Každý ví, že obrázky JPEG jsou náchylné k kompresním artefaktům. To znamená, že pokaždé, když je obrázek otevřen (ať už pozměněný nebo ne) a znovu uložen, je tonální struktura fotografie znovu komprimována pomocí stejného destruktivního procesu. Rekomprese souboru vždy způsobí ztrátu dalších detailů. Pokaždé, když je obrázek JPEG jakýmkoli způsobem upraven, těchto původních 256 úrovní barev se přerozdělí a detaily se ztratí.
Soubory JPEG nabízejí různé úrovně komprese souborů a opakované úpravy a ukládání způsobují další degradaci.
Ale to je to nejmenší z omezení JPEG.
Za prvé, JPEG je starý formát původně navržený pro dávnou éru. Skupina fotografických expertů (Joint Photographic Experts Group) byla sestavena v roce 1986 za jediným účelem, zmenšit velmi velké velikosti obrazových souborů:
- Pro zobrazení na starých počítačových monitorech CRT (Cathode Ray Tube) – v podstatě starých televizorech bez kanálových tunerů
- Efektivně cestovat po začínajícím (pomalém) internetu, který byl navržen tak, aby vyhovoval nejlepším televizním standardům.
- Aby byly komprimovány kvůli velikosti a přenositelnosti. První specifikace JPEG byla vydána v roce 1992 a znovu ratifikována v roce 1994.
Nyní, o více než 25 let později, se stále používá stejný formát!
Cena programu
Mnoho prvků digitálního obrázku se kompresí souboru JPEG změní. Je pravda, že během tohoto procesu se ušetří obrovské množství diskového prostoru, ale významné další části obrazu se vyhodí.
Nejprve je plný signál RGB převeden na zkrácený barevný prostor používaný pro analogovou televizi, nazývaný YCbCr. CRT displeje jsou řízeny červenými, zelenými a modrými napěťovými signály, ale ukládání RGB signálů zahrnuje redundantní data. Zatímco většina informací o jasu (jasu) (kanál Y) je zachována, rozsah dvou barevných kanálů (červený a modrý) je výrazně omezen.
Hlavní body oříznuté v procesu JPEG jsou stále přítomny v souboru RAW.
Původní obraz z RGB kamery (TIFF, PSD) obsahuje velké množství barev; mnohé z nich lidské oko nedokáže rozlišit. Protože konečným cílem JPEG je nula tělesného tuku, jakmile je definována základní interpretace obrázku a identifikováno 256 barev, jsou odstraněny téměř všechny „nadbytečné“ barvy, takže zůstane pouhá kostra barevného rozsahu.
Barvy jsou charakterizovány jako bitová hloubka; počet malých měřených kroků mezi plnou barvou a žádnou barvou. Lidé mohou za ideálního osvětlení vnímat pouze 200 úrovní každé barvy.
Problém
Rozhodnutí o tom, jaké barvy budou eliminovány, je předem určeno šablonou JPEG typu cookie cutter, spíše než lidským hodnocením tonální struktury každého obrázku. JPEG omezuje barvy pro všechny obrázky bez rozdílu. Jedna šablona vyhovuje všem. Přebytečné informace jsou zahozeny.
V zásadě je komprese JPEG jako hubnutí spíše odstraněním částí těla než snížením tuku; spíše amputace než dieta. Jak vysvětlím později, vytvoření souboru JPEG je ideálním konečným formátem, ale ne nejideálnějším pro úpravy obrázků.
JPEG využívá základní omezení lidského zraku. Můžeme vidět tonalitu více, než identifikovat jednotlivé barvy. To je důvod, proč vidíme pouze tvary za špatných světelných podmínek. Základní svítivost je u JPEG zachována, ale velká část barev je podvzorkována.
Další vícefázové vysoce matematické transformace v tomto procesu jsou velmi rychle ohromující, takže řekněme, že některé velmi složité výpočty matice 8×8 pixelů probíhají na základě omezení vizuálního vnímání. Skutečné optické iluzorní voodoo se snaží dále snížit „váhu“ každého obrázku. Zranitelnost tohoto programu hromadného hubnutí spočívá v tom, že barvy JPEG jsou nejslabší ve světlech a mohou zobrazovat ošklivé artefakty, když jsou obrázky znovu uloženy. Všechny tyto kompresní výpočty probíhají znovu, když jsou obrázky JPEG znovu uloženy.
Základem komprese JPEG je komplikovaná formulace zahrnující bloky 8 pixelů. Hodnoty každého bloku jsou kvantovány a destilovány do podobných barev, aby se eliminovaly barevné variace, které má lidské oko potíže s rozlišením.
Soubory JPEG obvykle zmenšují velikost o 90 % oproti původnímu souboru PSD nebo TIFF s malou znatelnou ztrátou kvality obrazu, pokud se velikost a obsah souboru nezmění. Z tohoto formátu komprese souborů nejvíce těží obrázky, které obsahují významné oblasti s podobnými tóny (obloha, povrchy budov atd.).
Kvantizace
Tento standard JPEG není ani tak problémem s rozlišením obrazu, jako spíše problémem s barevnou hloubkou. Počet pixelů se nesníží, ale počet barev ano. „Pixelovaný“ vzhled není způsoben sníženým počtem pixelů, ale snížením kvality barev těchto pixelů. Viditelná ztráta pochází ze změn původní matice 8×8 pixelů, když je upravený soubor znovu uložen.
V roce 1992 bylo nemyslitelné vytvářet snímky ve vyšší kvalitě, než jaké dokázaly vysílat televizory, včetně omezení 256 tónů a barevného gamutu sRGB. V roce 1992 se jednalo o nejmodernější věci a po mnoho let dobře sloužily tomuto odvětví.
14bitové senzory dokážou zachytit 16 000 úrovní barev v každém kanálu RGB.
Pak ale Silicon Valley vyvinulo obrazové snímače a procesory fotoaparátů, které dokázaly zpracovat více než 8bitové snímky. To znamenalo, že digitální výrobci začali vyrábět fotoaparáty, jejichž obrázky obsahovaly dvojnásobnou úroveň barev (10 bitů nebo 1 000 úrovní barev).
Dále byly „hluboké bitové“ obrázky přizpůsobeny Adobe ve Photoshopu, což vše změnilo. Pro podporu této nově rozšířené barevné hloubky byly vyvinuty mnohem větší barevné prostory. (Mějte na paměti, že bitová hloubka je jednoduše způsob, jak rozdělit rozsah obrázku na mnohem menší kroky mezi nulovou barvou a plnou barvou pixelu.
Hluboký (barevný) prostor
Můj přítel Bruce Fraser (otec správy barev) spolupracoval s Adobe na formulaci toho, co známe jako Adobe RGB. Později byl vyvinut větší barevný prostor nazvaný ColorMatch RGB. Ještě později byl vyvinut ještě větší barevný prostor a dostal označení ProPhoto RGB. Všechny tři tyto barevné prostory překračují 256-úrovňové omezení JPEG.
Ale i když je obrázek upraven v jednom z těchto větších barevných prostorů, když je uložen jako JPEG, je automaticky zmenšen na 8 bitů (256 úrovní) na kanál.
Bitová hloubka je míra tónů mezi plnou barvou a žádnou barvou. Obrázky JPEG ovlivňují bitovou hloubku obrazu, nikoli rozlišení obrazu, jak se běžně věří. Pokaždé, když je soubor JPEG znovu uložen, se ztráta barev zvýší a jasnost obrazu se sníží.
Soubory JPEG z fotoaparátu
Soubory JPEG uložené ve fotoaparátu jsou „tvarovány“ podle nastavení fotoaparátu v místě pořízení snímku. Algoritmus použitý na obrazová data shromážděná obrazovým snímačem odráží barevný model (sRGB, Adobe RGB a ProPhoto RGB), preference doostření atd.
Pár slov o kompresi. Komprese pravděpodobně není tak přesný termín pro popis omezení JPEG, jak by mohl být. Stlačování zní jako to, co dělá vaše teta Martha, když se pomocí opasku stlačí do menšího „nádoby“, ale to je úplně jiná věc. Když je dekomprimována, celá teta Martha je stále tam.
JPEG používá „ztrátovou“ kompresi, což ve skutečnosti znamená, že některé části byly navždy vyřazeny (nebo odříznuty). Teta Martha si jen přeje, aby jí její pás pomohl trvale něco „ztratit“.
Představte si kompresi obrazu spíše jako zkratku. Když je soubor JPEG uložen na disk, data zachycená obrazovým snímačem fotoaparátu se komprimují do obecného tvaru, který je dán nastavením barev ve fotoaparátu při pořízení snímku.
Fotografie dokončena
Tento proces JPEG účinně hraje předčasnou roli fotofinišeru a razí svou vlastní interpretaci scény. To, co začalo jako 4000–16 000 úrovní na barevný obrázek, se zredukuje na 256úrovňový obrázek s pouhou kostrou barev, takže ponechává vzácný prostor pro úpravy tónů (nebo barev).
Tmavé i světlé tóny byly oříznuty šablonou JPEG, ale byly obnoveny ze souboru RAW.
Omezení JPEG na 256 úrovní často předčasně omezí jasnější tóny na bílou a tmavší tóny na černou (horní stupně šedi výše). Snímky RAW umožňují uživateli obnovit detaily, které se zdají ztracené (dole ve stupních šedi).
Pokud nastavení fotoaparátu nebylo dokonale nastaveno tak, aby zachytilo jas (bitovou hloubku) a kontrast (tónový rozsah) stávající scény, fotografie ve formátu JPEG ponechává jen malý prostor pro obnovu.
Nakonec bude každý obrázek zredukován na soubor s 256 úrovněmi, než bude buď veřejně sdílen nebo vytvořen jako tisk. To je prostě povaha fotografie. Existuje jen velmi málo tiskových zařízení, která dokážou reprodukovat více než 256 úrovní barev, a i kdyby to šlo, lidské oko by tyto barvy navíc nemohlo vidět.
Zatímco digitální fotoaparáty dokážou zachytit až biliony barev, lidský zrak rozpozná méně než 200 jednotlivých červených, zelených a modrých barev.
Dostatek JPEG?
Pokud tedy nevidíme více než 200 různých úrovní každé barvy (a JPEG poskytuje 256), proč potřebujeme miliardy zachycené jako soubory RAW? Jednoduchá odpověď… tyto přebytečné úrovně poskytují dostatek prostoru pro lokty pro posunutí úrovní barev a sytosti do vizuálně nejideálnějších 256 tónů pro tiskařské tiskárny a pro pozorování lidmi. Vše je o optimalizaci detailů.
Dynamický rozsah plážové scény přesáhl „šablonu“ JPEG a detaily ve světlech se zdály být ztraceny (vlevo), ale zůstaly zachovány v souboru RAW (vpravo).
Závěr
Co si z toho tedy můžeme odnést?
Za prvé, JPEG je nejzákladnější z formátů souborů fotografií a je ideální (jako soubor fotoaparátu) pouze tehdy, když VŠECHNY světelné faktory před pořízením snímku odpovídají aktuálnímu nastavení fotoaparátu. Za druhé, vždy je nejlepší nastavit fotoaparát tak, aby zaznamenával soubory JPEG a RAW ve vysoké úrovni jako pojistku. A za třetí, nezkrácená obrazová data uložená jako soubor RAW umožňují, aby byl konečný JPEG tvar (co nejblíže) tomu, co vaše mysl vnímala, když jste zmáčkli spoušť.
JPEG je formát digitálního souboru, kterým chcete skončit, ale ne vždy to je ten, se kterým chcete začít. V každém výrobním procesu je obsažen faktor plýtvání a digitální zobrazování není výjimkou. Je lepší mít příliš mnoho než příliš málo. Vždy začněte s více, než potřebujete.
Máte v úmyslu zhubnout, ale udělejte to podle svého plánu.