Ubah JPEGs menjadi JXLs

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.

Format gambar JPEG XL (JXL) adalah standar pengodean gambar generasi berikutnya yang bertujuan untuk melampaui kemampuan format yang ada seperti JPEG, PNG, dan GIF dengan memberikan efisiensi kompresi, kualitas, dan fitur yang unggul. Ini adalah hasil dari upaya kolaboratif oleh komite Joint Photographic Experts Group (JPEG), yang telah berperan penting dalam pengembangan standar kompresi gambar. JPEG XL dirancang untuk menjadi format gambar universal yang dapat menangani berbagai kasus penggunaan, dari fotografi profesional hingga grafik web.

Salah satu tujuan utama JPEG XL adalah untuk menyediakan kompresi gambar berkualitas tinggi yang dapat secara signifikan mengurangi ukuran file tanpa mengorbankan kualitas visual. Hal ini dicapai melalui kombinasi teknik kompresi canggih dan kerangka pengodean modern. Format ini menggunakan pendekatan modular, yang memungkinkannya untuk menggabungkan berbagai operasi pemrosesan gambar seperti konversi ruang warna, pemetaan nada, dan pengubahan ukuran responsif langsung ke dalam alur kompresi.

JPEG XL dibangun di atas fondasi dua codec gambar sebelumnya: PIK Google dan FUIF (Format Gambar Universal Gratis) Cloudinary. Codec ini memperkenalkan beberapa inovasi dalam kompresi gambar, yang telah disempurnakan dan diintegrasikan lebih lanjut ke dalam JPEG XL. Format ini dirancang agar bebas royalti, menjadikannya pilihan yang menarik bagi pengembang perangkat lunak dan pembuat konten yang membutuhkan solusi hemat biaya untuk penyimpanan dan distribusi gambar.

Inti dari efisiensi kompresi JPEG XL adalah penggunaan teknik pengodean entropi modern yang disebut sistem angka asimetris (ANS). ANS adalah bentuk pengodean aritmatika yang memberikan rasio kompresi yang mendekati optimal dengan mengodekan distribusi statistik data gambar secara efisien. Hal ini memungkinkan JPEG XL mencapai kompresi yang lebih baik daripada metode tradisional seperti pengodean Huffman, yang digunakan dalam format JPEG asli.

JPEG XL juga memperkenalkan ruang warna baru yang disebut XYB (eXtra Y, Biru-kuning), yang dirancang untuk lebih selaras dengan persepsi visual manusia. Ruang warna XYB memungkinkan kompresi yang lebih efisien dengan memprioritaskan komponen gambar yang lebih penting bagi mata manusia. Hal ini menghasilkan gambar yang tidak hanya memiliki ukuran file yang lebih kecil tetapi juga menunjukkan lebih sedikit artefak kompresi, terutama di area dengan variasi warna yang halus.

Fitur utama lainnya dari JPEG XL adalah dukungannya untuk gambar rentang dinamis tinggi (HDR) dan gamut warna lebar (WCG). Seiring berkembangnya teknologi tampilan, terdapat peningkatan permintaan akan format gambar yang dapat menangani rentang kecerahan dan warna yang diperluas yang dapat dihasilkan oleh tampilan baru ini. Dukungan asli JPEG XL untuk HDR dan WCG memastikan bahwa gambar terlihat hidup dan nyata di layar terbaru, tanpa memerlukan metadata tambahan atau file sidecar.

JPEG XL juga dirancang dengan mempertimbangkan pengodean progresif. Ini berarti bahwa gambar dapat ditampilkan pada kualitas yang lebih rendah saat masih diunduh, dan kualitasnya dapat meningkat secara progresif saat lebih banyak data tersedia. Fitur ini sangat berguna untuk penjelajahan web, di mana pengguna mungkin memiliki kecepatan internet yang bervariasi. Ini memungkinkan pengalaman pengguna yang lebih baik dengan memberikan pratinjau gambar tanpa harus menunggu seluruh file diunduh.

Dalam hal kompatibilitas mundur, JPEG XL menawarkan fitur unik yang disebut 'kompresi ulang JPEG'. Hal ini memungkinkan gambar JPEG yang ada untuk dikompresi ulang ke dalam format JPEG XL tanpa kehilangan kualitas tambahan. Gambar yang dikompresi ulang tidak hanya berukuran lebih kecil tetapi juga mempertahankan semua data JPEG asli, yang berarti gambar tersebut dapat dikonversi kembali ke format JPEG asli jika diperlukan. Hal ini menjadikan JPEG XL pilihan yang menarik untuk mengarsipkan koleksi besar gambar JPEG, karena dapat secara signifikan mengurangi kebutuhan penyimpanan sekaligus mempertahankan kemampuan untuk kembali ke file asli.

JPEG XL juga menjawab kebutuhan akan gambar responsif di web. Dengan kemampuannya untuk menyimpan beberapa resolusi gambar dalam satu file, pengembang web dapat menyajikan ukuran gambar yang paling sesuai berdasarkan perangkat pengguna dan resolusi layar. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan file gambar terpisah untuk resolusi yang berbeda dan menyederhanakan proses pembuatan desain web yang responsif.

Untuk fotografer profesional dan desainer grafis, JPEG XL mendukung kompresi lossless, yang memastikan bahwa setiap bit data gambar asli dipertahankan. Hal ini sangat penting untuk aplikasi di mana integritas gambar sangat penting, seperti dalam pencitraan medis, arsip digital, dan pengeditan foto profesional. Mode lossless JPEG XL juga sangat efisien, sering kali menghasilkan ukuran file yang lebih kecil dibandingkan dengan format lossless lainnya seperti PNG atau TIFF.

Set fitur JPEG XL meluas hingga mencakup dukungan untuk animasi, mirip dengan format GIF dan WebP, tetapi dengan kompresi dan kualitas yang jauh lebih baik. Hal ini menjadikannya pengganti yang cocok untuk GIF di web, menyediakan animasi yang lebih halus dengan palet warna yang lebih luas dan tanpa batasan pembatasan 256 warna GIF.

Format ini juga mencakup dukungan yang kuat untuk metadata, termasuk profil EXIF, XMP, dan ICC, memastikan bahwa informasi penting tentang gambar dipertahankan selama kompresi. Metadata ini dapat mencakup detail seperti pengaturan kamera, informasi hak cipta, dan data manajemen warna, yang penting untuk penggunaan profesional dan pelestarian warisan digital.

Keamanan dan privasi juga dipertimbangkan dalam desain JPEG XL. Format ini tidak memungkinkan penyertaan kode yang dapat dieksekusi, yang mengurangi risiko kerentanan keamanan yang dapat dieksploitasi melalui gambar. Selain itu, JPEG XL mendukung penghapusan metadata sensitif, yang dapat membantu melindungi privasi pengguna saat berbagi gambar secara online.

JPEG XL dirancang agar tahan masa depan, dengan format wadah fleksibel yang dapat diperluas untuk mendukung fitur dan teknologi baru saat muncul. Hal ini memastikan bahwa format tersebut dapat beradaptasi dengan kebutuhan yang berubah dan terus berfungsi sebagai format gambar universal selama bertahun-tahun yang akan datang.

Dalam hal adopsi, JPEG XL masih dalam tahap awal, dengan upaya berkelanjutan untuk mengintegrasikan dukungan ke dalam browser web, sistem operasi, dan perangkat lunak pengedit gambar. Karena semakin banyak platform yang mengadopsi format ini, diharapkan format ini akan mendapatkan daya tarik sebagai pengganti format gambar yang lebih lama, yang menawarkan kombinasi efisiensi, kualitas, dan fitur yang lebih baik.

Sebagai kesimpulan, JPEG XL merupakan kemajuan signifikan dalam teknologi kompresi gambar. Kombinasi efisiensi kompresi yang tinggi, dukungan untuk fitur pencitraan modern, dan kompatibilitas mundur memposisikannya sebagai kandidat kuat untuk menjadi standar baru untuk penyimpanan dan transmisi gambar. Saat format ini diadopsi secara lebih luas, format ini berpotensi mengubah cara kita membuat, berbagi, dan mengonsumsi gambar digital, menjadikannya lebih mudah diakses dan dinikmati oleh semua orang.