JPEG

Come funziona

YPbPr

La prima cosa notevole della compressione JPEG è il modo in cui viene memorizzato il colore di ogni pixel. Ad ogni pixel dell'immagine vengono assegnati 3 byte per definire il suo colore. Tutti e tre i byte possono avere qualsiasi valore da 0 a 255 e ogni possibile combinazione dei tre byte rappresenta un altro colore. Nella maggior parte dei formati di file, il formato RGB è usato per definire il colore. RGB sta per Red Green Blue. Si chiama così perché il primo dei tre byte ti dice quanto rosso c'è nel colore del pixel. Il secondo byte ti dice quanto verde c'è nel colore e il terzo byte quanto blu. Più alto è il valore del primo byte, più il pixel appare rosso.

Anche JPEG usa tre byte per ogni pixel, ma usa il formato YPbPr (noto anche come YCbCr). Qui, il primo byte ci dice quanto è luminoso il pixel. Il secondo byte ci dice quanto è blu il pixel. Il terzo byte ci dice quanto è rosso il pixel. Usando questo formato di colore, la luminosità è memorizzata a parte il colore. Questo è utile perché stiamo per comprimere un'immagine. Poiché l'occhio umano vede meglio la luminosità che il colore, possiamo applicare una maggiore compressione ai byte del colore (il byte Pb e il _{byte Pr}). Dato che vediamo meglio la luminosità, usiamo meno compressione sul byte Y, per far sì che l'immagine abbia un aspetto migliore dopo la compressione.

Dato che le immagini sono più spesso memorizzate in formato RGB, il primo passo della compressione JPEG è di solito quello di cambiare correttamente il formato RGB nel formato YPbPr.

Trasformata discreta del coseno

JPEG usa funzioni coseno per rappresentare un'immagine. Pertanto, parleremo un po' delle funzioni coseno. Ecco come potrebbe apparire una funzione coseno:

Per far sì che la funzione coseno rappresenti il colore di un pixel, diciamo che più alto è il valore della funzione coseno, più luminoso è il pixel. Se avessimo un insieme di pixel che vanno chiaro-scuro-luminoso, potremmo usare la funzione di cui sopra per definirli.

La funzione potrebbe anche avere una frequenza maggiore. In questo modo:

Ma è qui che diventa interessante. Possiamo anche creare diverse funzioni prendendo la media di diverse funzioni coseno. Ecco come sarebbe se prendessimo la media delle due funzioni precedenti:

In JPEG, DCT è applicato a blocchi di 8 × 8 pixel.

Quantizzazione

Finora, nessuna informazione è stata persa nel processo di compressione dell'immagine. In questo passo, stiamo filtrando le informazioni. Per questo motivo, questo è il passo che abbassa la qualità dell'immagine. Per ogni blocco di 8 × 8 pixel, le funzioni coseno con alte frequenze sono impostate a 0. Ciò significa che queste non possono più avere alcun impatto su come appare l'immagine quando la si decomprime.

Molti valori saranno ora 0, il che significa che questo può essere compresso molto facilmente. Questo viene fatto usando la codifica Huffman. La codifica Huffman è l'ultimo passo della compressione JPEG. È anche l'unico passo in cui i dati vengono effettivamente compressi.

cos(x)


cos(2x)


(cos(x) + cos(2x)) / 2