JPEG들을 JXL들로 변환하기

JPEG는 공동 사진 전문가 그룹을 의미하며, 디지털 사진에서 생성된 이미지를 비롯한 디지털 이미지에 손실 압축을 적용하는 일반적인 방법입니다. 압축률을 조정하여 저장 크기와 이미지 품질 간의 균형을 선택적으로 조정할 수 있습니다. JPEG는 일반적으로 이미지 품질에 거의 영향을 미치지 않으면서 10:1 압축을 달성합니다.

JPEG 압축 알고리즘은 JPEG 표준의 핵심입니다. 이 과정은 디지털 이미지를 일반적인 RGB 색 공간에서 YCbCr이라는 다른 색 공간으로 변환하는 것으로 시작됩니다. YCbCr 색 공간은 이미지를 밝기 수준을 나타내는 루마(Y)와 색 정보를 나타내는 크로미넌스(Cb 및 Cr)로 분리합니다. 이러한 분리는 인간의 눈이 색상보다 밝기 변화에 더 민감하기 때문에 압축이 루마보다 색 정보를 더 많이 압축하여 이를 활용할 수 있도록 합니다.

이미지가 YCbCr 색 공간에 있으면 JPEG 압축 과정의 다음 단계는 크로미넌스 채널을 다운샘플링하는 것입니다. 다운샘플링은 크로미넌스 정보의 해상도를 낮추는데, 인간의 눈이 색상 세부 사항에 덜 민감하기 때문에 일반적으로 이미지의 인지된 품질에 큰 영향을 미치지 않습니다. 이 단계는 선택 사항이며 이미지 품질과 파일 크기 간의 원하는 균형에 따라 조정할 수 있습니다.

다운샘플링 후 이미지는 일반적으로 8x8픽셀 크기의 블록으로 나뉩니다. 각 블록은 별도로 처리됩니다. 각 블록을 처리하는 첫 번째 단계는 이산 코사인 변환(DCT)을 적용하는 것입니다. DCT는 공간 도메인 데이터(픽셀 값)를 주파수 도메인으로 변환하는 수학적 연산입니다. 결과는 이미지 블록의 데이터를 공간 주파수 구성 요소 측면에서 나타내는 주파수 계수의 행렬입니다.

DCT에서 생성된 주파수 계수는 양자화됩니다. 양자화는 많은 입력 값 집합을 더 작은 집합에 매핑하는 과정입니다. JPEG의 경우 이는 주파수 계수의 정밀도를 낮추는 것을 의미합니다. 일부 이미지 정보가 삭제되므로 압축의 손실 부분이 발생하는 곳입니다. 양자화 단계는 각 주파수 구성 요소에 적용되는 압축량을 결정하는 양자화 테이블에 의해 제어됩니다. 양자화 테이블은 더 높은 이미지 품질(압축 감소) 또는 더 작은 파일 크기(압축 증가)를 선호하도록 조정할 수 있습니다.

양자화 후 계수는 왼쪽 상단 모서리에서 시작하여 더 높은 주파수 구성 요소보다 낮은 주파수 구성 요소를 우선시하는 패턴을 따르는 지그재그 순서로 배열됩니다. 이는 더 균일한 이미지 부분을 나타내는 더 낮은 주파수 구성 요소가 더 미세한 세부 사항과 가장자리를 나타내는 더 높은 주파수 구성 요소보다 전반적인 모양에 더 중요하기 때문입니다.

JPEG 압축 과정의 다음 단계는 손실 없는 압축 방법인 엔트로피 코딩입니다. JPEG에서 사용되는 가장 일반적인 엔트로피 코딩 형식은 허프만 코딩이지만 산술 코딩도 옵션입니다. 허프만 코딩은 더 빈번한 발생에 더 짧은 코드를 할당하고 덜 빈번한 발생에 더 긴 코드를 할당하여 작동합니다. 지그재그 순서는 유사한 주파수 계수를 함께 그룹화하는 경향이 있으므로 허프만 코딩의 효율성을 높입니다.

엔트로피 코딩이 완료되면 압축된 데이터는 JPEG 표준에 따른 파일 형식으로 저장됩니다. 이 파일 형식에는 이미지의 크기 및 사용된 양자화 테이블과 같은 이미지에 대한 정보가 포함된 헤더가 포함되며, 그 뒤에 허프만으로 코딩된 이미지 데이터가 이어집니다. 파일 형식은 또한 사진을 촬영하는 데 사용된 카메라 설정, 촬영 날짜 및 시간, 기타 관련 세부 정보를 포함할 수 있는 EXIF 데이터와 같은 메타데이터를 포함할 수 있습니다.

JPEG 이미지를 열면 압축 해제 과정은 기본적으로 압축 단계를 역으로 수행합니다. 허프만으로 코딩된 데이터가 디코딩되고, 양자화된 주파수 계수는 압축 중에 사용된 것과 동일한 양자화 테이블을 사용하여 양자화 해제되고, 역 이산 코사인 변환(IDCT)이 각 블록에 적용되어 주파수 도메인 데이터를 다시 공간 도메인 픽셀 값으로 변환합니다.

양자화 해제 및 IDCT 프로세스는 압축의 손실 특성으로 인해 약간의 오류를 발생시키므로 JPEG는 여러 번 편집하고 다시 저장할 이미지에는 적합하지 않습니다. JPEG 이미지를 저장할 때마다 다시 압축 과정을 거치고 추가 이미지 정보가 손실됩니다. 이는 시간이 지남에 따라 이미지 품질이 눈에 띄게 저하될 수 있으며, 이 현상을 '세대 손실'이라고 합니다.

JPEG 압축의 손실 특성에도 불구하고 유연성과 효율성으로 인해 여전히 인기 있는 이미지 형식입니다. JPEG 이미지는 파일 크기가 매우 작을 수 있으므로 대역폭과 로딩 시간이 중요한 고려 사항인 웹에서 사용하기에 이상적입니다. 또한 JPEG 표준에는 이미지를 여러 패스로 인코딩할 수 있는 프로그레시브 모드가 포함되어 있으며, 각 패스는 이미지의 해상도를 향상시킵니다. 이는 웹 이미지에 특히 유용하며, 낮은 품질의 이미지 버전을 빠르게 표시하고 더 많은 데이터를 다운로드하면서 품질을 향상시킬 수 있습니다.

JPEG에는 또한 몇 가지 한계가 있으며 모든 유형의 이미지에 항상 최선의 선택은 아닙니다. 예를 들어, 날카로운 가장자리나 대비가 높은 텍스트가 있는 이미지에는 적합하지 않습니다. 압축이 이러한 영역 주변에 눈에 띄는 아티팩트를 생성할 수 있기 때문입니다. 또한 JPEG는 PNG 및 GIF와 같은 다른 형식에서 제공하는 기능인 투명성을 지원하지 않습니다.

원래 JPEG 표준의 한계 중 일부를 해결하기 위해 JPEG 2000 및 JPEG XR과 같은 새로운 형식이 개발되었습니다. 이러한 형식은 향상된 압축 효율성, 더 높은 비트 심도 지원, 투명성 및 손실 없는 압축과 같은 추가 기능을 제공합니다. 그러나 이러한 형식은 아직 원래 JPEG 형식만큼 널리 채택되지 않았습니다.

결론적으로 JPEG 이미지 형식은 수학, 인간 시각 심리학, 컴퓨터 과학의 복잡한 균형입니다. 널리 사용되는 것은 대부분의 응용 프로그램에 허용되는 수준의 이미지 품질을 유지하면서 파일 크기를 줄이는 데 효과적이라는 증거입니다. JPEG의 기술적 측면을 이해하면 사용자는 이 형식을 사용할 때와 품질과 파일 크기의 균형을 가장 잘 맞추기 위해 이미지를 최적화하는 방법에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있습니다.

JPEG XL(JXL) 이미지 포맷은 JPEG, PNG, GIF와 같은 기존 포맷의 성능을 뛰어넘는 차세대 이미지 코딩 표준으로, 뛰어난 압축 효율성, 품질, 기능을 제공합니다. 이는 이미지 압축 표준 개발에 중요한 역할을 한 공동 사진 전문가 그룹(JPEG) 위원회의 협력적 노력의 결과입니다. JPEG XL은 전문 사진에서 웹 그래픽에 이르기까지 광범위한 사용 사례를 처리할 수 있는 범용 이미지 포맷으로 설계되었습니다.

JPEG XL의 주요 목표 중 하나는 시각적 품질을 저하시키지 않고 파일 크기를 크게 줄일 수 있는 고품질 이미지 압축을 제공하는 것입니다. 이는 고급 압축 기술과 최신 코딩 프레임워크를 결합하여 달성됩니다. 이 포맷은 모듈식 접근 방식을 사용하여 색 공간 변환, 톤 매핑, 반응형 크기 조정과 같은 다양한 이미지 처리 작업을 압축 파이프라인에 직접 통합할 수 있습니다.

JPEG XL은 Google의 PIK와 Cloudinary의 FUIF(Free Universal Image Format)라는 두 가지 이전 이미지 코덱을 기반으로 구축되었습니다. 이러한 코덱은 이미지 압축에 몇 가지 혁신을 도입했으며, 이는 더욱 개선되어 JPEG XL에 통합되었습니다. 이 포맷은 로열티 없이 설계되어 이미지 저장 및 배포를 위한 비용 효율적인 솔루션이 필요한 소프트웨어 개발자와 콘텐츠 제작자 모두에게 매력적인 옵션이 되었습니다.

JPEG XL의 압축 효율성의 핵심은 ANS(비대칭 숫자 시스템)라는 최신 엔트로피 코딩 기술을 사용하는 것입니다. ANS는 이미지 데이터의 통계적 분포를 효율적으로 인코딩하여 거의 최적의 압축률을 제공하는 산술 코딩의 한 형태입니다. 이를 통해 JPEG XL은 원래 JPEG 포맷에서 사용되는 허프만 코딩과 같은 기존 방식보다 더 나은 압축을 달성할 수 있습니다.

JPEG XL은 또한 인간의 시각적 인식에 더 잘 맞도록 설계된 XYB(eXtra Y, Blue-yellow)라는 새로운 색 공간을 도입합니다. XYB 색 공간은 인간의 눈에 더 중요한 이미지 구성 요소를 우선시하여 더 효율적인 압축을 가능하게 합니다. 이를 통해 파일 크기가 더 작을 뿐만 아니라 미묘한 색상 변화가 있는 영역에서 압축 아티팩트가 더 적은 이미지가 생성됩니다.

JPEG XL의 또 다른 주요 기능은 HDR(High Dynamic Range) 및 WCG(Wide Color Gamut) 이미지에 대한 지원입니다. 디스플레이 기술이 발전함에 따라 이러한 새로운 디스플레이에서 생성할 수 있는 확장된 밝기와 색상 범위를 처리할 수 있는 이미지 포맷에 대한 수요가 증가하고 있습니다. JPEG XL의 HDR 및 WCG에 대한 기본 지원은 추가 메타데이터나 사이드카 파일 없이도 최신 화면에서 이미지가 생생하고 실감나게 보이도록 합니다.

JPEG XL은 또한 점진적 디코딩을 염두에 두고 설계되었습니다. 즉, 이미지는 다운로드 중에도 낮은 품질로 표시될 수 있으며, 더 많은 데이터가 사용 가능해짐에 따라 품질이 점진적으로 향상될 수 있습니다. 이 기능은 인터넷 속도가 다양할 수 있는 웹 브라우징에 특히 유용합니다. 전체 파일을 다운로드할 때까지 기다릴 필요 없이 이미지 미리보기를 제공하여 더 나은 사용자 경험을 제공합니다.

역호환성 측면에서 JPEG XL은 'JPEG 재압축'이라는 고유한 기능을 제공합니다. 이를 통해 기존 JPEG 이미지를 품질 손실 없이 JPEG XL 포맷으로 재압축할 수 있습니다. 재압축된 이미지는 크기가 더 작을 뿐만 아니라 모든 원래 JPEG 데이터를 유지하므로 필요한 경우 원래 JPEG 포맷으로 다시 변환할 수 있습니다. 이를 통해 JPEG XL은 원래 파일에 되돌릴 수 있는 기능을 유지하면서 저장 요구 사항을 크게 줄일 수 있으므로 대규모 JPEG 이미지 컬렉션을 보관하는 데 매력적인 옵션이 됩니다.

JPEG XL은 또한 웹에서 반응형 이미지에 대한 요구 사항을 해결합니다. 단일 파일에 여러 이미지 해상도를 저장하는 기능을 통해 웹 개발자는 사용자의 기기와 화면 해상도에 따라 가장 적합한 이미지 크기를 제공할 수 있습니다. 이를 통해 다른 해상도에 대한 별도의 이미지 파일이 필요하지 않고 반응형 웹 디자인을 만드는 과정이 간소화됩니다.

전문 사진가와 그래픽 디자이너의 경우 JPEG XL은 원본 이미지 데이터의 모든 비트를 보존하는 무손실 압축을 지원합니다. 이는 의료 영상, 디지털 아카이브, 전문 사진 편집과 같이 이미지 무결성이 가장 중요한 애플리케이션에 필수적입니다. JPEG XL의 무손실 모드는 또한 매우 효율적이며, 종종 PNG 또는 TIFF와 같은 다른 무손실 포맷에 비해 파일 크기가 더 작습니다.

JPEG XL의 기능 세트는 GIF 및 WebP 포맷과 유사하지만 훨씬 더 나은 압축과 품질을 제공하는 애니메이션 지원으로 확장됩니다. 이를 통해 웹에서 GIF를 대체하는 데 적합하며, 더 넓은 색상 팔레트와 GIF의 256색 제한이 없는 더 부드러운 애니메이션을 제공합니다.

이 포맷에는 EXIF, XMP, ICC 프로필을 포함한 견고한 메타데이터 지원이 포함되어 압축 중에 이미지에 대한 중요한 정보가 보존됩니다. 이 메타데이터에는 카메라 설정, 저작권 정보, 색상 관리 데이터와 같은 세부 정보가 포함될 수 있으며, 이는 전문적인 사용과 디지털 유산 보존에 필수적입니다.

보안과 프라이버시도 JPEG XL 설계에서 고려됩니다. 이 포맷은 실행 가능한 코드를 포함하는 것을 허용하지 않으므로 이미지를 통해 악용될 수 있는 보안 취약성의 위험을 줄입니다. 또한 JPEG XL은 온라인으로 이미지를 공유할 때 사용자 프라이버시를 보호하는 데 도움이 될 수 있는 민감한 메타데이터 제거를 지원합니다.

JPEG XL은 새로운 기능과 기술이 등장함에 따라 지원할 수 있도록 확장할 수 있는 유연한 컨테이너 포맷을 사용하여 미래에 대비하도록 설계되었습니다. 이를 통해 이 포맷은 변화하는 요구 사항에 적응하고 앞으로 수년 동안 범용 이미지 포맷으로 계속 사용될 수 있습니다.

채택 측면에서 JPEG XL은 아직 초기 단계이며, 웹 브라우저, 운영 체제, 이미지 편집 소프트웨어에 대한 지원을 통합하기 위한 노력이 진행 중입니다. 더 많은 플랫폼이 이 포맷을 채택함에 따라 향상된 효율성, 품질, 기능을 결합하여 이전 이미지 포맷을 대체하는 데 견인력을 얻을 것으로 예상됩니다.

결론적으로 JPEG XL은 이미지 압축 기술의 상당한 발전을 나타냅니다. 높은 압축 효율성, 최신 이미징 기능 지원, 역호환성을 결합하여 이미지 저장 및 전송을 위한 새로운 표준이 될 강력한 후보로 자리매김합니다. 이 포맷이 더 널리 채택됨에 따라 디지털 이미지를 만들고, 공유하고, 소비하는 방식을 혁명시킬 수 있으며, 모든 사람이 더 쉽고 즐겁게 이용할 수 있게 됩니다.