Wszyscy wiedzą, że obrazy JPEG są podatne na artefakty kompresji. Oznacza to, że za każdym razem, gdy zdjęcie jest otwierane (zmienione lub nie) i ponownie zapisywane, struktura tonalna zdjęcia jest ponownie kompresowana przy użyciu tego samego destrukcyjnego procesu. Ponowna kompresja plików zawsze powoduje utratę dodatkowych szczegółów. Za każdym razem, gdy obraz JPEG jest dostosowywany w jakikolwiek sposób, te oryginalne 256 poziomów kolorów jest redystrybuowane, a szczegóły są tracone.
Pliki JPEG oferują różne poziomy kompresji plików, a wielokrotne edytowanie i zapisywanie powoduje dalszą degradację.
Ale to najmniejsze z ograniczeń JPEG.
Przede wszystkim JPEG to stary format pierwotnie zaprojektowany dla dawno minionej epoki. Grupa ekspertów fotograficznych (Joint Photographic Experts Group) została zebrana w 1986 roku w jednym celu zmniejszenia bardzo dużych rozmiarów plików graficznych:
- Do wyświetlania na starych monitorach komputerowych CRT (Cathode Ray Tube) – w zasadzie starych telewizorach bez tunerów kanałów
- Aby efektywnie podróżować przez raczkujący (powolny) Internet, który został zaprojektowany z myślą o najlepszych standardach transmisji telewizyjnej
- Aby skompresować je pod kątem rozmiaru i przenośności. Pierwsza specyfikacja JPEG została wydana w 1992 roku i ponownie ratyfikowana w 1994.
Teraz, ponad 25 lat później, ten sam format jest nadal używany!
Cena programu
Wiele elementów obrazu cyfrowego zostaje zmienionych przez kompresję plików JPEG. To prawda, że w trakcie tego procesu zapisywane są ogromne ilości nieruchomości na dysku, ale znaczna część obrazu zostaje wyrzucona.
Po pierwsze, pełny sygnał RGB jest konwertowany do skróconej przestrzeni kolorów używanej w telewizji analogowej, zwanej YCbCr. Wyświetlacze CRT są sterowane sygnałami napięcia czerwonego, zielonego i niebieskiego, ale przechowywanie sygnałów RGB wiąże się z nadmiarowymi danymi. Podczas gdy większość informacji o luminancji (jasności) (kanał Y) jest zachowywana, dwa kanały kolorów (czerwony i niebieski) mają znacznie ograniczony zasięg.
Najjaśniejsze fragmenty przycięte w procesie JPEG są nadal obecne w pliku RAW.
Oryginalny obraz z kamery RGB (TIFF, PSD) zawiera ogromne poziomy kolorów; wielu z nich ludzkie oko nie jest w stanie odróżnić. Ponieważ ostatecznym celem JPEG jest zerowa zawartość tłuszczu, po zdefiniowaniu podstawowej interpretacji obrazu i zidentyfikowaniu 256 kolorów, prawie wszystkie „dodatkowe” kolory są usuwane, pozostawiając jedynie szkielet zakresu kolorów.
Kolory są określane jako głębia bitowa; liczba małych mierzonych kroków między pełnym kolorem a brakiem koloru. W idealnym oświetleniu ludzie mogą dostrzec tylko 200 poziomów każdego koloru.
Problem
Decyzja o tym, jakie kolory zostaną wyeliminowane, jest wstępnie określana przez szablon JPEG do wycinania ciasteczek, a nie przez ludzką ocenę struktury tonalnej każdego obrazu. JPEG bezkrytycznie ogranicza kolor dla wszystkich obrazów. Jeden szablon pasuje do wszystkich. Nadmiar informacji jest odrzucany.
Zasadniczo kompresja JPEG jest jak utrata masy ciała przez eliminację części ciała, a nie redukcję tkanki tłuszczowej; bardziej amputacja niż dieta. Jak wyjaśnię później, produkcja pliku JPEG jest idealnym formatem końcowym, ale nie najbardziej idealnym do edycji obrazu.
JPEG wykorzystuje podstawowe ograniczenie ludzkiego wzroku. Bardziej widzimy tonalność niż identyfikujemy poszczególne kolory. Dlatego widzimy tylko kształty w warunkach słabego oświetlenia. Podstawowa jasność jest zachowywana w plikach JPEG, ale większość kolorów jest próbkowana w dół.
Kolejne wieloetapowe, wysoko matematyczne przekształcenia w tym procesie bardzo szybko przyprawiają o zawrót głowy, więc powiedzmy, że niektóre bardzo skomplikowane obliczenia macierzy 8×8 pikseli mają miejsce w oparciu o ograniczenia percepcji wizualnej. Prawdziwe optyczne iluzoryczne voodoo pracuje nad dalszym zmniejszeniem „ciężaru” każdego obrazu. Luka w tym programie do masowej utraty wagi polega na tym, że kolory JPEG są najsłabsze w podświetleniach i mogą wyświetlać nieprzyjemne artefakty, gdy obrazy są ponownie zapisywane. Wszystkie te obliczenia kompresji mają miejsce ponownie, gdy obrazy JPEG są ponownie zapisywane.
Podstawą kompresji JPEG jest skomplikowana formuła składająca się z bloków po 8 pikseli. Wartości każdego bloku są skwantyfikowane i destylowane do podobnych kolorów, aby wyeliminować wariacje kolorów, które ludzkie oko ma problem z rozróżnieniem.
Pliki JPEG zazwyczaj zmniejszają rozmiar o 90% w stosunku do oryginalnego pliku PSD lub TIFF z niewielką zauważalną utratą jakości obrazu, o ile plik pozostaje niezmieniony pod względem rozmiaru i zawartości. Obrazy zawierające znaczne obszary o podobnych odcieniach (niebo, powierzchnie budynków itp.) odnoszą największe korzyści z tego formatu kompresji plików.
Kwantyzacja
Ten standard JPEG nie jest tak bardzo problemem z rozdzielczością obrazu, jak z głębią kolorów. Liczba pikseli nie jest zmniejszona, ale liczba kolorów jest. Wygląd „pikselowany” nie jest spowodowany zmniejszoną liczbą pikseli, ale obniżeniem jakości kolorów tych pikseli. Widoczna strata wynika ze zmian początkowej matrycy 8×8 pikseli, gdy edytowany plik jest ponownie zapisywany.
W 1992 roku nie do pomyślenia było wytwarzanie obrazów o wyższej jakości niż mogły nadawać telewizory, w tym ograniczenie 256 ton i gama kolorów sRGB. W 1992 roku był to najnowocześniejszy materiał, który dobrze służył branży przez wiele lat.
Czujniki 14-bitowe mogą przechwycić 16 000 poziomów kolorów w każdym kanale RGB.
Ale potem Silicon Valley opracowała czujniki obrazu i procesory z kamer, które mogą obsługiwać więcej niż 8-bitowe obrazy. Oznaczało to, że producenci cyfrowi zaczęli budować kamery, których obrazy zawierały dwa razy więcej kolorów (10-bitów lub 1000 poziomów kolorów).
Następnie „głębokie” obrazy zostały uwzględnione przez Adobe w Photoshopie, co zmieniło wszystko. Opracowano znacznie większe przestrzenie kolorów, aby wspierać tę nowo poszerzoną głębię kolorów. (Pamiętaj, że głębia bitowa to po prostu sposób na podzielenie zakresu obrazu na znacznie mniejsze kroki od zerowego koloru do pełnego koloru piksela).
Głęboka (kolorowa) przestrzeń
Mój przyjaciel Bruce Fraser (ojciec zarządzania kolorami) współpracował z Adobe, aby sformułować to, co znamy jako Adobe RGB. Później opracowano większą przestrzeń kolorów o nazwie ColorMatch RGB. Jeszcze później opracowano jeszcze większą przestrzeń kolorów i oznaczono ją jako ProPhoto RGB. Wszystkie trzy z tych przestrzeni kolorów przekraczają 256-poziomowe ograniczenie formatu JPEG.
Ale nawet jeśli obraz jest edytowany w jednej z tych większych przestrzeni kolorów, po zapisaniu jako JPEG jest on automatycznie redukowany do 8 bitów (256 poziomów) na kanał.
Głębia bitowa to miara tonów między pełnym kolorem a brakiem koloru. Obrazy JPEG mają wpływ na głębię bitową obrazu, a nie na rozdzielczość obrazu, jak się powszechnie uważa. Za każdym razem, gdy plik JPEG jest ponownie zapisywany, utrata kolorów wzrasta, a klarowność obrazu maleje.
Pliki JPEG z aparatu
Zapisane w aparacie pliki JPEG są „kształtowane” przez ustawienia aparatu obowiązujące podczas przechwytywania obrazu. Algorytm zastosowany do danych obrazu zebranych przez czujnik obrazu odzwierciedla model kolorów (sRGB, Adobe RGB i ProPhoto RGB), preferencje wyostrzania itp.
Słowo o kompresji. Kompresja prawdopodobnie nie jest tak dokładnym terminem opisującym ograniczenia JPEG, jak mogłoby być. Kompresja brzmi jak to, co robi twoja ciocia Marta, kiedy używa pasa, aby skompresować się w mniejszy „pojemnik”, ale to zupełnie inna sprawa. Kiedy jest zdekompresowana, cała ciocia Marta wciąż tam jest.
JPEG używa kompresji „stratnej”, co tak naprawdę oznacza, że niektóre części zostały odrzucone (lub obcięte) na dobre. Ciocia Marta chciałaby tylko, żeby pas pomógł jej na stałe „zgubić” coś.
Pomyśl o kompresji obrazu bardziej jak o skrócie. Gdy plik JPEG jest zapisywany na dysku, dane przechwycone przez przetwornik obrazu aparatu zostają skompresowane do ogólnej formy, podyktowanej ustawieniami kolorów w aparacie podczas robienia zdjęcia.
Zdjęcie zakończone
Ten proces JPEG skutecznie odgrywa przedwczesną rolę fotofiniszera, tłumiąc własną interpretację sceny. To, co zaczęło się od 4000-16 000 poziomów na kolorowy obraz, zostało zredukowane do 256-poziomowego obrazu z samym szkieletem kolorów, pozostawiając bardzo mało miejsca na dostosowanie tonów (lub kolorów).
Zarówno ciemne, jak i jasne odcienie zostały przycięte przez szablon JPEG, ale odzyskane z pliku RAW.
Ograniczenia JPEG wynoszące 256 poziomów często przedwcześnie przycinają jaśniejsze tony do bieli, a ciemniejsze tony do czerni (górna skala szarości powyżej). Obrazy RAW pozwalają użytkownikowi odzyskać utracone szczegóły (dolna skala szarości).
Jeśli ustawienia aparatu nie były idealnie ustawione, aby uchwycić jasność (głębię bitową) i kontrast (zakres tonalny) istniejącej sceny, zdjęcie renderowane w formacie JPEG pozostawia niewiele miejsca na odzyskanie.
W końcu każdy obraz zostanie zredukowany do pliku 256-poziomowego, zanim zostanie publicznie udostępniony lub wydrukowany. Taka jest po prostu natura fotografii. Niewiele jest urządzeń drukujących, które mogą odtworzyć więcej niż 256 poziomów kolorów, a nawet gdyby potrafiły, ludzkie oko i tak nie widziałoby tych dodatkowych kolorów.
Podczas gdy aparaty cyfrowe mogą rejestrować do bilionów kolorów, ludzki wzrok rozpoznaje mniej niż 200 pojedynczych kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego.
JPEG Wystarczający?
Więc jeśli nie możemy zobaczyć więcej niż 200 różnych poziomów każdego koloru (a JPEG zapewnia 256), po co nam miliardy przechwycone jako pliki RAW? Prosta odpowiedź… te nadmiarowe poziomy zapewniają wystarczającą swobodę ruchów, aby przesunąć poziomy i nasycenie kolorów do najbardziej idealnych wizualnie 256 tonów dla drukarek do wydrukowania i obserwacji przez ludzi. Wszystko sprowadza się do optymalizacji szczegółów.
Zakres dynamiczny sceny na plaży przekroczył „szablon” JPEG, a szczegóły podświetlenia wydawały się być utracone (po lewej), ale zostały zachowane w pliku RAW (po prawej).
Wniosek
Więc co możemy z tego wyciągnąć?
Po pierwsze, JPEG jest najbardziej podstawowym formatem plików zdjęć i jest idealny (jako plik aparatu fotograficznego) tylko wtedy, gdy WSZYSTKIE współczynniki oświetlenia przed uchwyceniem odpowiadają bieżącym ustawieniom aparatu. Po drugie, zawsze najlepiej jest ustawić aparat tak, aby nagrywał zarówno pliki JPEG o wysokim poziomie, jak i RAW jako polisę ubezpieczeniową. Po trzecie, pełne dane obrazu zapisane jako plik RAW umożliwiają ukształtowanie ostatecznego pliku JPEG (tak blisko, jak to możliwe) do tego, co twój umysł postrzegał po kliknięciu przycisku migawki.
JPEG to format pliku cyfrowego, z którym chcesz skończyć, ale nie zawsze jest to ten, od którego chcesz zacząć. W każdym procesie produkcyjnym występuje czynnik marnotrawstwa, a obrazowanie cyfrowe nie jest wyjątkiem. Lepiej mieć za dużo niż za mało. Zawsze zaczynaj od więcej niż potrzebujesz.
Zamierzaj schudnąć, ale rób to zgodnie z harmonogramem.