Chuyển đổi JXLs thành JPGs

JPEG XL (JXL) là định dạng hình ảnh thế hệ tiếp theo, là tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh nhằm vượt qua khả năng của các định dạng hiện có như JPEG, PNG và GIF bằng cách cung cấp hiệu quả nén, chất lượng và các tính năng vượt trội. Đây là kết quả của nỗ lực hợp tác của ủy ban Nhóm chuyên gia nhiếp ảnh chung (JPEG), đơn vị đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các tiêu chuẩn nén hình ảnh. JPEG XL được thiết kế để trở thành định dạng hình ảnh phổ quát có thể xử lý nhiều trường hợp sử dụng, từ nhiếp ảnh chuyên nghiệp đến đồ họa web.

Một trong những mục tiêu chính của JPEG XL là cung cấp khả năng nén hình ảnh chất lượng cao, có thể giảm đáng kể kích thước tệp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Điều này đạt được thông qua sự kết hợp của các kỹ thuật nén tiên tiến và một khuôn khổ mã hóa hiện đại. Định dạng này sử dụng phương pháp tiếp cận theo mô-đun, cho phép kết hợp nhiều hoạt động xử lý hình ảnh như chuyển đổi không gian màu, ánh xạ tông màu và thay đổi kích thước phản hồi trực tiếp vào đường ống nén.

JPEG XL được xây dựng trên nền tảng của hai bộ giải mã hình ảnh trước đó: PIK của Google và FUIF (Định dạng hình ảnh phổ quát miễn phí) của Cloudinary. Các bộ giải mã này đã giới thiệu một số cải tiến trong việc nén hình ảnh, sau đó được tinh chỉnh và tích hợp vào JPEG XL. Định dạng này được thiết kế miễn phí bản quyền, khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho cả nhà phát triển phần mềm và người tạo nội dung, những người cần giải pháp tiết kiệm chi phí để lưu trữ và phân phối hình ảnh.

Điểm cốt lõi trong hiệu quả nén của JPEG XL là việc sử dụng kỹ thuật mã hóa entropy hiện đại được gọi là hệ thống số không đối xứng (ANS). ANS là một dạng mã hóa số học cung cấp tỷ lệ nén gần tối ưu bằng cách mã hóa hiệu quả phân phối thống kê của dữ liệu hình ảnh. Điều này cho phép JPEG XL đạt được khả năng nén tốt hơn so với các phương pháp truyền thống như mã hóa Huffman, được sử dụng trong định dạng JPEG gốc.

JPEG XL cũng giới thiệu một không gian màu mới gọi là XYB (eXtra Y, Blue-yellow), được thiết kế để phù hợp hơn với nhận thức thị giác của con người. Không gian màu XYB cho phép nén hiệu quả hơn bằng cách ưu tiên các thành phần của hình ảnh quan trọng hơn đối với mắt người. Điều này tạo ra các hình ảnh không chỉ có kích thước tệp nhỏ hơn mà còn ít hiện tượng nhiễu nén hơn, đặc biệt là ở những vùng có sự thay đổi màu sắc tinh tế.

Một tính năng chính khác của JPEG XL là hỗ trợ hình ảnh dải động cao (HDR) và gam màu rộng (WCG). Khi công nghệ hiển thị phát triển, nhu cầu về các định dạng hình ảnh có thể xử lý dải độ sáng và màu sắc mở rộng mà các màn hình mới này có thể tạo ra ngày càng tăng. Hỗ trợ HDR và WCG gốc của JPEG XL đảm bảo rằng hình ảnh trông sống động và chân thực trên các màn hình mới nhất, mà không cần siêu dữ liệu bổ sung hoặc tệp sidecar.

JPEG XL cũng được thiết kế với mục đích giải mã tiến bộ. Điều này có nghĩa là hình ảnh có thể được hiển thị ở chất lượng thấp hơn trong khi vẫn đang được tải xuống và chất lượng có thể cải thiện dần dần khi có thêm dữ liệu. Tính năng này đặc biệt hữu ích cho việc duyệt web, nơi người dùng có thể có tốc độ internet khác nhau. Nó cho phép trải nghiệm người dùng tốt hơn bằng cách cung cấp bản xem trước của hình ảnh mà không cần phải đợi toàn bộ tệp tải xuống.

Về khả năng tương thích ngược, JPEG XL cung cấp một tính năng độc đáo gọi là 'nén lại JPEG'. Tính năng này cho phép nén lại các hình ảnh JPEG hiện có thành định dạng JPEG XL mà không làm giảm thêm chất lượng. Các hình ảnh được nén lại không chỉ có kích thước nhỏ hơn mà còn giữ lại tất cả dữ liệu JPEG gốc, có nghĩa là chúng có thể được chuyển đổi trở lại định dạng JPEG gốc nếu cần. Điều này khiến JPEG XL trở thành lựa chọn hấp dẫn để lưu trữ các bộ sưu tập hình ảnh JPEG lớn, vì nó có thể giảm đáng kể yêu cầu lưu trữ trong khi vẫn giữ khả năng khôi phục về các tệp gốc.

JPEG XL cũng giải quyết nhu cầu về hình ảnh phản hồi trên web. Với khả năng lưu trữ nhiều độ phân giải của hình ảnh trong một tệp duy nhất, các nhà phát triển web có thể cung cấp kích thước hình ảnh phù hợp nhất dựa trên thiết bị và độ phân giải màn hình của người dùng. Điều này loại bỏ nhu cầu về các tệp hình ảnh riêng biệt cho các độ phân giải khác nhau và đơn giản hóa quá trình tạo thiết kế web phản hồi.

Đối với các nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp và nhà thiết kế đồ họa, JPEG XL hỗ trợ nén không mất dữ liệu, đảm bảo rằng mọi bit dữ liệu hình ảnh gốc đều được bảo toàn. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng mà tính toàn vẹn của hình ảnh là tối quan trọng, chẳng hạn như trong hình ảnh y tế, lưu trữ kỹ thuật số và chỉnh sửa ảnh chuyên nghiệp. Chế độ không mất dữ liệu của JPEG XL cũng rất hiệu quả, thường tạo ra các tệp có kích thước nhỏ hơn so với các định dạng không mất dữ liệu khác như PNG hoặc TIFF.

Bộ tính năng của JPEG XL được mở rộng để bao gồm hỗ trợ hoạt ảnh, tương tự như các định dạng GIF và WebP, nhưng có khả năng nén và chất lượng tốt hơn nhiều. Điều này khiến nó trở thành sự thay thế phù hợp cho GIF trên web, cung cấp hoạt ảnh mượt mà hơn với bảng màu rộng hơn và không có giới hạn về 256 màu của GIF.

Định dạng này cũng bao gồm hỗ trợ mạnh mẽ cho siêu dữ liệu, bao gồm các cấu hình EXIF, XMP và ICC, đảm bảo rằng thông tin quan trọng về hình ảnh được bảo toàn trong quá trình nén. Siêu dữ liệu này có thể bao gồm các chi tiết như cài đặt máy ảnh, thông tin bản quyền và dữ liệu quản lý màu, rất cần thiết cho cả mục đích sử dụng chuyên nghiệp và bảo tồn di sản kỹ thuật số.

Tính bảo mật và quyền riêng tư cũng được cân nhắc trong thiết kế của JPEG XL. Định dạng này không cho phép đưa vào mã thực thi, giúp giảm nguy cơ lỗ hổng bảo mật có thể bị khai thác thông qua hình ảnh. Ngoài ra, JPEG XL hỗ trợ xóa siêu dữ liệu nhạy cảm, có thể giúp bảo vệ quyền riêng tư của người dùng khi chia sẻ hình ảnh trực tuyến.

JPEG XL được thiết kế để có khả năng chống lỗi trong tương lai, với định dạng vùng chứa linh hoạt có thể được mở rộng để hỗ trợ các tính năng và công nghệ mới khi chúng xuất hiện. Điều này đảm bảo rằng định dạng này có thể thích ứng với các yêu cầu thay đổi và tiếp tục phục vụ như một định dạng hình ảnh phổ quát trong nhiều năm tới.

Về khả năng áp dụng, JPEG XL vẫn đang trong giai đoạn đầu, với những nỗ lực đang diễn ra để tích hợp hỗ trợ vào trình duyệt web, hệ điều hành và phần mềm chỉnh sửa hình ảnh. Khi nhiều nền tảng áp dụng định dạng này hơn, định dạng này dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi để thay thế các định dạng hình ảnh cũ hơn, cung cấp sự kết hợp giữa hiệu quả, chất lượng và tính năng được cải thiện.

Tóm lại, JPEG XL đại diện cho một bước tiến đáng kể trong công nghệ nén hình ảnh. Sự kết hợp giữa hiệu quả nén cao, hỗ trợ các tính năng hình ảnh hiện đại và khả năng tương thích ngược định vị nó như một ứng cử viên mạnh mẽ để trở thành tiêu chuẩn mới cho việc lưu trữ và truyền hình ảnh. Khi định dạng này được áp dụng rộng rãi hơn, nó có tiềm năng biến đổi cách chúng ta tạo, chia sẻ và sử dụng hình ảnh kỹ thuật số, giúp chúng dễ tiếp cận và thú vị hơn đối với mọi người.

JPEG 2000 Đa lớp (JPM) là phần mở rộng của chuẩn JPEG 2000, là chuẩn nén ảnh và hệ thống mã hóa. Được Ủy ban Chuyên gia Nhiếp ảnh Liên hợp tạo ra vào năm 2000 với mục đích thay thế chuẩn JPEG ban đầu. JPEG 2000 được biết đến với hiệu quả nén cao và khả năng xử lý nhiều loại ảnh, bao gồm ảnh xám, ảnh màu và ảnh đa thành phần. Định dạng JPM mở rộng khả năng của JPEG 2000 để hỗ trợ tài liệu hợp nhất, có thể chứa hỗn hợp văn bản, đồ họa và hình ảnh.

JPM được định nghĩa trong Phần 6 của Bộ JPEG 2000 (ISO/IEC 15444-6) và được thiết kế để đóng gói nhiều hình ảnh và dữ liệu liên quan trong một tệp duy nhất. Điều này làm cho nó đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng như chụp ảnh tài liệu, chụp ảnh y tế và chụp ảnh kỹ thuật, nơi các loại nội dung khác nhau cần được lưu trữ cùng nhau. Định dạng JPM cho phép lưu trữ hiệu quả các trang trong tài liệu, mỗi trang có thể chứa một số vùng hình ảnh với các đặc điểm khác nhau, cũng như dữ liệu không phải hình ảnh như chú thích hoặc siêu dữ liệu.

Một trong những tính năng chính của JPM là sử dụng luồng mã JPEG 2000 (JPX), là phiên bản mở rộng của luồng mã JPEG 2000 cơ bản (JP2). JPX hỗ trợ nhiều không gian màu hơn, siêu dữ liệu tinh vi hơn và độ sâu bit cao hơn. Trong tệp JPM, mỗi hình ảnh hoặc 'lớp' được lưu trữ dưới dạng luồng mã JPX riêng biệt. Điều này cho phép mỗi lớp được nén theo các đặc điểm riêng của nó, có thể dẫn đến nén hiệu quả hơn và kết quả chất lượng cao hơn, đặc biệt đối với các tài liệu hợp nhất có nhiều loại nội dung.

Cấu trúc của tệp JPM theo dạng phân cấp và bao gồm một loạt các hộp. Hộp là một đơn vị độc lập bao gồm tiêu đề và dữ liệu. Tiêu đề chỉ định loại và độ dài của hộp, trong khi dữ liệu chứa nội dung thực tế. Hộp cấp cao nhất trong tệp JPM là hộp chữ ký, xác định tệp là tệp họ JPEG 2000. Theo sau hộp chữ ký là các hộp loại tệp, hộp tiêu đề và hộp nội dung, cùng các hộp khác. Các hộp tiêu đề chứa thông tin về tệp, chẳng hạn như số trang và các thuộc tính của từng trang, trong khi các hộp nội dung chứa dữ liệu hình ảnh và bất kỳ dữ liệu không phải hình ảnh nào được liên kết.

Về mặt nén, các tệp JPM có thể sử dụng cả phương pháp nén không mất dữ liệu và mất dữ liệu. Nén không mất dữ liệu đảm bảo rằng dữ liệu hình ảnh gốc có thể được tái tạo hoàn hảo từ dữ liệu đã nén, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng mà tính toàn vẹn của hình ảnh là tối quan trọng, chẳng hạn như chụp ảnh y tế. Mặt khác, nén mất dữ liệu cho phép kích thước tệp nhỏ hơn bằng cách loại bỏ một số dữ liệu hình ảnh, điều này có thể chấp nhận được trong các tình huống không yêu cầu độ trung thực hoàn hảo.

JPM cũng hỗ trợ khái niệm 'giải mã tiến bộ', nghĩa là có thể hiển thị phiên bản độ phân giải thấp của hình ảnh trong khi hình ảnh độ phân giải đầy đủ vẫn đang được tải xuống hoặc xử lý. Điều này đặc biệt hữu ích đối với hình ảnh lớn hoặc kết nối mạng chậm, vì nó cho phép người dùng xem trước nhanh mà không phải đợi toàn bộ tệp có sẵn.

Một khía cạnh quan trọng khác của JPM là hỗ trợ siêu dữ liệu. Siêu dữ liệu trong các tệp JPM có thể bao gồm thông tin về tài liệu, chẳng hạn như tác giả, tiêu đề và từ khóa, cũng như thông tin về từng hình ảnh, chẳng hạn như ngày chụp, cài đặt máy ảnh và vị trí địa lý. Siêu dữ liệu này có thể được lưu trữ ở định dạng XML, giúp dễ dàng truy cập và sửa đổi. Ngoài ra, JPM hỗ trợ việc đưa vào các cấu hình ICC, định nghĩa không gian màu của hình ảnh, đảm bảo tái tạo màu chính xác trên các thiết bị khác nhau.

Các tệp JPM cũng có khả năng lưu trữ nhiều phiên bản của một hình ảnh, mỗi phiên bản có độ phân giải hoặc cài đặt chất lượng khác nhau. Tính năng này, được gọi là 'đa lớp', cho phép lưu trữ và truyền tải hiệu quả hơn, vì có thể chọn phiên bản hình ảnh phù hợp dựa trên nhu cầu cụ thể của ứng dụng hoặc băng thông khả dụng.

Bảo mật là một lĩnh vực khác mà JPM cung cấp các tính năng mạnh mẽ. Định dạng này hỗ trợ việc đưa vào chữ ký số và mã hóa, có thể được sử dụng để xác minh tính xác thực của tài liệu và bảo vệ thông tin nhạy cảm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như quản lý tài liệu pháp lý và y tế, nơi tính toàn vẹn và bảo mật của tài liệu là tối quan trọng.

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng định dạng JPM vẫn chưa được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là trên thị trường tiêu dùng. Điều này một phần là do tính phức tạp của định dạng và các tài nguyên tính toán cần thiết để xử lý các tệp JPM. Ngoài ra, họ tiêu chuẩn JPEG 2000, bao gồm cả JPM, đã phải chịu các vấn đề cấp phép bằng sáng chế, điều này đã cản trở việc áp dụng của nó so với chuẩn JPEG ban đầu, thường không bị ràng buộc bởi bằng sáng chế.

Đối với các nhà phát triển phần mềm và kỹ sư làm việc với các tệp JPM, có một số thư viện và công cụ hỗ trợ định dạng này. Bao gồm thư viện OpenJPEG, là codec JPEG 2000 nguồn mở và các sản phẩm thương mại từ nhiều công ty phần mềm hình ảnh khác nhau. Khi làm việc với các tệp JPM, các nhà phát triển phải quen thuộc với cú pháp luồng mã JPEG 2000, cũng như các yêu cầu cụ thể để xử lý tài liệu hợp nhất và siêu dữ liệu.

Tóm lại, định dạng hình ảnh JPM là phần mở rộng mạnh mẽ của chuẩn JPEG 2000, cung cấp nhiều tính năng phù hợp để lưu trữ và quản lý tài liệu hợp nhất. Hỗ trợ nhiều lớp hình ảnh, giải mã tiến bộ, siêu dữ liệu, đa lớp và các tính năng bảo mật của nó làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng chuyên nghiệp và kỹ thuật, nơi chất lượng hình ảnh và tính toàn vẹn của tài liệu là rất quan trọng. Mặc dù nó có thể không được sử dụng phổ biến như các định dạng hình ảnh khác, nhưng các khả năng chuyên biệt của nó đảm bảo rằng nó vẫn là một công cụ quan trọng trong các lĩnh vực như chụp ảnh tài liệu và chụp ảnh y tế.