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JPEG XL

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JPEG XL
副檔名
.jxl
網路媒體型式
image/jxl[a]
開發者
格式類型有損無損柵格圖像格式
延伸自
標準ISO/IEC 18181[3]
自由格式是(免版稅
網站

JPEG XL是一種免版稅位圖文件格式,支持有損無損壓縮。它旨在超越現有的位圖格式,並成為它們的通用替代。[5]JPEG XL格式規範的主要作者有Jyrki Alakuijala、Jon Sneyers和Luca Versari。

名稱

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  • JPEG指設計了JPEG格式的聯合影像專家小組(Joint Photographic Experts Group)。
  • X指2000年以來的多個JPEG標準的名稱:JPEG XTJPEG XRJPEG XS英語JPEG XS
  • L代表「長期」,創建這種格式是為替換舊的JPEG文件格式,並使用足夠長的時間。

歷史

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2017年,JTC1 / SC29 / WG1 (JPEG) 發起下一代圖像編碼標準(JPEG XL)提案徵集。[6]所有提案在2018年9月前提交,隨後2019年7月形成委員會草案。[7]草案是由谷歌提交的PIK[8]Cloudinary英語Cloudinary提交的基於FLIF的FUIF[9]結合而來。

2020年12月25日,伴隨着參考軟件實現libjxl的0.2版本發布,JPEG XL的比特流格式被最終敲定,這意味着未來的版本將保證對此版本的解碼兼容性[10]此後文件格式與核心編碼系統分別於2021年10月13日和2022年3月30日正式標準化。[3][11]

描述

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JPEG XL的提案徵集[6]提及了下一代圖像壓縮標準對大幅提升壓縮效率(60%)的需求。新標準應該有優於HEICAVIFWebPJPEG 2000這些靜態圖像編碼的表現,同時提供對傳統JPEG格式的無損再壓縮選項。

JPEG XL最高能夠提供對甚高分辨率圖像(每邊1像素)、4099個32位深通道(包含alpha通道)的靜態或動態圖像及其嵌入預覽的有損壓縮無損壓縮。它支持針對網絡傳輸的漸進式解碼[12]和最小化信頭開銷特性,以及針對圖像編輯數碼印刷圖層CMYK專色英語Spot color支持。它還針對無縫處理Rec. 2100英語Rec. 2100廣色域感知量化器英語Perceptual quantizer混合對數伽馬校正英語Hybrid log–gamma轉換曲線進行了特別設計。

特點

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主要特點有:[13][14][15]

  • 更多功能:與傳統圖像格式(例如JPEG、GIF和PNG)相比,有着更佳的效率與更豐富的功能;
  • 更大尺度:長寬可超過十億()個像素;[16]
  • 更多通道:最多4099個通道,包括主通道(單通道的灰度、三通道的RGB或四通道的CMYK)、可選的多達4096個可用於透明度深度英語Depth map熱成像等的額外通道; [16]
  • 多幀支持:支持用於動畫的非零時長幀和類似圖像軟件中圖層的零時長幀,且幀的大小不受圖像畫布大小影響,並支持多種混合模式;
  • 獨立圖塊:允許圖像分多圖塊保存,以支持分塊解碼大幅圖像;
  • 漸進式解碼:專為支持不同顯示分辨率的響應式加載;
  • 可逆JPEG轉碼:可實現約20%的數據流壓縮;
  • 無損編碼:包括無損alpha編碼;
  • 類型感知:可根據圖像內容使用分別為攝影圖像和合成圖像優化的兩種模式;
  • 低碼率優化:在低比特率下相較舊格式質量更可接受;
  • 感知優化:參考編碼器默認使用感知色彩空間、自適應量化和保守的默認設置;
  • 色域支持:內置廣色域、轉移曲線HDR支持;
  • 動畫支持:但編碼真實視頻時仍建議使用常規的視頻編碼
  • 高效編解碼:無需專用硬件,JPEG XL的編解碼速度即可與使用libjpeg-turbo的JPEG相當,比使用x265HEIC速度快一個數量級,[16]並可以並行
  • 開源免費:具有使用三條款版BSD許可證開源參考實現的免版稅格式。[17]

技術細節

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refer to caption
JPEG XL 編解碼器架構圖

JPEG XL基於Google的PIK格式和Cloudinary的FUIF格式(基於FLIF)。[18]

JPEG XL主要有兩種編碼模式:

  • VarDCTvariable-blocksize DCT,可變分塊大小離散餘弦變換)模式基於與JPEG相同的離散餘弦變換算法,但分塊不再限定為8×8,而是允許不同大小(2×2到256×256)、非正方形塊(如16×8、8×32、32×64)乃至其他變換函數(4種「邊角」變種AFV,以及非離散餘弦變換的Hornuss變換)。此模式限於三通道色彩,通常使用LMS色彩空間英語LMS color space衍生的XYB色彩空間(但為支持重壓縮傳統JPEG仍支持YCbCr),基於PIK格式的有損模式。[19]
  • Modular(模塊化)模式是響應式的,用於高效的無損內容壓縮以及近無損壓縮。它可被VarDCT在內部用於存儲二維數據,即除了交流(高頻)離散餘弦變換係數之外的所有數據,包括直流圖像(1:8抽樣圖像)、自適應量化權值、濾鏡強度。所有附加通道(如透明度英語Transparency (graphic)深度英語Depth map熱成像專色英語spot color等)總是使用此模式存儲。此模式基於FUIF,並結合了無損PIK、無損WebP和標準化過程中的其他合作成果。[20]藉助哈爾變換的「擠壓」(squeeze),此模式也支持有損壓縮,並實現漸進式特性:圖像的質量會隨着數據加載過程逐漸改善。

VarDCT模式的圖像可藉由模塊化「擠壓」的獨立「直流幀」存儲的直流係數實現漸進式加載,支持1:16、1:32等抽樣比例。「擠壓」變換也可以用於將alpha通道和VarDCT模式的色彩通道一同漸進式編碼,使兩種模式協同工作。

JPEG XL默認使用視覺無損下仍有較好壓縮效果的設置。[16]

這些模式可由單獨的圖像特徵模型協助:

JPEG XL編碼可以無損地轉碼JPEG最常用的子類型的文件,實現方式是將JPEG的DCT系屬直接拷貝到8×8的VarDCT塊,並藉助JPEG XL更好的熵壓縮算法實現更小的文件大小。此過程是可逆的,可以從轉換結果中逐位重建原始JPEG圖像,儘管有一些限制條件[21]

預測是基於逐像素、無輔助信息的去相關器運作的,包括參數化的自校正加權預測器集合。上下文模型英語Context model包括特化的靜態模型和強大的元自適應模型,它們考慮局部錯誤,具有信號樹結構和分上下文的預測器選擇。熵編碼基於LZ77,可使用非對稱數字系統英語Asymmetric numeral systems前綴碼(適用於低複雜度的編碼器,或減少短數據流的開銷)。[來源請求]

動畫(多幀)圖像不執行高級幀間預測,儘管有一些基本的幀間編碼工具可用:

  • 幀可以小於畫布大小,只更新畫布的一部分;
  • 除了替換前序幀外,還支持數種混合模式,如相加或相乘;[22]
  • 在後面的幀中使用「補丁」編碼工具最多可以「記住」並引用四幀。

軟件

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JPEG XL受到了許多科技公司與組織的公開支持,如Facebook[23][24]Adobe[25][26]IntelVESA[27][28]衛報[29][30]FlickrSmugMug[31]Shopify[32]Krita基金會[33]Serif Europe英語Serif Europe[34]

編解碼器實現

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JPEG XL參考軟件(libjxl)
首次發布2019年12月27日,​4年前​(2019-12-27[35]
當前版本0.7(2022年9月21日,​2年前​(2022-09-21
源代碼庫https://github.com/libjxl/libjxl[36]在維基數據編輯
編程語言C++
操作系統
許可協議三條款版BSD許可證(曾為Apache許可證2.0)
網站jpeg.org/jpegxl 編輯維基數據
  • JPEG XL參考軟件(libjxl)
    • 三條款版BSD許可證(曾為Apache許可證2.0)
    • 包含組件
      • 編解碼庫libjxl
      • 編碼器cjxl
      • 解碼器djxl
      • 快速無損編碼器fjxl
      • 圖像編碼質量基準測試工具benchmark_xl
      • GIMP和Gtk pixbuf插件file-jxl

官方支持

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非官方支持

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初步支持

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  • Chromium[60]:網頁瀏覽器,自91版至110版提供測試選項。
  • Firefox[61]:網頁瀏覽器,處於測試中,自Firefox 90開始可以通過image.jxl.enabled標誌開啟(僅在Nightly開發版本中生效[62])。

標準化狀態

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通用名稱 部分 首次公開發布日期
(第一版)
ISO/IEC編號 正式名稱
JPEG XL 第1部分 2022年3月30日 ISO/IEC 18181-1頁面存檔備份,存於網際網路檔案館 JPEG XL圖像編碼系統-第1部分:核心編碼系統[3]
第2部分 2021年10月13日 ISO/IEC 18181-2頁面存檔備份,存於網際網路檔案館 JPEG XL圖像編碼系統-第2部分:文件格式[11]
第3部分 2022年10月3日 ISO/IEC 18181-3頁面存檔備份,存於網際網路檔案館 JPEG XL圖像編碼系統-第3部分:一致性測試
第4部分 2022年8月5日 ISO/IEC 18181-4頁面存檔備份,存於網際網路檔案館 JPEG XL圖像編碼系統-第4部分:參考軟件

注釋

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  1. ^ 非正式的事實標準[1]

參考

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外部連結

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