Lihat metadata EXIF untuk gambar JPEG apa saja

JPEG, yang merupakan kepanjangan dari Joint Photographic Experts Group, adalah metode kompresi lossy yang umum digunakan untuk gambar digital, terutama untuk gambar yang dihasilkan oleh fotografi digital. Tingkat kompresi dapat disesuaikan, memungkinkan penyesuaian antara ukuran penyimpanan dan kualitas gambar. JPEG biasanya mencapai kompresi 10:1 dengan kehilangan kualitas gambar yang tidak terlihat secara nyata.

Algoritma kompresi JPEG berada di inti standar JPEG. Proses dimulai dengan gambar digital dikonversi dari ruang warna RGB khasnya menjadi ruang warna yang berbeda, yaitu YCbCr. Ruang warna YCbCr memisahkan gambar menjadi luminance (Y), yang mewakili tingkat kecerahan, dan chrominance (Cb dan Cr), yang mewakili informasi warna. Pemisahan ini menguntungkan karena mata manusia lebih sensitif terhadap variasi kecerahan daripada warna, memungkinkan kompresi untuk memanfaatkan hal ini dengan memperkecil informasi warna lebih dari luminance.

Setelah gambar berada dalam ruang warna YCbCr, langkah selanjutnya dalam proses kompresi JPEG adalah memperkecil (downsample) saluran chrominance. Downsampling mengurangi resolusi informasi chrominance, yang biasanya tidak mempengaruhi kualitas gambar yang dirasakan secara signifikan, karena mata manusia kurang sensitif terhadap detail warna. Langkah ini opsional dan dapat disesuaikan tergantung pada keseimbangan yang diinginkan antara kualitas gambar dan ukuran file.

Setelah downsampling, gambar dibagi menjadi blok-blok, biasanya berukuran 8x8 piksel. Setiap blok kemudian diproses secara terpisah. Langkah pertama dalam memproses setiap blok adalah menerapkan Discrete Cosine Transform (DCT). DCT adalah operasi matematika yang mengubah data domain spasial (nilai-nilai piksel) menjadi domain frekuensi. Hasilnya adalah matriks koefisien frekuensi yang mewakili data blok gambar dalam hal komponen frekuensi spasialnya.

Koefisien frekuensi yang dihasilkan dari DCT kemudian dikuantisasi. Kuantisasi adalah proses pemetaan set input yang besar menjadi set yang lebih kecil - dalam kasus JPEG, ini berarti mengurangi presisi koefisien frekuensi. Di sinilah bagian lossy dari kompresi terjadi, karena sebagian informasi gambar dibuang. Langkah kuantisasi dikendalikan oleh tabel kuantisasi, yang menentukan seberapa banyak kompresi yang diterapkan pada setiap komponen frekuensi. Tabel kuantisasi dapat disesuaikan untuk mementingkan kualitas gambar yang lebih tinggi (kompresi yang lebih rendah) atau ukuran file yang lebih kecil (kompresi yang lebih tinggi).

Setelah kuantisasi, koefisien disusun dalam urutan zig-zag, mulai dari sudut kiri atas dan mengikuti pola yang memprioritaskan komponen frekuensi yang lebih rendah daripada yang lebih tinggi. Hal ini karena komponen frekuensi yang lebih rendah (yang mewakili bagian gambar yang lebih seragam) lebih penting untuk penampilan keseluruhan daripada komponen frekuensi yang lebih tinggi (yang mewakili detail dan tepi yang lebih halus).

Langkah selanjutnya dalam proses kompresi JPEG adalah pengkodean entropi, yang merupakan metode kompresi lossless. Bentuk pengkodean entropi yang paling umum digunakan dalam JPEG adalah pengkodean Huffman, meskipun pengkodean aritmatika juga merupakan opsi. Pengkodean Huffman bekerja dengan menetapkan kode yang lebih pendek untuk kejadian yang lebih sering dan kode yang lebih panjang untuk kejadian yang jarang. Karena pengurutan zig-zag cenderung mengelompokkan koefisien frekuensi yang mirip bersama-sama, hal ini meningkatkan efisiensi pengkodean Huffman.

Setelah pengkodean entropi selesai, data yang terkompresi disimpan dalam format file yang sesuai dengan standar JPEG. Format file ini mencakup header yang berisi informasi tentang gambar, seperti dimensinya dan tabel kuantisasi yang digunakan, diikuti oleh data gambar yang dikodekan Huffman. Format file juga mendukung penyertaan metadata, seperti data EXIF, yang dapat berisi informasi tentang pengaturan kamera yang digunakan untuk mengambil foto, tanggal dan waktu diambil, serta detail lainnya yang relevan.

Saat gambar JPEG dibuka, proses dekompresi pada dasarnya membalik langkah-langkah kompresi. Data yang dikodekan Huffman didekodekan, koefisien frekuensi yang terkuantisasi di-de-kuantisasi menggunakan tabel kuantisasi yang sama yang digunakan selama kompresi, dan Transformasi Cosinus Diskret Terbalik (IDCT) diterapkan pada setiap blok untuk mengonversi data domain frekuensi kembali menjadi nilai-nilai piksel domain spasial.

Proses de-kuantisasi dan IDCT memperkenalkan beberapa kesalahan karena sifat lossy dari kompresi, yang menyebabkan JPEG tidak ideal untuk gambar yang akan mengalami banyak editan dan penyimpanan ulang. Setiap kali gambar JPEG disimpan, ia melalui proses kompresi lagi, dan informasi gambar tambahan akan hilang. Hal ini dapat menyebabkan penurunan kualitas gambar yang terlihat dari waktu ke waktu, yang dikenal sebagai 'generasi kerugian'.

Meskipun sifat lossy dari kompresi JPEG, format ini tetap populer karena fleksibilitas dan efisiensinya. Gambar JPEG dapat sangat kecil dalam ukuran file, yang membuatnya ideal untuk digunakan di web, di mana bandwidth dan waktu pemuatan menjadi pertimbangan penting. Selain itu, standar JPEG mencakup mode progresif, yang memungkinkan gambar dikodekan sedemikian rupa sehingga dapat didekodekan dalam beberapa lintasan, di mana setiap lintasan meningkatkan resolusi gambar. Hal ini terutama berguna untuk gambar web, karena memungkinkan versi berkualitas rendah dari gambar untuk ditampilkan dengan cepat, dengan kualitas yang meningkat saat lebih banyak data yang diunduh.

JPEG juga memiliki beberapa keterbatasan dan tidak selalu menjadi pilihan terbaik untuk semua jenis gambar. Misalnya, tidak cocok untuk gambar dengan tepi tajam atau teks kontras tinggi, karena kompresi dapat menciptakan artefak yang terlihat jelas di sekitar area-area ini. Selain itu, JPEG tidak mendukung transparansi, yang merupakan fitur yang disediakan oleh format lain seperti PNG dan GIF.

Untuk mengatasi beberapa keterbatasan dari standar JPEG asli, format baru telah dikembangkan, seperti JPEG 2000 dan JPEG XR. Format-format ini menawarkan efisiensi kompresi yang lebih baik, dukungan untuk kedalaman bit yang lebih tinggi, dan fitur tambahan seperti transparansi dan kompresi lossless. Namun, mereka belum mencapai tingkat adopsi yang sama luasnya seperti format JPEG asli.

Sebagai kesimpulan, format gambar JPEG adalah keseimbangan kompleks antara matematika, psikologi penglihatan manusia, dan ilmu komputer. Penggunaannya yang tersebar luas merupakan bukti dari keefektifannya dalam mengurangi ukuran file sambil mempertahankan tingkat kualitas gambar yang dapat diterima untuk sebagian besar aplikasi. Memahami aspek teknis JPEG dapat membantu pengguna membuat keputusan yang tepat tentang kapan menggunakan format ini dan bagaimana mengoptimalkan gambar mereka untuk keseimbangan kualitas dan ukuran file yang paling sesuai dengan kebutuhan mereka.