Converter JPEGs para JXLs

O JPEG, que significa Joint Photographic Experts Group, é um método comumente usado de compressão com perdas para imagens digitais, particularmente para aquelas imagens produzidas por fotografia digital. O grau de compressão pode ser ajustado, permitindo uma compensação selecionável entre o tamanho do armazenamento e a qualidade da imagem. O JPEG normalmente atinge uma compressão de 10:1 com pouca perda perceptível na qualidade da imagem.

O algoritmo de compressão JPEG está no cerne do padrão JPEG. O processo começa com uma imagem digital sendo convertida de seu espaço de cor RGB típico em um espaço de cor diferente conhecido como YCbCr. O espaço de cor YCbCr separa a imagem em luminância (Y), que representa os níveis de brilho, e crominância (Cb e Cr), que representam as informações de cor. Essa separação é benéfica porque o olho humano é mais sensível a variações de brilho do que de cor, permitindo que a compressão tire proveito disso ao comprimir as informações de cor mais do que a luminância.

Uma vez que a imagem está no espaço de cor YCbCr, o próximo passo no processo de compressão JPEG é reduzir a amostragem dos canais de crominância. A redução da amostragem reduz a resolução das informações de crominância, o que normalmente não afeta significativamente a qualidade percebida da imagem, devido à menor sensibilidade do olho humano aos detalhes de cor. Esta etapa é opcional e pode ser ajustada dependendo do equilíbrio desejado entre a qualidade da imagem e o tamanho do arquivo.

Após a redução da amostragem, a imagem é dividida em blocos, normalmente com tamanho de 8x8 pixels. Cada bloco é então processado separadamente. O primeiro passo no processamento de cada bloco é aplicar a Transformada Discreta de Cosseno (DCT). A DCT é uma operação matemática que transforma os dados do domínio espacial (os valores dos pixels) no domínio da frequência. O resultado é uma matriz de coeficientes de frequência que representam os dados do bloco da imagem em termos de seus componentes de frequência espacial.

Os coeficientes de frequência resultantes da DCT são então quantizados. A quantização é o processo de mapear um grande conjunto de valores de entrada para um conjunto menor - no caso do JPEG, isso significa reduzir a precisão dos coeficientes de frequência. É aqui que ocorre a parte com perdas da compressão, pois algumas informações da imagem são descartadas. A etapa de quantização é controlada por uma tabela de quantização, que determina quanta compressão é aplicada a cada componente de frequência. As tabelas de quantização podem ser ajustadas para favorecer maior qualidade de imagem (menos compressão) ou menor tamanho de arquivo (mais compressão).

Após a quantização, os coeficientes são organizados em uma ordem em ziguezague, começando do canto superior esquerdo e seguindo um padrão que prioriza os componentes de frequência mais baixa em relação aos de frequência mais alta. Isso ocorre porque os componentes de frequência mais baixa (que representam as partes mais uniformes da imagem) são mais importantes para a aparência geral do que os componentes de frequência mais alta (que representam os detalhes e bordas mais finos).

O próximo passo no processo de compressão JPEG é a codificação de entropia, que é um método de compressão sem perdas. A forma mais comum de codificação de entropia usada em JPEG é a codificação Huffman, embora a codificação aritmética também seja uma opção. A codificação Huffman funciona atribuindo códigos mais curtos a ocorrências mais frequentes e códigos mais longos a ocorrências menos frequentes. Como a ordenação em ziguezague tende a agrupar coeficientes de frequência semelhantes, ela aumenta a eficiência da codificação Huffman.

Assim que a codificação de entropia é concluída, os dados compactados são armazenados em um formato de arquivo que está em conformidade com o padrão JPEG. Este formato de arquivo inclui um cabeçalho que contém informações sobre a imagem, como suas dimensões e as tabelas de quantização usadas, seguido pelos dados da imagem codificados por Huffman. O formato do arquivo também suporta a inclusão de metadados, como dados EXIF, que podem conter informações sobre as configurações da câmera usadas para tirar a fotografia, a data e hora em que foi tirada e outros detalhes relevantes.

Quando uma imagem JPEG é aberta, o processo de descompressão essencialmente reverte as etapas de compressão. Os dados codificados por Huffman são decodificados, os coeficientes de frequência quantizados são desquantizados usando as mesmas tabelas de quantização que foram usadas durante a compressão e a Transformada Discreta de Cosseno Inversa (IDCT) é aplicada a cada bloco para converter os dados do domínio de frequência de volta em valores de pixel do domínio espacial.

Os processos de desquantização e IDCT introduzem alguns erros devido à natureza com perdas da compressão, razão pela qual o JPEG não é ideal para imagens que passarão por várias edições e serão salvas novamente. Cada vez que uma imagem JPEG é salva, ela passa pelo processo de compressão novamente e informações adicionais da imagem são perdidas. Isso pode levar a uma degradação perceptível na qualidade da imagem ao longo do tempo, um fenômeno conhecido como 'perda de geração'.

Apesar da natureza com perdas da compressão JPEG, ele continua sendo um formato de imagem popular devido à sua flexibilidade e eficiência. As imagens JPEG podem ser muito pequenas em tamanho de arquivo, o que as torna ideais para uso na web, onde largura de banda e tempos de carregamento são considerações importantes. Além disso, o padrão JPEG inclui um modo progressivo, que permite que uma imagem seja codificada de forma que possa ser decodificada em várias passagens, cada passagem melhorando a resolução da imagem. Isso é particularmente útil para imagens da web, pois permite que uma versão de baixa qualidade da imagem seja exibida rapidamente, com a qualidade melhorando à medida que mais dados são baixados.

O JPEG também tem algumas limitações e nem sempre é a melhor escolha para todos os tipos de imagens. Por exemplo, ele não é adequado para imagens com bordas nítidas ou texto de alto contraste, pois a compressão pode criar artefatos perceptíveis nessas áreas. Além disso, o JPEG não oferece suporte à transparência, que é um recurso fornecido por outros formatos como PNG e GIF.

Para resolver algumas das limitações do padrão JPEG original, novos formatos foram desenvolvidos, como JPEG 2000 e JPEG XR. Esses formatos oferecem eficiência de compressão aprimorada, suporte para profundidades de bits mais altas e recursos adicionais como transparência e compressão sem perdas. No entanto, eles ainda não alcançaram o mesmo nível de adoção generalizada do formato JPEG original.

Concluindo, o formato de imagem JPEG é um equilíbrio complexo de matemática, psicologia visual humana e ciência da computação. Seu uso difundido é uma prova de sua eficácia na redução do tamanho dos arquivos, mantendo um nível de qualidade de imagem aceitável para a maioria das aplicações. Compreender os aspectos técnicos do JPEG pode ajudar os usuários a tomar decisões informadas sobre quando usar este formato e como otimizar suas imagens para o equilíbrio de qualidade e tamanho de arquivo que melhor atende às suas necessidades.

O formato de imagem JPS, abreviação de JPEG Stereo, é um formato de arquivo usado para armazenar fotografias estereoscópicas tiradas por câmeras digitais ou criadas por software de renderização 3D. É essencialmente um arranjo lado a lado de duas imagens JPEG dentro de um único arquivo que, quando visualizado por meio de software ou hardware apropriado, fornece um efeito 3D. Este formato é particularmente útil para criar uma ilusão de profundidade em imagens, o que aprimora a experiência de visualização para usuários com sistemas de exibição compatíveis ou óculos 3D.

O formato JPS aproveita a técnica de compressão JPEG (Joint Photographic Experts Group) bem estabelecida para armazenar as duas imagens. JPEG é um método de compressão com perdas, o que significa que reduz o tamanho do arquivo descartando seletivamente informações menos importantes, geralmente sem uma diminuição perceptível na qualidade da imagem para o olho humano. Isso torna os arquivos JPS relativamente pequenos e gerenciáveis, apesar de conterem duas imagens em vez de uma.

Um arquivo JPS é essencialmente um arquivo JPEG com uma estrutura específica. Ele contém duas imagens compactadas em JPEG lado a lado dentro de um único quadro. Essas imagens são chamadas de imagens do olho esquerdo e do olho direito e representam perspectivas ligeiramente diferentes da mesma cena, imitando a ligeira diferença entre o que cada um dos nossos olhos vê. Essa diferença é o que permite a percepção de profundidade quando as imagens são visualizadas corretamente.

A resolução padrão para uma imagem JPS é normalmente o dobro da largura de uma imagem JPEG padrão para acomodar as imagens esquerda e direita. Por exemplo, se uma imagem JPEG padrão tiver uma resolução de 1920x1080 pixels, uma imagem JPS teria uma resolução de 3840x1080 pixels, com cada imagem lado a lado ocupando metade da largura total. No entanto, a resolução pode variar dependendo da origem da imagem e do uso pretendido.

Para visualizar uma imagem JPS em 3D, o visualizador deve usar um dispositivo de exibição ou software compatível que possa interpretar as imagens lado a lado e apresentá-las a cada olho separadamente. Isso pode ser alcançado por meio de vários métodos, como anaglifo 3D, onde as imagens são filtradas por cor e visualizadas com óculos coloridos; 3D polarizado, onde as imagens são projetadas por meio de filtros polarizados e visualizadas com óculos polarizados; ou obturador ativo 3D, onde as imagens são exibidas alternadamente e sincronizadas com óculos de obturador que abrem e fecham rapidamente para mostrar a cada olho a imagem correta.

A estrutura do arquivo de uma imagem JPS é semelhante à de um arquivo JPEG padrão. Ele contém um cabeçalho, que inclui o marcador SOI (Início da Imagem), seguido por uma série de segmentos que contêm várias partes de metadados e os próprios dados da imagem. Os segmentos incluem os marcadores APP (Aplicativo), que podem conter informações como os metadados Exif, e o segmento DQT (Definir Tabela de Quantização), que define as tabelas de quantização usadas para compactar os dados da imagem.

Um dos segmentos principais em um arquivo JPS é o segmento JFIF (Formato de Intercâmbio de Arquivo JPEG), que especifica que o arquivo está em conformidade com o padrão JFIF. Este segmento é importante para garantir compatibilidade com uma ampla gama de software e hardware. Ele também inclui informações como a proporção e a resolução da imagem em miniatura, que podem ser usadas para visualizações rápidas.

Os dados reais da imagem em um arquivo JPS são armazenados no segmento SOS (Início da Varredura), que segue o cabeçalho e os segmentos de metadados. Este segmento contém os dados da imagem compactada para as imagens esquerda e direita. Os dados são codificados usando o algoritmo de compressão JPEG, que envolve uma série de etapas, incluindo conversão de espaço de cor, subamostragem, transformada discreta de cosseno (DCT), quantização e codificação de entropia.

A conversão do espaço de cor é o processo de converter os dados da imagem do espaço de cor RGB, que é comumente usado em câmeras digitais e monitores de computador, para o espaço de cor YCbCr, que é usado na compressão JPEG. Esta conversão separa a imagem em um componente de luminância (Y), que representa os níveis de brilho, e dois componentes de crominância (Cb e Cr), que representam as informações de cor. Isso é benéfico para compressão porque o olho humano é mais sensível a mudanças de brilho do que de cor, permitindo uma compressão mais agressiva dos componentes de crominância sem afetar significativamente a qualidade da imagem percebida.

A subamostragem é um processo que aproveita a menor sensibilidade do olho humano aos detalhes de cor, reduzindo a resolução dos componentes de crominância em relação ao componente de luminância. As taxas de subamostragem comuns incluem 4:4:4 (sem subamostragem), 4:2:2 (reduzindo a resolução horizontal da crominância pela metade) e 4:2:0 (reduzindo a resolução horizontal e vertical da crominância pela metade). A escolha da taxa de subamostragem pode afetar o equilíbrio entre a qualidade da imagem e o tamanho do arquivo.

A transformada discreta de cosseno (DCT) é aplicada a pequenos blocos da imagem (normalmente 8x8 pixels) para converter os dados do domínio espacial no domínio da frequência. Esta etapa é crucial para a compressão JPEG porque permite a separação dos detalhes da imagem em componentes de importância variável, com componentes de frequência mais alta geralmente sendo menos perceptíveis ao olho humano. Esses componentes podem então ser quantizados, ou reduzidos em precisão, para obter compressão.

A quantização é o processo de mapear uma faixa de valores para um único valor quântico, reduzindo efetivamente a precisão dos coeficientes DCT. É aqui que a natureza com perdas da compressão JPEG entra em jogo, pois algumas informações da imagem são descartadas. O grau de quantização é determinado pelas tabelas de quantização especificadas no segmento DQT e pode ser ajustado para equilibrar a qualidade da imagem com o tamanho do arquivo.

A etapa final no processo de compressão JPEG é a codificação de entropia, que é uma forma de compressão sem perdas. O método mais comum usado em JPEG é a codificação Huffman, que atribui códigos mais curtos a valores mais frequentes e códigos mais longos a valores menos frequentes. Isso reduz o tamanho geral dos dados da imagem sem qualquer perda adicional de informações.

Além das técnicas de compressão JPEG padrão, o formato JPS também pode incluir metadados específicos relacionados à natureza estereoscópica das imagens. Esses metadados podem incluir informações sobre as configurações de paralaxe, pontos de convergência e quaisquer outros dados que possam ser necessários para exibir corretamente o efeito 3D. Esses metadados são normalmente armazenados nos segmentos APP do arquivo.

O formato JPS é suportado por uma variedade de aplicativos de software e dispositivos, incluindo televisores 3D, fones de ouvido VR e visualizadores de fotos especializados. No entanto, não é tão amplamente suportado quanto o formato JPEG padrão, portanto, os usuários podem precisar usar software específico ou converter os arquivos JPS para outro formato para maior compatibilidade.

Um dos desafios com o formato JPS é garantir que as imagens esquerda e direita estejam alinhadas corretamente e tenham a paralaxe correta. O desalinhamento ou a paralaxe incorreta podem levar a uma experiência de visualização desconfortável e podem causar cansaço visual ou dores de cabeça. Portanto, é importante que os fotógrafos e artistas 3D capturem ou criem cuidadosamente as imagens com os parâmetros estereoscópicos corretos.

Concluindo, o formato de imagem JPS é um formato de arquivo especializado projetado para armazenar e exibir imagens estereoscópicas. Ele se baseia nas técnicas de compressão JPEG estabelecidas para criar uma maneira compacta e eficiente de armazenar fotografias 3D. Embora ofereça uma experiência de visualização única, o formato requer hardware ou software compatível para visualizar as imagens em 3D e pode apresentar desafios em termos de alinhamento e paralaxe. Apesar desses desafios, o formato JPS continua sendo uma ferramenta valiosa para fotógrafos, artistas 3D e entusiastas que desejam capturar e compartilhar a profundidade e o realismo do mundo em um formato digital.