Ubah JPGs menjadi JXLs

Format gambar JPEG (Joint Photographic Experts Group), yang umumnya dikenal sebagai JPG, adalah metode kompresi lossy yang banyak digunakan untuk gambar digital, khususnya untuk gambar yang dihasilkan oleh fotografi digital. Tingkat kompresi dapat disesuaikan, sehingga memungkinkan pertukaran yang dapat dipilih antara ukuran penyimpanan dan kualitas gambar. JPEG biasanya mencapai kompresi 10:1 dengan sedikit kehilangan kualitas gambar yang terlihat.

Kompresi JPEG digunakan dalam sejumlah format file gambar. JPEG/Exif adalah format gambar paling umum yang digunakan oleh kamera digital dan perangkat pengambilan gambar fotografi lainnya; bersama dengan JPEG/JFIF, ini adalah format paling umum untuk menyimpan dan mengirimkan gambar fotografi di World Wide Web. Variasi format ini sering kali tidak dibedakan, dan hanya disebut JPEG.

Format JPEG mencakup berbagai standar, termasuk JPEG/Exif, JPEG/JFIF, dan JPEG 2000, yang merupakan standar baru yang menawarkan efisiensi kompresi yang lebih baik dengan kompleksitas komputasi yang lebih tinggi. Standar JPEG rumit, dengan berbagai bagian dan profil, tetapi standar JPEG yang paling umum digunakan adalah JPEG dasar, yang merupakan yang dimaksud kebanyakan orang ketika mereka menyebutkan gambar 'JPEG'.

Algoritma kompresi JPEG pada intinya adalah teknik kompresi berbasis transformasi kosinus diskrit (DCT). DCT adalah transformasi terkait Fourier yang mirip dengan transformasi Fourier diskrit (DFT), tetapi hanya menggunakan fungsi kosinus. DCT digunakan karena memiliki sifat memusatkan sebagian besar sinyal di wilayah frekuensi rendah spektrum, yang berkorelasi baik dengan sifat gambar alami.

Proses kompresi JPEG melibatkan beberapa langkah. Awalnya, gambar diubah dari ruang warna aslinya (biasanya RGB) ke ruang warna berbeda yang dikenal sebagai YCbCr. Ruang warna YCbCr memisahkan gambar menjadi komponen luminansi (Y), yang mewakili tingkat kecerahan, dan dua komponen krominansi (Cb dan Cr), yang mewakili informasi warna. Pemisahan ini bermanfaat karena mata manusia lebih sensitif terhadap variasi kecerahan daripada warna, sehingga memungkinkan kompresi komponen krominansi yang lebih agresif tanpa mempengaruhi kualitas gambar yang dirasakan secara signifikan.

Setelah konversi ruang warna, gambar dibagi menjadi beberapa blok, biasanya berukuran 8x8 piksel. Setiap blok kemudian diproses secara terpisah. Untuk setiap blok, DCT diterapkan, yang mengubah data domain spasial menjadi data domain frekuensi. Langkah ini sangat penting karena membuat data gambar lebih mudah dikompresi, karena gambar alami cenderung memiliki komponen frekuensi rendah yang lebih signifikan daripada komponen frekuensi tinggi.

Setelah DCT diterapkan, koefisien yang dihasilkan dikuantisasi. Kuantisasi adalah proses memetakan sekumpulan besar nilai input ke sekumpulan yang lebih kecil, yang secara efektif mengurangi jumlah bit yang diperlukan untuk menyimpannya. Ini adalah sumber utama kerugian dalam kompresi JPEG. Langkah kuantisasi dikendalikan oleh tabel kuantisasi, yang menentukan seberapa banyak kompresi yang diterapkan pada setiap koefisien DCT. Dengan menyesuaikan tabel kuantisasi, pengguna dapat memperdagangkan antara kualitas gambar dan ukuran file.

Setelah kuantisasi, koefisien dilinearisasi dengan pemindaian zig-zag, yang mengurutkannya dengan meningkatkan frekuensi. Langkah ini penting karena mengelompokkan bersama koefisien frekuensi rendah yang lebih mungkin signifikan, dan koefisien frekuensi tinggi yang lebih mungkin menjadi nol atau mendekati nol setelah kuantisasi. Pengurutan ini memfasilitasi langkah berikutnya, yaitu pengkodean entropi.

Pengkodean entropi adalah metode kompresi lossless yang diterapkan pada koefisien DCT yang dikuantisasi. Bentuk pengkodean entropi yang paling umum digunakan dalam JPEG adalah pengkodean Huffman, meskipun pengkodean aritmatika juga didukung oleh standar. Pengkodean Huffman bekerja dengan menetapkan kode yang lebih pendek ke elemen yang lebih sering dan kode yang lebih panjang ke elemen yang lebih jarang. Karena gambar alami cenderung memiliki banyak koefisien nol atau mendekati nol setelah kuantisasi, terutama di wilayah frekuensi tinggi, pengkodean Huffman dapat secara signifikan mengurangi ukuran data terkompresi.

Langkah terakhir dalam proses kompresi JPEG adalah menyimpan data terkompresi dalam format file. Format yang paling umum adalah JPEG File Interchange Format (JFIF), yang mendefinisikan cara merepresentasikan data terkompresi dan metadata terkait, seperti tabel kuantisasi dan tabel kode Huffman, dalam file yang dapat didekode oleh berbagai perangkat lunak. Format umum lainnya adalah format file gambar yang dapat ditukar (Exif), yang digunakan oleh kamera digital dan menyertakan metadata seperti pengaturan kamera dan informasi pemandangan.

File JPEG juga menyertakan penanda, yang merupakan urutan kode yang menentukan parameter atau tindakan tertentu dalam file. Penanda ini dapat menunjukkan awal gambar, akhir gambar, menentukan tabel kuantisasi, menentukan tabel kode Huffman, dan banyak lagi. Penanda sangat penting untuk pengodean gambar JPEG yang tepat, karena menyediakan informasi yang diperlukan untuk merekonstruksi gambar dari data terkompresi.

Salah satu fitur utama JPEG adalah dukungannya untuk pengkodean progresif. Dalam JPEG progresif, gambar dikodekan dalam beberapa lintasan, masing-masing meningkatkan kualitas gambar. Hal ini memungkinkan versi gambar berkualitas rendah untuk ditampilkan saat file masih diunduh, yang dapat sangat berguna untuk gambar web. File JPEG progresif umumnya lebih besar dari file JPEG dasar, tetapi perbedaan kualitas selama pemuatan dapat meningkatkan pengalaman pengguna.

Meskipun banyak digunakan, JPEG memiliki beberapa keterbatasan. Sifat lossy dari kompresi dapat menyebabkan artefak seperti pemblokiran, di mana gambar mungkin menunjukkan kotak yang terlihat, dan 'dering', di mana tepi mungkin disertai dengan osilasi palsu. Artefak ini lebih terlihat pada tingkat kompresi yang lebih tinggi. Selain itu, JPEG tidak cocok untuk gambar dengan tepi tajam atau teks kontras tinggi, karena algoritma kompresi dapat mengaburkan tepi dan mengurangi keterbacaan.

Untuk mengatasi beberapa keterbatasan standar JPEG asli, JPEG 2000 dikembangkan. JPEG 2000 menawarkan beberapa peningkatan dibandingkan JPEG dasar, termasuk efisiensi kompresi yang lebih baik, dukungan untuk kompresi lossless, dan kemampuan untuk menangani berbagai jenis gambar secara efektif. Namun, JPEG 2000 belum banyak diadopsi dibandingkan dengan standar JPEG asli, sebagian besar karena meningkatnya kompleksitas komputasi dan kurangnya dukungan di beberapa perangkat lunak dan browser web.

Sebagai kesimpulan, format gambar JPEG adalah metode yang kompleks namun efisien untuk mengompresi gambar fotografi. Adopsi yang meluas disebabkan oleh fleksibilitasnya dalam menyeimbangkan kualitas gambar dengan ukuran file, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi, dari grafik web hingga fotografi profesional. Meskipun memiliki kekurangan, seperti kerentanan terhadap artefak kompresi, kemudahan penggunaan dan dukungannya di berbagai perangkat dan perangkat lunak menjadikannya salah satu format gambar paling populer yang digunakan saat ini.

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.