轉換 JPGs 為 JXLs

JPEG（聯合圖像專家小組）圖像格式，通常稱為 JPG，是一種廣泛使用的有損壓縮數位影像方法，特別是針對數位攝影產生的影像。壓縮程度可以調整，允許在儲存大小和影像品質之間進行可選擇的權衡。JPEG 通常可以達到 10:1 的壓縮比，而影像品質幾乎沒有明顯損失。

JPEG 壓縮用於多種影像檔案格式。JPEG/Exif 是數位相機和其他攝影影像擷取裝置最常用的影像格式；與 JPEG/JFIF 一起，它是網際網路上儲存和傳輸攝影影像最常見的格式。這些格式變體通常沒有區別，而僅稱為 JPEG。

JPEG 格式包含多種標準，包括 JPEG/Exif、JPEG/JFIF 和 JPEG 2000，JPEG 2000 是一種較新的標準，提供更好的壓縮效率和更高的運算複雜度。JPEG 標準很複雜，有各種部分和設定檔，但最常用的 JPEG 標準是基線 JPEG，這是大多數人在提到「JPEG」影像時所指的。

JPEG 壓縮演算法的核心是一種基於離散餘弦轉換 (DCT) 的壓縮技術。DCT 是一種與離散傅立葉轉換 (DFT) 類似的傅立葉相關轉換，但僅使用餘弦函數。使用 DCT 是因為它具有將大部分訊號集中在頻譜的低頻率區域的特性，這與自然影像的特性密切相關。

JPEG 壓縮過程包含幾個步驟。最初，影像會從其原始色彩空間（通常為 RGB）轉換為稱為 YCbCr 的不同色彩空間。YCbCr 色彩空間將影像分為亮度元件 (Y)，代表亮度等級，以及兩個色度元件 (Cb 和 Cr)，代表色彩資訊。這種分離是有益的，因為人眼對亮度的變化比對色彩更敏感，允許更積極地壓縮色度元件，而不會顯著影響感知的影像品質。

在色彩空間轉換後，影像會分割成區塊，通常大小為 8x8 像素。然後會個別處理每個區塊。對於每個區塊，會套用 DCT，將空間域資料轉換為頻率域資料。此步驟至關重要，因為它使影像資料更易於壓縮，因為自然影像往往具有比高頻率元件更重要的低頻率元件。

套用 DCT 後，會對產生的係數進行量化。量化是將一大組輸入值對應到較小的一組值的過程，有效地減少儲存它們所需的位元數。這是 JPEG 壓縮中損失的主要來源。量化步驟由量化表控制，該表決定對每個 DCT 係數套用多少壓縮。透過調整量化表，使用者可以在影像品質和檔案大小之間進行權衡。

量化後，會透過之字形掃描將係數線性化，按遞增頻率對它們排序。此步驟很重要，因為它將較可能重要的低頻率係數和量化後較可能為零或接近零的高頻率係數分組在一起。此排序有助於下一個步驟，即熵編碼。

熵編碼是一種無損壓縮方法，套用於量化的 DCT 係數。JPEG 中最常用的熵編碼形式是霍夫曼編碼，儘管標準也支援算術編碼。霍夫曼編碼透過將較短的碼分配給較頻繁的元素，將較長的碼分配給較不頻繁的元素來運作。由於自然影像在量化後往往有許多零或接近零的係數，特別是在高頻率區域，因此霍夫曼編碼可以顯著減少壓縮資料的大小。

JPEG 壓縮過程中的最後一步是將壓縮資料儲存在檔案格式中。最常見的格式是 JPEG 檔案交換格式 (JFIF)，它定義如何表示壓縮資料和相關的元資料，例如量化表和霍夫曼碼表，在一個可以由各種軟體解碼的檔案中。另一種常見的格式是可交換影像檔案格式 (Exif)，它由數位相機使用，並包含相機設定和場景資訊等元資料。

JPEG 檔案也包含標記，它們是定義檔案中特定參數或動作的碼序列。這些標記可以表示影像的開始、影像的結束、定義量化表、指定霍夫曼碼表等等。標記對於正確解碼 JPEG 影像至關重要，因為它們提供從壓縮資料重建影像所需的資訊。

JPEG 的主要特點之一是它支援漸進式編碼。在漸進式 JPEG 中，影像會以多重傳遞編碼，每次傳遞都會改善影像品質。這允許在檔案仍在下載時顯示影像的低品質版本，這對於網路影像特別有用。漸進式 JPEG 檔案通常比基線 JPEG 檔案大，但載入期間的品質差異可以改善使用者體驗。

儘管 JPEG 廣泛使用，但它有一些限制。壓縮的有損性質可能會導致偽影，例如區塊化（影像可能顯示出可見的正方形）和「振鈴」（邊緣可能伴隨著雜散振盪）。這些偽影在較高的壓縮等級下更為明顯。此外，JPEG 不適合具有銳利邊緣或高對比文字的影像，因為壓縮演算法可能會模糊邊緣並降低可讀性。

為了解決原始 JPEG 標準的一些限制，開發了 JPEG 2000。JPEG 2000 提供了多項改進，包括更好的壓縮效率、支援無損壓縮，以及有效處理更廣泛的影像類型。然而，與原始 JPEG 標準相比，JPEG 2000 尚未廣泛採用，這主要是由於運算複雜度增加以及某些軟體和網路瀏覽器缺乏支援。

總之，JPEG 影像格式是一種複雜但有效的攝影影像壓縮方法。它被廣泛採用是因為它在影像品質和檔案大小之間取得平衡的靈活性，使其適用於各種應用，從網路圖形到專業攝影。儘管它有缺點，例如容易產生壓縮偽影，但它易於使用且支援各種裝置和軟體，使其成為當今最受歡迎的影像格式之一。

JPEG XL (JXL) 影像格式是一種新一代的影像編碼標準，旨在超越 JPEG、PNG 和 GIF 等現有格式的功能，提供優異的壓縮效率、品質和功能。它是聯合影像專家小組 (JPEG) 委員會合作的成果，該委員會在影像壓縮標準的發展中發揮了重要作用。JPEG XL 被設計為一種通用影像格式，可以處理從專業攝影到網路圖形的廣泛使用案例。

JPEG XL 的主要目標之一是提供高品質的影像壓縮，可以在不影響視覺品質的情況下大幅縮小檔案大小。這是透過先進的壓縮技術和現代編碼架構的結合來實現的。該格式採用模組化方法，允許將各種影像處理作業（例如色彩空間轉換、色調對應和回應式調整大小）直接整合到壓縮流程中。

JPEG XL 建立在兩個先前的影像編解碼器的基礎上：Google 的 PIK 和 Cloudinary 的 FUIF（免費通用影像格式）。這些編解碼器在影像壓縮方面引入了多項創新，這些創新已進一步改良並整合到 JPEG XL 中。該格式被設計為免版稅，這使其成為軟體開發人員和需要具成本效益的影像儲存和分發解決方案的內容創作者的誘人選擇。

JPEG XL 壓縮效率的核心是使用一種稱為非對稱數字系統 (ANS) 的現代熵編碼技術。ANS 是一種算術編碼形式，透過有效編碼影像資料的統計分佈，提供近乎最佳的壓縮比。這使 JPEG XL 能夠比傳統方法（例如原始 JPEG 格式中使用的霍夫曼編碼）實現更好的壓縮。

JPEG XL 還引入了一個稱為 XYB（額外 Y、藍黃）的新色彩空間，旨在更好地與人類視覺感知相符。XYB 色彩空間透過優先處理對人眼更重要的影像組成部分，實現更有效的壓縮。這會產生檔案大小較小且壓縮偽像較少的影像，特別是在色彩變化細微的區域。

JPEG XL 的另一個關鍵功能是支援高動態範圍 (HDR) 和廣色域 (WCG) 影像。隨著顯示技術的發展，對於能夠處理這些新顯示器可以產生的擴展亮度和色彩範圍的影像格式的需求日益增加。JPEG XL 對 HDR 和 WCG 的原生支援確保影像在最新的螢幕上看起來生動逼真，而不需要額外的元資料或附加檔案。

JPEG XL 的設計也考慮了漸進式解碼。這表示影像可以在下載時以較低的品質顯示，並且隨著更多資料的可用，品質可以逐漸提升。此功能對於網路瀏覽特別有用，因為使用者可能具有不同的網際網路速度。它透過在不必等待整個檔案下載的情況下提供影像預覽，提供更好的使用者體驗。

在向後相容性方面，JPEG XL 提供了一個稱為「JPEG 重新壓縮」的獨特功能。這允許現有的 JPEG 影像重新壓縮成 JPEG XL 格式，而不會有任何額外的品質損失。重新壓縮的影像不僅大小較小，而且還保留所有原始 JPEG 資料，這表示它們可以在需要時轉換回原始 JPEG 格式。這使得 JPEG XL 成為封存大量 JPEG 影像的誘人選擇，因為它可以在保留還原為原始檔案的能力的同時，大幅減少儲存需求。

JPEG XL 也滿足了網路中回應式影像的需求。透過將影像的多個解析度儲存在單一檔案中的能力，網路開發人員可以根據使用者的裝置和螢幕解析度提供最合適的影像大小。這消除了需要針對不同解析度提供個別影像檔案，並簡化了建立回應式網頁設計的流程。

對於專業攝影師和平面設計師，JPEG XL 支援無損壓縮，這確保原始影像資料的每一個位元都得以保留。這對於影像完整性至關重要的應用程式（例如醫學影像、數位檔案和專業照片編輯）至關重要。JPEG XL 的無損模式也非常有效率，與 PNG 或 TIFF 等其他無損格式相比，通常會產生較小的檔案大小。

JPEG XL 的功能集延伸至包括對動畫的支援，類似於 GIF 和 WebP 格式，但具有更好的壓縮和品質。這使其成為網路中 GIF 的合適替代品，提供更流暢的動畫、更廣泛的色彩範圍，且沒有 GIF 256 色限制的限制。

該格式還包含對元資料的強大支援，包括 EXIF、XMP 和 ICC 設定檔，確保在壓縮過程中保留有關影像的重要資訊。這些元資料可以包括相機設定、版權資訊和色彩管理資料等詳細資訊，這些資訊對於專業用途和數位遺產的保存都是必要的。

安全性與隱私也在 JPEG XL 的設計中受到考量。該格式不允許包含可執行程式碼，這降低了可透過影像加以利用的安全漏洞風險。此外，JPEG XL 支援移除敏感元資料，這有助於在線上分享影像時保護使用者隱私。

JPEG XL 被設計為具有前瞻性，採用靈活的容器格式，可以延伸以支援隨著新功能和技術出現而出現的新功能和技術。這確保該格式可以適應不斷變化的需求，並在未來幾年繼續作為通用影像格式。

在採用方面，JPEG XL 仍處於早期階段，正在持續努力將支援整合到網路瀏覽器、作業系統和影像編輯軟體中。隨著更多平台採用該格式，預計它將作為舊影像格式的替代品而獲得關注，提供效率、品質和功能的綜合提升。

總之，JPEG XL 代表了影像壓縮技術的重大進步。它結合了高壓縮效率、對現代影像功能的支援和向後相容性，使其成為成為影像儲存和傳輸新標準的有力候選者。隨著該格式獲得更廣泛的採用，它有可能改變我們建立、分享和使用數位影像的方式，讓它們對所有人來說更易於取得和享受。