distribución de imágenes.

En el corazón de la eficiencia de compresión de JPEG XL está el uso de una técnica moderna de codificación de entropía llamada sistemas numéricos asimétricos (ANS). ANS es una forma de codificación aritmética que proporciona relaciones de compresión casi óptimas al codificar eficientemente la distribución estadística de los datos de la imagen. Esto permite que JPEG XL logre una mejor compresión que los métodos tradicionales como la codificación Huffman, que se utiliza en el formato JPEG original.

JPEG XL también introduce un nuevo espacio de color llamado XYB (eXtra Y, Blue-yellow), que está diseñado para alinearse mejor con la percepción visual humana. El espacio de color XYB permite una compresión más eficiente al priorizar los componentes de una imagen que son más importantes para el ojo humano. Esto da como resultado imágenes que no solo tienen tamaños de archivo más pequeños sino que también exhiben menos artefactos de compresión, particularmente en áreas con variaciones de color sutiles.

Otra característica clave de JPEG XL es su compatibilidad con imágenes de alto rango dinámico (HDR) y amplia gama de colores (WCG). A medida que evolucionan las tecnologías de visualización, existe una demanda creciente de formatos de imagen que puedan manejar el rango extendido de brillo y color que pueden producir estas nuevas pantallas. La compatibilidad nativa de JPEG XL con HDR y WCG garantiza que las imágenes se vean vibrantes y realistas en las pantallas más recientes, sin necesidad de metadatos adicionales o archivos complementarios.

JPEG XL también está diseñado teniendo en cuenta la decodificación progresiva. Esto significa que una imagen se puede mostrar con una calidad inferior mientras aún se está descargando, y la calidad puede mejorar progresivamente a medida que haya más datos disponibles. Esta función es particularmente útil para la navegación web, donde los usuarios pueden tener velocidades de Internet variables. Permite una mejor experiencia de usuario al proporcionar una vista previa de la imagen sin tener que esperar a que se descargue el archivo completo.

En términos de compatibilidad con versiones anteriores, JPEG XL ofrece una característica única llamada "recompresión JPEG". Esto permite que las imágenes JPEG existentes se recompriman en formato JPEG XL sin ninguna pérdida adicional de calidad. Las imágenes recomprimidas no solo son más pequeñas en tamaño, sino que también conservan todos los datos JPEG originales, lo que significa que se pueden convertir de nuevo al formato JPEG original si es necesario. Esto hace que JPEG XL sea una opción atractiva para archivar grandes colecciones de imágenes JPEG, ya que puede reducir significativamente los requisitos de almacenamiento al tiempo que conserva la capacidad de volver a los archivos originales.

JPEG XL también aborda la necesidad de imágenes receptivas en la web. Con su capacidad para almacenar múltiples resoluciones de una imagen dentro de un solo archivo, los desarrolladores web pueden ofrecer el tamaño de imagen más apropiado según el dispositivo del usuario y la resolución de la pantalla. Esto elimina la necesidad de archivos de imagen separados para diferentes resoluciones y simplifica el proceso de creación de diseños web receptivos.

Para fotógrafos profesionales y diseñadores gráficos, JPEG XL admite compresión sin pérdidas, lo que garantiza que se conserve cada bit de los datos de la imagen original. Esto es crucial para aplicaciones donde la integridad de la imagen es primordial, como en imágenes médicas, archivos digitales y edición de fotografías profesionales. El modo sin pérdidas de JPEG XL también es altamente eficiente y, a menudo, da como resultado tamaños de archivo más pequeños en comparación con otros formatos sin pérdidas como PNG o TIFF.

El conjunto de funciones de JPEG XL se extiende para incluir soporte para animación, similar a los formatos GIF y WebP, pero con mucha mejor compresión y calidad. Esto lo convierte en un reemplazo adecuado para los GIF en la web, proporcionando animaciones más suaves con una paleta de colores más amplia y sin las limitaciones de la restricción de 256 colores de GIF.

El formato también incluye un soporte sólido para metadatos, incluidos los perfiles EXIF, XMP e ICC, lo que garantiza que se conserve información importante sobre la imagen durante la compresión. Estos metadatos pueden incluir detalles como la configuración de la cámara, la información de derechos de autor y los datos de administración del color, que son esenciales tanto para el uso profesional como para la preservación del patrimonio digital.

La seguridad y la privacidad también se consideran en el diseño de JPEG XL. El formato no permite la inclusión de código ejecutable, lo que reduce el riesgo de vulnerabilidades de seguridad que pueden explotarse a través de imágenes. Además, JPEG XL admite la eliminación de metadatos confidenciales, lo que puede ayudar a proteger la privacidad del usuario al compartir imágenes en línea.

JPEG XL está diseñado para ser a prueba de futuro, con un formato de contenedor flexible que se puede extender para admitir nuevas funciones y tecnologías a medida que surjan. Esto asegura que el formato pueda adaptarse a los requisitos cambiantes y continuar sirviendo como un formato de imagen universal durante los próximos años.

En términos de adopción, JPEG XL todavía se encuentra en las primeras etapas, con esfuerzos continuos para integrar soporte en navegadores web, sistemas operativos y software de edición de imágenes. A medida que más plataformas adopten el formato, se espera que gane terreno como reemplazo de formatos de imagen más antiguos, ofreciendo una combinación de eficiencia, calidad y características mejoradas.

En conclusión, JPEG XL representa un avance significativo en la tecnología de compresión de imágenes. Su combinación de alta eficiencia de compresión, soporte para funciones de imagen modernas y compatibilidad con versiones anteriores lo posiciona como un fuerte candidato para convertirse en el nuevo estándar para el almacenamiento y transmisión de imágenes. A medida que el formato gana una adopción más amplia, tiene el potencial de transformar la forma en que creamos, compartimos y consumimos imágenes digitales, haciéndolas más accesibles y agradables para todos.