معيار متطور لضغط الصور الفوتوغرافية

تعديل الصور في المجال المضغوط

ومن جهة أخرى، كما أن فك التشفير الكامل غير ضروري لبعض عمليات التحرير مثل القص، أو القلب الأفقي أو الرأسي، أو التدويرات الأساسية.

علاوةً على ذلك، في JPEG XR، لا يلزم فك تشفير الصورة بالكامل لتحويل الصورة من ترميز بدون فقدان إلى ترميز مع فقدان، أو تقليل دقة الترميز مع فقدان، أو تقليل دقة الصورة المشفرة.

في هذا الإطار، يمكن كذلك تغيير بنية البلاط للوصول إلى مناطق الصورة دون فك التشفير الكامل ودون إدخال تشويه.

مكتبة jxrlib، مكتبة التنفيذ المرجعية

في هذا الإطار، تستعمل لعبة الفيديو ريج لعام 2011 تقنية ضغط JPEG XR لضغط نسيجها.

مكون تصوير ويندوز (WIC)

ضغط بلا فقدان

ومن جهة أخرى، يدعم تنسيق JPEG XR كذلك الضغط بدون فقدان للبيانات. وتتشابه خطوات معالجة الإشارة في JPEG XR لكلٍ من الضغط بدون فقدان للبيانات والضغط مع فقدانها. وهذا ما يجعل دعم وضع الضغط بدون فقدان للبيانات أمرًا بسيطًا، ويتيح "قص" بعض البتات من صورة مضغوطة بدون فقدان للبيانات لإنتاج صورة مضغوطة مع فقدانها.

دعم هيكل البلاط

وعلى صعيد آخر، يمكن تقسيم صورة مشفرة بتقنية JPEG XR إلى مناطق متجاورة. ويمكن فك تشفير بيانات كل منطقة على حدة. يتيح ذلك الوصول السريع إلى أجزاء من الصورة دون الحاجة إلى فك تشفير الصورة بأكملها. عند استخدام نوع من التجانب يُعرف باسم "التجانب المرن"، يمكن تغيير بنية مناطق التجانب دون فك تشفير الصورة بالكامل ودون إحداث أي تشويه إضافي.

دعم البرمجيات

من جانب آخر، تدعم منتجات البرامج البارزة التالية تقنية JPEG XR بشكل أصلي:

أدوبي أير 3.3 والإصدارات الأحدث

ومن جهة أخرى، تم نشر تطبيق برمجي مرجعي لـ JPEG XR كتوصية ITU-T T.835 ومعيار ISO/IEC الدولي 29199-5.

وفي السياق ذاته، تدعم واجهات برمجة التطبيقات وأطار البرامج التالية تقنية JPEG XR، ويمكن استخدامها في برامج أخرى لتوفير دعم JPEG XR للمستعملين النهائيين:

أدوبي فلاش بلاير 11.3 والإصدارات الأحدث

العناصر الأساسية للأداء المتكامل (IPP)

تنسيق الحاوية

وفي هذا السياق، بدأ عمل جديد في لجنة JPEG لتمكين استخدام ترميز صور JPEG XR ضمن تنسيق تخزين ملفات JPX - مما يتيح استخدام بروتوكول JPIP، الذي يسمح بالتصفح التفاعلي للصور المتصلة بالشبكة. فضلًا عن ذلك، تمت الموافقة على مواصفات Motion JPEG XR كمعيار ISO لضغط الحركة (الفيديو) في مارس 2010.

وفي السياق ذاته، يُحدد الملحق (أ) من معيار JPEG XR أحد تنسيقات حاويات الملفات التي يمكن استخدامها لتخزين بيانات صور JPEG XR. وهو تنسيق مشابه لتنسيق TIFF، يستعمل جدولًا من علامات دليل ملف الصورة (IFD). يحتوي ملف JPEG XR على بيانات الصورة، وبيانات قناة ألفا (اختيارية)، وبيانات وصفية، وبيانات وصفية XMP (اختيارية) مخزنة بتنسيق RDF/XML، وبيانات وصفية Exif (اختيارية)، ضمن علامات IFD. بيانات الصورة عبارة عن كتلة بيانات متصلة ومستقلة. يمكن ضغط قناة ألفا (اختيارية)، إن وُجدت، كسجل صورة منفصل، مما يُمكّن من فك تشفير بيانات الصورة بشكل مستقل عن بيانات الشفافية في التطبيقات التي لا تدعم الشفافية. (بدلاً من ذلك، يدعم JPEG XR كذلك تنسيق قناة ألفا "المتداخلة"، حيث يتم ترميز بيانات قناة ألفا مع بيانات الصورة الأخرى في دفق ترميز مضغوط واحد).

ومن ناحية أخرى، نظرًا لكونه قائمًا على TIFF، فإن هذا التنسيق يرث جميع قيود تنسيق TIFF بما في ذلك حد حجم الملف البالغ 4 جيجابايت، والذي بحسب مواصفات HD Photo "سيتم معالجته في تحديث مستقبلي".

خوارزمية الضغط

وفي السياق ذاته، تزعم مواصفات HD Photo bitstream أن "HD Photo توفر جودة صورة مماثلة لـ JPEG-2000 مع أداء حسابي وذاكرة أقرب إلى JPEG"، وأنها "تقدم صورة مضغوطة مع فقدان البيانات بجودة إدراكية أفضل من JPEG بأقل من نصف حجم الملف"، وأن "الصور المضغوطة بدون فقدان البيانات... عادة ما تكون أصغر بمقدار 2.5 مرة من البيانات الأصلية غير المضغوطة".

ومن جهة أخرى، تحدد JFIF وغيرها من ممارسات ترميز الصور الشائعة تحويلاً خطياً من RGB إلى YCbCr، وهو تحويلٌ يُفقد بعض البيانات عملياً بسبب خطأ التقريب. أما JPEG XR فيحدد تحويلاً غير فاقد للبيانات في فضاء الألوان، وهو YCbCr-R،ويُعطى (لـ RGB) بالصيغة التالية:

كذلك، بينما يستعمل تنسيق JPEG مرحلة تحويل واحدة، يطبق تنسيق JPEG XR تحويله الأساسي 4 × 4 بطريقة هرمية ثنائية المستوى ضمن مناطق ماكرو بلوك 16 × 16. وهذا يمنح التحويل تسلسلاً هرمياً متعدد الدقة يشبه الموجات الصغيرة، ويحسن من قدرته على الضغط.

في هذا الإطار، يدعم تنسيق JPEG XR ترميز الصورة بتقسيمها إلى مناطق مستطيلة أصغر. ويمكن فك ترميز كل منطقة بشكل مستقل عن باقي مناطق الصورة، مما يتيح الوصول السريع إلى أجزاء محددة منها دون الحاجة إلى فك ترميز الصورة بأكملها.

علاوةً على ذلك، بينما يستعمل تنسيق JPEG كتلًا بحجم 8 × 8 لتحويل التردد، يستعمل تنسيق JPEG XR بشكل أساسي تحويلات الكتل بحجم 4 × 4. (كما تم تعريف تحويلات 2 × 4 و2 × 2 لحالات خاصة تتضمن أخذ عينات فرعية للون؛ وتشمل خيارات المُشفِّر YUV_444 وYUV_422 وYUV_420 وY_only أحادي اللون.)

من جهة ثانية، يدعم تنسيق JPEG عمق بت 8 و12 بت؛ بينما يدعم تنسيق JPEG XR عمق بت يصل إلى 32 بت. كما يدعم JPEG XR ضغط بيانات الصور ذات الفاصلة العائمة مع فقدان البيانات وبدونه (عن طريق تمثيل قيم الفاصلة العائمة بتنسيق مشابه لـ IEEE 754، وتشفيرها كما لو كانت أعدادًا صحيحة) وصور RGBE.

كذلك، في JPEG، تُتنبأ معاملات التيار المستمر (DC) لكتل تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) بتطبيق تنبؤ التيار المستمر من كتلة التحويل المجاورة اليسرى، ولا تُتنبأ أي معاملات أخرى. أما في JPEG XR، فتُجمع كتل 4×4 في كتل كبيرة (macroblocks) من 16×16 عينة، وتُمرر معاملات التيار المستمر الـ 16 من كتل 4×4 لكل كتلة كبيرة عبر مستوى آخر من تحويل التردد، مما ينتج عنه ثلاثة أنواع من المعاملات التي تُشفّر بالإنتروبيا: معاملات التيار المستمر للكتلة الكبيرة (DC)، ومعاملات التيار المتردد (AC) على مستوى الكتلة الكبيرة (lowpass)، ومعاملات التيار المتردد على مستوى أدنى (AC). ويُطبق تنبؤ قيم المعاملات عبر كتل التحويل على معاملات التيار المستمر، وعلى صف أو عمود إضافي من معاملات التيار المتردد كذلك.

من جانب آخر، يستعمل تنسيق JPEG خطوة تكميم واحدة لكل مكون من مكونات التيار المستمر/المتردد لكل مستوى لوني لكل صورة. بينما يسمح تنسيق JPEG XR باختيار أحجام خطوات تكميم التيار المستمر على أساس منطقة البلاطة، كما يسمح بتغيير أحجام خطوات تكميم الترددات المنخفضة والتيار المتردد من وحدة ماكرو إلى أخرى.

إضافةً إلى ذلك، تتيح تقنية JPEG XR خطوة ترشيح مسبق اختيارية للتداخل، تُسمى تحويل تداخل الصور (POT)، قبل كل مرحلة من مراحل تحويل PCT الأساسية 4×4. يعمل هذا المرشح على كتل 4×4 مُزاحة بمقدار عينتين في كل اتجاه عن كتل التحويل الأساسية 4×4. يهدف هذا المرشح إلى تحسين قدرة الضغط وتقليل تشوهات حدود الكتل عند معدلات البت المنخفضة. أما عند معدلات البت العالية، حيث لا تُشكل هذه التشوهات مشكلة عادةً، فيمكن الاستغناء عن الترشيح المسبق لتقليل وقت التشفير وفك التشفير. يُبنى ترشيح التداخل باستخدام عمليات عددية صحيحة بحسب خوارزمية رفع، مما يجعله غير مُفقِد للبيانات. عند دمج POT وPCT بشكل مناسب في JPEG-XR، يُشكلان تحويلًا مُتداخلًا.

ومن ناحية أخرى، لأن جميع مراحل التشفير، باستثناء التكميم، لا تُفقد البيانات، فإن JPEG XR يكون غير فاقد للبيانات عندما تكون جميع معاملات التكميم مساوية لـ 1. وهذا لا ينطبق على JPEG. يُعرّف JPEG وضعًا منفصلاً غير فاقد للبيانات لا يستعمل تحويل جيب التمام المنفصل (DCT)، ولكنه غير مُطبّق في مكتبة libjpeg، وبالتالي لا يحظى بدعم واسع.

وفي هذا الصدد، يُشابه تصميم JPEG XR تصميم JPEG من حيث المفهوم: حيث يتم تحويل الصورة الأصلية اختيارياً إلى فضاء لوني لوما-كروما، ويتم أخذ عينات فرعية اختيارياً من مستويات الكروما، ويتم تقسيم كل مستوى إلى كتل ذات حجم ثابت، ثم يتم تحويل هذه الكتل إلى مجال التردد، ويتم تكميم معاملات التردد وتشفيرها باستخدام الإنتروبيا. وتشمل الاختلافات الرئيسية ما يلي:

وعلى صعيد آخر، تُعدّ عملية تحويل جيب التمام المنفصل (DCT)، وهي تحويل التردد المستعمل في JPEG، مُسببةً لفقدان طفيف للبيانات نتيجةً لخطأ التقريب. يستعمل JPEG XR نوعًا من تحويل الأعداد الصحيحة يعتمد على تقنية الرفع. يُشبه التحويل المطلوب، المسمى تحويل النواة الضوئية (PCT)، عملية DCT 4 × 4 ولكنه لا يُسبب فقدانًا للبيانات (قابل للعكس تمامًا). في الواقع، هو تطبيق مُحدد لعائلة أكبر من التحويلات الثنائية المُلائمة للبيانات والتي لا تتطلب مُضاعفات، وتُسمى binDCT.

كذلك، تعتبر مرحلة ترميز الإنتروبيا في JPEG XR أكثر تكيفًا وتعقيدًا من مرحلة JPEG، حيث تتضمن مخططًا للتنبؤ بمعاملات التيار المستمر والتيار المتردد، وإعادة ترتيب المعاملات التكيفية (على عكس ترتيب JPEG المتعرج الثابت)، وشكلًا من أشكال ترميز هوفمان التكيفي للمعاملات نفسها.

دعم خريطة الشفافية

كذلك، قد تكون هناك قناة ألفا لتمثيل الشفافية، بحيث يتم تمكين إمكانية تراكب مزج ألفا.

دعم لدقة ألوان أعلى

وفي السياق ذاته، 8 بتات لكل مكون (تسمى أحيانًا عمق لوني) معبأة في 24 أو 32 بت لكل بكسل

من جهة ثانية، تجميعات ذات عمق بت منخفض لألوان RGB في 16 بت لكل بكسل باستخدام 5 بت لكل قناة أو 5 بت للأحمر والأزرق و6 بت للأخضر

وفي هذا الصدد، 32 بت لكل مكون كأرقام ذات نقطة ثابتة أو أرقام ذات نقطة عائمة كاملة الدقة معبأة في 96 أو 128 بت (والتي لا يتم دعم الترميز بدون فقدان بسبب الدقة العالية للغاية).

كذلك، كما يتم دعم تنسيق الألوان ذي النقطة العائمة ذي الأس المشترك المعروف باسم RGBE (Radiance)، مما يتيح تخزينًا أكثر دقة للصور ذات النطاق الديناميكي العالي (HDR).

ومن جهة أخرى، يدعم JPEG XR مجموعة واسعة من تمثيلات ألوان الصور إلى جانب ترميز YUV التقليدي 8 بت لكل عينة (المعروف رسميًا باسم YCbCr) 4:2:0 والذي يستعمل عادةً لمعيار JPEG الأصلي.

ومن جهة أخرى، لدعم الصور التي تستعمل مساحة ألوان RGB، يتضمن JPEG XR تحويلًا داخليًا إلى مساحة ألوان YCoCg، ويدعم مجموعة متنوعة من أنظمة عمق البت وتغليف تمثيل الألوان. يمكن استخدام هذه الأنظمة مع أو بدون قناة ألفا مصاحبة لإخفاء الأشكال ودعم الشفافية الجزئية، وبعضها يتمتع بدقة أعلى بكثير مما هو مستعمل عادةً في ترميز الصور. وتشمل هذه الأنظمة ما يلي:

وفي السياق ذاته، يدعم JPEG XR كذلك نموذج ألوان CMYK الصحيح 16 بت لكل مكون (64 بت لكل بكسل).

وفي هذا الصدد، إلى جانب تنسيقات RGB وCMYK، يدعم JPEG XR كذلك ترميز الألوان الرمادية ومتعددة القنوات بعدد عشوائي من القنوات.

وفي هذا الصدد، علاوة على ذلك، يدعم JPEG XR ترميز مكونات الألوان بنظام الفاصلة العائمة 16 بت و32 بت. في هذه الحالات، تُفسَّر الصورة كبيانات بنظام الفاصلة العائمة، على الرغم من أن خطوات ترميز وفك ترميز JPEG XR تُنفَّذ جميعها باستخدام عمليات الأعداد الصحيحة فقط (لتبسيط عملية الضغط).

وفي السياق ذاته، يدعم JPEG XR كذلك ترميز مكونات الألوان ذي النقطة الثابتة 16 بت و32 بت. في هذه الترميزات، تُعامل البتات الأربعة الأكثر أهمية من كل قناة لونية على أنها توفر "هامشًا" و"هامشًا" إضافيًا يتجاوز نطاق القيم الذي يمثل نطاق الإشارة الاسمي من الأسود إلى الأبيض.

ومن ناحية أخرى، في أغلب الحالات، تُحوّل تمثيلات الألوان إلى تمثيل لوني داخلي. هذا التحويل قابل للعكس تمامًا، بحيث لا تُحدث هذه الخطوة أي تشويه، وبالتالي يمكن دعم أنماط الترميز غير الفاقد للبيانات.

وفي السياق ذاته، 10 بتات لكل مكون في تمثيل مضغوط 32 بت (أحد أنواع تمثيل الألوان عالية الدقة والمعروفة باسم عمق لوني)

وفي هذا السياق، 16 بت لكل مكون كأعداد صحيحة، أو أعداد ذات فاصلة ثابتة، أو أعداد ذات فاصلة عائمة بنصف الدقة، معبأة في 48 أو 64 بت.

الترخيص

إضافةً إلى ذلك، في يوليو 2010، تم نشر برنامج مرجعي لتطبيق معيار JPEG XR كتوصية ITU-T T.835 والمعيار الدولي ISO/IEC 29199-5. أدرجت مايكروسوفت هذه المنشورات في قائمة المواصفات التي يغطيها وعدها المجتمعي.

وعلى صعيد آخر، في أبريل 2013، أصدرت مايكروسوفت مكتبة jxrlib، وهي مكتبة JPEG XR مفتوحة المصدر بموجب ترخيص BSD. وقد حل هذا أي مشكلات تتعلق بالترخيص مع تنفيذ المكتبة في حزم البرامج الموزعة بموجب تراخيص مفتوحة المصدر شائعة مثل رخصة جنو العمومية العامة، والتي كانت "مجموعة أدوات نقل أجهزة الصور عالية الدقة" التي تم إصدارها سابقًا غير متوافقة معها.

من جانب آخر، تمتلك مايكروسوفت براءات اختراع لتقنية JPEG XR. صرّح ممثلٌ لمايكروسوفت في مقابلةٍ أجريت في يناير 2007 أنه بهدف تشجيع اعتماد واستخدام تقنية HD Photo، تُتاح المواصفات بموجب وعد مايكروسوفت للمواصفات المفتوحة، الذي ينص على أن مايكروسوفت تسمح بتطبيق المواصفات مجانًا، ولن ترفع دعاوى قضائية بشأن التقنية الحاصلة على براءة اختراع لتطبيقها، كما نُقل عن جوش وايزبرغ، مدير مجموعة الوسائط المتعددة في مايكروسوفت. وفي 15 أغسطس 2010، أتاحت مايكروسوفت معيار JPEG XR الناتج بموجب وعدها المجتمعي.

ضغط أفضل

إضافةً إلى ذلك، يدعم تنسيق ملف JPEG XR نسب ضغط أعلى مقارنةً بتنسيق JPEG لترميز صورة بجودة مكافئة.

دعم البيانات الوصفية

كما يتم دعم تنسيقات بيانات التعريف Exif و XMP.

كذلك، قد يحتوي ملف صورة JPEG XR اختياريًا على ملف تعريف ألوان ICC مضمن، لتحقيق تمثيل ألوان متسق عبر أجهزة متعددة.

القدرات

كذلك، JPEG XR هو تنسيق ملف صور يقدم الكثير من التحسينات الرئيسية مقارنة بـ JPEG، بما في ذلك:

تاريخ

كذلك، أعلنت مايكروسوفت لأول مرة عن برنامج Windows Media Photo في مؤتمر WinHEC 2006، ثم أعادت تسميته إلى HD Photo في نوفمبر من ذلك العام. في يوليو 2007، أعلنت مجموعة خبراء التصوير المشتركة ومايكروسوفت أن HD Photo قيد الدراسة ليصبح معيار JPEG يُعرف باسم JPEG XR. في 16 مارس 2009، حصل JPEG XR على الموافقة النهائية كتوصية ITU-T رقم T.832، وبدءًا من أبريل 2009، أصبح متاحًا من ITU-T في شكل "منشور مسبقًا". في 19 يونيو 2009، اجتاز JPEG XR اقتراع المسودة النهائية للمعيار الدولي (FDIS) الصادر عن المنظمة الدولية للتوحيد القياسي/اللجنة الكهروتقنية الدولية (ISO/IEC)، مما أدى إلى الموافقة النهائية عليه كمعيار دولي ISO/IEC 29199-2.قام ITU-T بتحديث منشوره بتصحيح تمت الموافقة عليه في ديسمبر 2009، وأصدرت ISO/IEC طبعة جديدة مع تصحيحات مماثلة في 30 سبتمبر 2010.

من جهة ثانية، في سنة 2010، وبعد إتمام مواصفات ترميز الصور، نشر الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T) والمنظمة الدولية للمقاييس/اللجنة الكهروتقنية الدولية (ISO/IEC) كذلك مواصفات تنسيق الحركة (ITU-T T.833 – ISO/IEC 29199-3)، ومجموعة اختبار المطابقة (ITU-T T.834 – ISO/IEC 29199-4)، وبرنامجًا مرجعيًا (ITU-T T.835 – ISO/IEC 29199-5) لتقنية JPEG XR. وفي عام 2011، نشروا تقريرًا فنيًا يصف بنية سير العمل لاستخدام صور JPEG XR في التطبيقات (ITU-T T.Sup2 – ISO/IEC TR 29199-1).

وصف

وفي السياق ذاته، منذ إصدار Windows 11، الإصدار 24H2 في أكتوبر 2024، يمكن تعيين صور HDR في JPEG XR كخلفيات HDR.