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O que é o formato JPEG?

Formato JFIF do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

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.

Formatos suportados

AAI.aai

Imagem AAI Dune

AI.ai

Adobe Illustrator CS2

AVIF.avif

Formato de arquivo de imagem AV1

AVS.avs

Imagem AVS X

BAYER.bayer

Imagem Bayer bruta

BMP.bmp

Imagem bitmap do Microsoft Windows

CIN.cin

Arquivo de imagem Cineon

CLIP.clip

Máscara de clip de imagem

CMYK.cmyk

Amostras brutas de ciano, magenta, amarelo e preto

CMYKA.cmyka

Amostras brutas de ciano, magenta, amarelo, preto e alfa

CUR.cur

Ícone do Microsoft

DCX.dcx

Paintbrush multi-página IBM PC da ZSoft

DDS.dds

Superfície Direta do Microsoft DirectDraw

DPX.dpx

Imagem SMTPE 268M-2003 (DPX 2.0)

DXT1.dxt1

Superfície Direta do Microsoft DirectDraw

EPDF.epdf

Formato Portátil de Documento Encapsulado

EPI.epi

Formato de Intercâmbio PostScript Encapsulado da Adobe

EPS.eps

PostScript Encapsulado da Adobe

EPSF.epsf

PostScript Encapsulado da Adobe

EPSI.epsi

Formato de Intercâmbio PostScript Encapsulado da Adobe

EPT.ept

PostScript Encapsulado com pré-visualização TIFF

EPT2.ept2

PostScript Nível II Encapsulado com pré-visualização TIFF

EXR.exr

Imagem de alto alcance dinâmico (HDR)

FARBFELD.ff

Farbfeld

FF.ff

Farbfeld

FITS.fits

Sistema de Transporte de Imagem Flexível

GIF.gif

Formato de intercâmbio de gráficos CompuServe

GIF87.gif87

Formato de intercâmbio de gráficos CompuServe (versão 87a)

GROUP4.group4

Grupo CCITT 4 bruto

HDR.hdr

Imagem de alta faixa dinâmica

HRZ.hrz

Televisão de varredura lenta

ICO.ico

Ícone Microsoft

ICON.icon

Ícone Microsoft

IPL.ipl

Imagem de Localização IP2

J2C.j2c

Fluxo JPEG-2000

J2K.j2k

Fluxo JPEG-2000

JNG.jng

Gráficos de Rede JPEG

JP2.jp2

Sintaxe de Formato de Arquivo JPEG-2000

JPC.jpc

Fluxo JPEG-2000

JPE.jpe

Formato JFIF do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

JPEG.jpeg

Formato JFIF do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

JPG.jpg

Formato JFIF do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

JPM.jpm

Sintaxe de Formato de Arquivo JPEG-2000

JPS.jps

Formato JPS do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

JPT.jpt

Sintaxe de Formato de Arquivo JPEG-2000

JXL.jxl

Imagem JPEG XL

MAP.map

Banco de dados de imagem contínua multi-resolução (MrSID)

MAT.mat

Formato de imagem MATLAB nível 5

PAL.pal

Palm pixmap

PALM.palm

Palm pixmap

PAM.pam

Formato bitmap 2D comum

PBM.pbm

Formato de bitmap portátil (preto e branco)

PCD.pcd

Photo CD

PCDS.pcds

Photo CD

PCT.pct

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PCX.pcx

ZSoft IBM PC Paintbrush

PDB.pdb

Formato Palm Database ImageViewer

PDF.pdf

Formato de Documento Portátil

PDFA.pdfa

Formato de Arquivo de Documento Portátil

PFM.pfm

Formato flutuante portátil

PGM.pgm

Formato portable graymap (escala de cinza)

PGX.pgx

Formato JPEG 2000 não compactado

PICON.picon

Ícone Pessoal

PICT.pict

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PJPEG.pjpeg

Formato JFIF do Grupo JPEG de Especialistas Fotográficos

PNG.png

Portable Network Graphics

PNG00.png00

PNG herdando profundidade de bits, tipo de cor da imagem original

PNG24.png24

24 bits RGB (zlib 1.2.11) opaco ou transparente binário

PNG32.png32

32 bits RGBA opaco ou transparente binário

PNG48.png48

48 bits RGB opaco ou transparente binário

PNG64.png64

64 bits RGBA opaco ou transparente binário

PNG8.png8

8 bits indexado opaco ou transparente binário

PNM.pnm

Portable anymap

PPM.ppm

Formato pixmap portátil (cor)

PS.ps

Arquivo PostScript da Adobe

PSB.psb

Formato de Documento Grande da Adobe

PSD.psd

Bitmap do Photoshop da Adobe

RGB.rgb

Amostras brutas de vermelho, verde e azul

RGBA.rgba

Amostras brutas de vermelho, verde, azul e alfa

RGBO.rgbo

Amostras brutas de vermelho, verde, azul e opacidade

SIX.six

Formato Gráfico SIXEL DEC

SUN.sun

Sun Rasterfile

SVG.svg

Gráficos Vetoriais Escaláveis

SVGZ.svgz

Gráficos Vetoriais Escaláveis Compactados

TIFF.tiff

Formato de Arquivo de Imagem Etiquetada

VDA.vda

Imagem Truevision Targa

VIPS.vips

Imagem VIPS

WBMP.wbmp

Imagem sem fio Bitmap (nível 0)

WEBP.webp

Formato de imagem WebP

YUV.yuv

CCIR 601 4:1:1 ou 4:2:2

Perguntas frequentes

Como isso funciona?

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