แปลง JPGs เป็น JXLs

รูปแบบ JPEG 2000 Multi-layer (JPM) เป็นส่วนขยายของมาตรฐาน JPEG 2000 ซึ่งเป็นมาตรฐานการบีบอัดภาพและระบบการเข้ารหัส สร้างขึ้นโดยคณะกรรมการ Joint Photographic Experts Group ในปี 2000 โดยมีจุดประสงค์เพื่อแทนที่มาตรฐาน JPEG เดิม JPEG 2000 เป็นที่รู้จักในเรื่องประสิทธิภาพการบีบอัดสูงและความสามารถในการจัดการกับภาพประเภทต่างๆ ได้หลากหลาย รวมถึงภาพสีเทา สี และภาพหลายส่วน รูปแบบ JPM ขยายขีดความสามารถของ JPEG 2000 โดยเฉพาะเพื่อรองรับเอกสารประกอบ ซึ่งอาจประกอบด้วยข้อความ กราฟิก และรูปภาพ

JPM ถูกกำหนดไว้ในส่วนที่ 6 ของ JPEG 2000 Suite (ISO/IEC 15444-6) และออกแบบมาเพื่อรวมภาพหลายภาพและข้อมูลที่เกี่ยวข้องไว้ในไฟล์เดียว ซึ่งทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การถ่ายภาพเอกสาร การถ่ายภาพทางการแพทย์ และการถ่ายภาพทางเทคนิค ซึ่งจำเป็นต้องจัดเก็บเนื้อหาประเภทต่างๆ ไว้ด้วยกัน รูปแบบ JPM ช่วยให้จัดเก็บหน้าต่างๆ ภายในเอกสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยแต่ละหน้าสามารถมีพื้นที่ภาพหลายพื้นที่ที่มีลักษณะแตกต่างกัน รวมถึงข้อมูลที่ไม่ใช่ภาพ เช่น คำอธิบายประกอบหรือข้อมูลเมตา

หนึ่งในคุณสมบัติหลักของ JPM คือการใช้ JPEG 2000 code stream (JPX) ซึ่งเป็นเวอร์ชันที่ขยายจาก JPEG 2000 code stream (JP2) พื้นฐาน JPX รองรับช่วงของพื้นที่สีที่กว้างกว่า ข้อมูลเมตาที่ซับซ้อนกว่า และความลึกของบิตที่สูงกว่า ในไฟล์ JPM แต่ละภาพหรือ 'เลเยอร์' จะถูกจัดเก็บเป็น JPX code stream แยกต่างหาก ซึ่งช่วยให้แต่ละเลเยอร์ถูกบีบอัดตามลักษณะเฉพาะของตนเอง ซึ่งอาจนำไปสู่การบีบอัดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเอกสารประกอบที่มีประเภทเนื้อหาที่หลากหลาย

โครงสร้างของไฟล์ JPM เป็นแบบลำดับชั้นและประกอบด้วยกล่องชุดหนึ่ง กล่องเป็นหน่วยที่แยกตัวได้ซึ่งรวมถึงส่วนหัวและข้อมูล ส่วนหัวระบุชนิดและความยาวของกล่อง ในขณะที่ข้อมูลมีเนื้อหาจริง กล่องระดับบนสุดในไฟล์ JPM คือกล่องลายเซ็น ซึ่งระบุไฟล์ว่าเป็นไฟล์ตระกูล JPEG 2000 หลังจากกล่องลายเซ็นแล้ว จะมีกล่องชนิดไฟล์ กล่องส่วนหัว และกล่องเนื้อหา เป็นต้น กล่องส่วนหัวมีข้อมูลเกี่ยวกับไฟล์ เช่น จำนวนหน้าและแอตทริบิวต์ของแต่ละหน้า ในขณะที่กล่องเนื้อหาประกอบด้วยข้อมูลภาพและข้อมูลที่ไม่ใช่ภาพที่เกี่ยวข้อง

ในแง่ของการบีบอัด ไฟล์ JPM สามารถใช้ทั้งวิธีการบีบอัดแบบไม่สูญเสียและแบบสูญเสีย การบีบอัดแบบไม่สูญเสียช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลภาพต้นฉบับสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างสมบูรณ์แบบจากข้อมูลที่บีบอัด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ความสมบูรณ์ของภาพมีความสำคัญสูงสุด เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์ ในทางกลับกัน การบีบอัดแบบสูญเสียช่วยให้มีขนาดไฟล์เล็กลงโดยการละทิ้งข้อมูลภาพบางส่วน ซึ่งอาจเป็นที่ยอมรับได้ในสถานการณ์ที่ไม่ต้องการความเที่ยงตรงที่สมบูรณ์แบบ

JPM ยังรองรับแนวคิดของ 'การถอดรหัสแบบก้าวหน้า' ซึ่งหมายความว่าสามารถแสดงภาพเวอร์ชันความละเอียดต่ำได้ในขณะที่ยังดาวน์โหลดหรือประมวลผลภาพความละเอียดเต็มอยู่ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับภาพขนาดใหญ่หรือการเชื่อมต่อเครือข่ายที่ช้า เนื่องจากช่วยให้ผู้ใช้สามารถดูตัวอย่างได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องรอให้ไฟล์ทั้งหมดพร้อมใช้งาน

อีกแง่มุมที่สำคัญของ JPM คือการรองรับข้อมูลเมตา ข้อมูลเมตาในไฟล์ JPM อาจรวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับเอกสาร เช่น ผู้แต่ง ชื่อเรื่อง และคำหลัก รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับแต่ละภาพ เช่น วันที่ถ่าย ภาพการตั้งค่ากล้อง และตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ ข้อมูลเมตานี้สามารถจัดเก็บในรูปแบบ XML ทำให้เข้าถึงและแก้ไขได้ง่าย นอกจากนี้ JPM ยังรองรับการรวมโปรไฟล์ ICC ซึ่งกำหนดพื้นที่สีของภาพ เพื่อให้แน่ใจว่าการแสดงสีที่ถูกต้องบนอุปกรณ์ต่างๆ

ไฟล์ JPM ยังสามารถจัดเก็บภาพหลายเวอร์ชันได้ โดยแต่ละเวอร์ชันมีความละเอียดหรือการตั้งค่าคุณภาพที่แตกต่างกัน คุณสมบัตินี้เรียกว่า 'การแบ่งเลเยอร์' ช่วยให้จัดเก็บและส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากสามารถเลือกเวอร์ชันที่เหมาะสมของภาพได้ตามความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชันหรือแบนด์วิดท์ที่มี

ความปลอดภัยเป็นอีกด้านหนึ่งที่ JPM มีคุณสมบัติที่แข็งแกร่ง รูปแบบนี้รองรับการรวมลายเซ็นดิจิทัลและการเข้ารหัส ซึ่งสามารถใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของเอกสารและปกป้องข้อมูลที่ละเอียดอ่อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสาขาต่างๆ เช่น การจัดการเอกสารทางกฎหมายและการแพทย์ ซึ่งความสมบูรณ์และความลับของเอกสารมีความสำคัญสูงสุด

แม้จะมีข้อดีมากมาย แต่รูปแบบ JPM ก็ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะในตลาดผู้บริโภค สาเหตุหนึ่งเป็นเพราะความซับซ้อนของรูปแบบและทรัพยากรการคำนวณที่จำเป็นในการประมวลผลไฟล์ JPM นอกจากนี้ มาตรฐานตระกูล JPEG 2000 รวมถึง JPM ยังมีปัญหาเรื่องการออกใบอนุญาตสิทธิบัตร ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้เมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐาน JPEG เดิม ซึ่งโดยทั่วไปจะไม่มีสิทธิบัตร

สำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์และวิศวกรที่ทำงานกับไฟล์ JPM มีไลบรารีและเครื่องมือต่างๆ ที่รองรับรูปแบบนี้ ได้แก่ ไลบรารี OpenJPEG ซึ่งเป็นตัวแปลงสัญญาณ JPEG 2000 แบบโอเพนซอร์ส และผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์จากบริษัทซอฟต์แวร์ด้านการถ่ายภาพต่างๆ เมื่อทำงานกับไฟล์ JPM นักพัฒนาต้องมีความคุ้นเคยกับไวยากรณ์ของ JPEG 2000 code stream รวมถึงข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการจัดการเอกสารประกอบและข้อมูลเมตา

สรุปแล้ว รูปแบบภาพ JPM เป็นส่วนขยายที่มีประสิทธิภาพของมาตรฐาน JPEG 2000 ซึ่งมีคุณสมบัติหลากหลายที่เหมาะสำหรับการจัดเก็บและจัดการเอกสารประกอบ การรองรับเลเยอร์ภาพหลายเลเยอร์ การถอดรหัสแบบก้าวหน้า ข้อมูลเมตา การแบ่งเลเยอร์ และคุณสมบัติด้านความปลอดภัย ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันระดับมืออาชีพและทางเทคนิคที่คุณภาพของภาพและความสมบูรณ์ของเอกสารมีความสำคัญ แม้ว่าอาจไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเหมือนรูปแบบภาพอื่นๆ แต่ความสามารถเฉพาะทางก็ทำให้ยังคงเป็นเครื่องมือสำคัญในสาขาต่างๆ เช่น การถ่ายภาพเอกสารและการถ่ายภาพทางการแพทย์

รูปแบบภาพ JPEG XL (JXL) เป็นมาตรฐานการเข้ารหัสภาพรุ่นถัดไปที่มุ่งหมายจะเหนือกว่าความสามารถของรูปแบบที่มีอยู่ เช่น JPEG, PNG และ GIF โดยให้ประสิทธิภาพการบีบอัด คุณภาพ และคุณสมบัติที่เหนือกว่า เป็นผลมาจากความพยายามร่วมกันของคณะกรรมการ Joint Photographic Experts Group (JPEG) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาการบีบอัดภาพมาตรฐาน JPEG XL ออกแบบมาให้เป็นรูปแบบภาพสากลที่สามารถจัดการกับกรณีการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การถ่ายภาพระดับมืออาชีพไปจนถึงกราฟิกบนเว็บ

หนึ่งในเป้าหมายหลักของ JPEG XL คือการให้การบีบอัดภาพคุณภาพสูงที่สามารถลดขนาดไฟล์ได้อย่างมากโดยไม่ลดทอนคุณภาพของภาพ ซึ่งทำได้โดยใช้เทคนิคการบีบอัดขั้นสูงและกรอบการเข้ารหัสที่ทันสมัย รูปแบบนี้ใช้แนวทางแบบแยกส่วน ซึ่งช่วยให้สามารถรวมการประมวลผลภาพต่างๆ เช่น การแปลงพื้นที่สี การแมปโทนสี และการปรับขนาดแบบตอบสนองได้โดยตรงลงในไปป์ไลน์การบีบอัด

JPEG XL สร้างขึ้นบนพื้นฐานของตัวแปลงสัญญาณภาพสองตัวก่อนหน้า ได้แก่ PIK ของ Google และ FUIF (Free Universal Image Format) ของ Cloudinary ตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้ได้นำเสนอนวัตกรรมต่างๆ ในการบีบอัดภาพ ซึ่งได้รับการปรับปรุงและรวมเข้ากับ JPEG XL รูปแบบนี้ได้รับการออกแบบให้ปลอดค่าลิขสิทธิ์ ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับทั้งนักพัฒนาซอฟต์แวร์และผู้สร้างเนื้อหาที่ต้องการโซลูชันที่คุ้มค่าสำหรับการจัดเก็บและเผยแพร่ภาพ

หัวใจสำคัญของประสิทธิภาพการบีบอัดของ JPEG XL คือการใช้เทคนิคการเข้ารหัสเอนโทรปีสมัยใหม่ที่เรียกว่าระบบตัวเลขที่ไม่สมมาตร (ANS) ANS เป็นรูปแบบหนึ่งของการเข้ารหัสเลขคณิตที่ให้อัตราส่วนการบีบอัดที่ใกล้เคียงกับค่าที่เหมาะสมที่สุดโดยการเข้ารหัสการแจกแจงทางสถิติของข้อมูลภาพอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยให้ JPEG XL บีบอัดได้ดีกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม เช่น การเข้ารหัส Huffman ซึ่งใช้ในรูปแบบ JPEG เดิม

JPEG XL ยังนำเสนอพื้นที่สีใหม่ที่เรียกว่า XYB (eXtra Y, Blue-yellow) ซึ่งออกแบบมาให้สอดคล้องกับการรับรู้ภาพของมนุษย์ได้ดีกว่า พื้นที่สี XYB ช่วยให้บีบอัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยให้ความสำคัญกับส่วนประกอบของภาพที่สำคัญต่อดวงตามากกว่า ซึ่งส่งผลให้ได้ภาพที่มีขนาดไฟล์เล็กลงและมีสิ่งประดิษฐ์จากการบีบอัดน้อยลง โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงของสีที่ละเอียดอ่อน

อีกหนึ่งคุณสมบัติหลักของ JPEG XL คือการรองรับภาพช่วงไดนามิกสูง (HDR) และช่วงสีที่กว้าง (WCG) เมื่อเทคโนโลยีการแสดงผลพัฒนาขึ้น ก็มีความต้องการรูปแบบภาพที่สามารถจัดการกับช่วงความสว่างและสีที่ขยายออกไปซึ่งจอแสดงผลใหม่เหล่านี้สามารถสร้างได้ การรองรับ HDR และ WCG ของ JPEG XL ช่วยให้มั่นใจได้ว่าภาพจะดูสดใสและสมจริงบนหน้าจอล่าสุด โดยไม่จำเป็นต้องใช้ข้อมูลเมตาเพิ่มเติมหรือไฟล์ sidecar

JPEG XL ยังออกแบบมาโดยคำนึงถึงการถอดรหัสแบบก้าวหน้า ซึ่งหมายความว่าสามารถแสดงภาพได้ที่คุณภาพต่ำกว่าในขณะที่ยังดาวน์โหลดอยู่ และคุณภาพสามารถปรับปรุงได้อย่างต่อเนื่องเมื่อมีข้อมูลมากขึ้น คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการท่องเว็บ ซึ่งผู้ใช้จะมีความเร็วอินเทอร์เน็ตที่แตกต่างกันไป ช่วยให้ประสบการณ์การใช้งานดีขึ้นโดยการแสดงตัวอย่างภาพโดยไม่ต้องรอให้ดาวน์โหลดไฟล์ทั้งหมด

ในแง่ของความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง JPEG XL มีคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่า 'การบีบอัด JPEG ใหม่' ซึ่งช่วยให้สามารถบีบอัดภาพ JPEG ที่มีอยู่ใหม่เป็นรูปแบบ JPEG XL ได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพเพิ่มเติม ภาพที่บีบอัดใหม่ไม่เพียงแต่มีขนาดเล็กลงเท่านั้น แต่ยังคงข้อมูล JPEG ต้นฉบับทั้งหมดไว้ด้วย ซึ่งหมายความว่าสามารถแปลงกลับเป็นรูปแบบ JPEG ต้นฉบับได้หากจำเป็น สิ่งนี้ทำให้ JPEG XL เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการเก็บถาวรคอลเลกชันภาพ JPEG ขนาดใหญ่ เนื่องจากสามารถลดความต้องการพื้นที่จัดเก็บได้อย่างมากในขณะที่ยังคงความสามารถในการย้อนกลับไปยังไฟล์ต้นฉบับ

JPEG XL ยังตอบสนองความต้องการของภาพที่ตอบสนองได้บนเว็บ ด้วยความสามารถในการจัดเก็บความละเอียดต่างๆ ของภาพภายในไฟล์เดียว นักพัฒนาเว็บสามารถให้บริการขนาดภาพที่เหมาะสมที่สุดตามอุปกรณ์และความละเอียดหน้าจอของผู้ใช้ ซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการใช้ไฟล์ภาพแยกต่างหากสำหรับความละเอียดที่แตกต่างกัน และทำให้กระบวนการสร้างเว็บไซต์ที่ตอบสนองได้ง่ายขึ้น

สำหรับช่างภาพมืออาชีพและนักออกแบบกราฟิก JPEG XL รองรับการบีบอัดแบบไม่สูญเสียข้อมูล ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลภาพต้นฉบับทุกบิตจะได้รับการเก็บรักษาไว้ สิ่งนี้มีความสำคัญสำหรับแอปพลิเคชันที่ความสมบูรณ์ของภาพมีความสำคัญสูงสุด เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์ การเก็บถาวรแบบดิจิทัล และการแก้ไขภาพระดับมืออาชีพ โหมดไม่สูญเสียข้อมูลของ JPEG XL ยังมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งมักจะส่งผลให้ขนาดไฟล์เล็กลงเมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบไม่สูญเสียข้อมูลอื่นๆ เช่น PNG หรือ TIFF

ชุดคุณสมบัติของ JPEG XL ขยายไปถึงการรองรับแอนิเมชัน ซึ่งคล้ายกับรูปแบบ GIF และ WebP แต่มีการบีบอัดและคุณภาพที่ดีกว่ามาก ซึ่งทำให้เป็นตัวแทนที่เหมาะสมสำหรับ GIF บนเว็บ โดยให้แอนิเมชันที่ราบรื่นกว่าด้วยจานสีที่กว้างกว่าและไม่มีข้อจำกัดของ GIF ที่จำกัดไว้ที่ 256 สี

รูปแบบนี้ยังรวมถึงการรองรับข้อมูลเมตาที่แข็งแกร่ง รวมถึงโปรไฟล์ EXIF, XMP และ ICC เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับภาพจะได้รับการเก็บรักษาไว้ในระหว่างการบีบอัด ข้อมูลเมตานี้สามารถรวมรายละเอียดต่างๆ เช่น การตั้งค่ากล้อง ข้อมูลลิขสิทธิ์ และข้อมูลการจัดการสี ซึ่งมีความจำเป็นทั้งสำหรับการใช้งานระดับมืออาชีพและการเก็บรักษาสมบัติทางดิจิทัล

การออกแบบ JPEG XL ยังคำนึงถึงความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัว รูปแบบนี้ไม่อนุญาตให้มีการรวมโค้ดที่สามารถเรียกใช้งานได้ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของช่องโหว่ด้านความปลอดภัยที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ผ่านภาพ นอกจากนี้ JPEG XL ยังรองรับการลบข้อมูลเมตาที่ละเอียดอ่อน ซึ่งสามารถช่วยปกป้องความเป็นส่วนตัวของผู้ใช้เมื่อแชร์ภาพออนไลน์

JPEG XL ออกแบบมาให้รองรับอนาคตได้ โดยมีรูปแบบคอนเทนเนอร์ที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถขยายได้เพื่อรองรับคุณสมบัติและเทคโนโลยีใหม่ๆ เมื่อมีการพัฒนาขึ้น ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่ารูปแบบนี้สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปและยังคงทำหน้าที่เป็นรูปแบบภาพสากลได้ในอีกหลายปีข้างหน้า

ในแง่ของการนำไปใช้ JPEG XL ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น โดยมีการดำเนินการอย่างต่อเนื่องเพื่อรวมการรองรับลงในเว็บเบราว์เซอร์ ระบบปฏิบัติการ และซอฟต์แวร์แก้ไขภาพ เมื่อมีแพลตฟอร์มต่างๆ นำรูปแบบนี้ไปใช้มากขึ้น คาดว่าจะได้รับความนิยมมากขึ้นในฐานะตัวแทนของรูปแบบภาพเก่าๆ โดยนำเสนอการผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพ คุณภาพ และคุณสมบัติที่ดียิ่งขึ้น

สรุปแล้ว JPEG XL เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีการบีบอัดภาพ การผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพการบีบอัดสูง การรองรับคุณสมบัติการถ่ายภาพสมัยใหม่ และความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง ทำให้เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งที่จะกลายเป็นมาตรฐานใหม่สำหรับการจัดเก็บและส่งภาพ เมื่อรูปแบบนี้ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ก็มีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงวิธีที่เราสร้าง แ